一种侧向非均布载荷作用下射孔套管-水泥环应变模拟试验装置的制作方法

本发明涉及一种侧向非均布载荷作用于射孔套管-水泥环应变的试验装置，具体的说是模拟并测量射孔套管-水泥环在地层侧向非均布载荷作用下的应变反应。

背景技术：

油气生产井需要在套管和井壁之间的环空通过固井技术形成一个完整的水泥环，并且在套管与水泥环及地层之间形成良好的胶结，以保证封隔油气水层，使其在各个空间互不窜通，并通过射孔来开采油气。而在油气生产过程中，射孔套管-水泥环会受到来自周围地层的载荷作用。由于地层条件复杂，特别是地层的侧向非均布载荷的作用，造成套管和水泥环产生应变，从而引起套管-水泥环损坏，影响油气开采。地层作用于套管-水泥环的侧向载荷是不均匀的，目前对于侧向非均布载荷作用于射孔套管-水泥环的研究还仅仅是理论分析，缺少相应的模拟试验装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够模拟侧向非均布载荷作用下套管-水泥环应变的试验装置，利用这种装置，可模拟射孔套管-水泥环在横向和纵向非均布载荷作用下的应变过程，为研究套管-水泥环的损坏提供试验依据。

本发明采用如下技术方案：

一种侧向非均布载荷作用下射孔套管-水泥环应变模拟试验装置，包括通过支架固定的外箱体与顶盖和底座，构成可内置射孔套管-水泥环的多个加压室，加压室内置弹性软箱体，顶盖有三通装置，外箱体有注液管和注液压力阀以及安全阀，其特征在于：所述支架包括水平分隔层和垂直分隔层，以及可以固定弹性软箱体的内外圆环；垂直分割层将整个支架分成四个部分，用以加载地层层间侧向非均布载荷，水平分割层将支架在水平方向上分成两个部分，用以加载水平方向上的侧向非均布载荷；顶盖三通装置的测线孔用以测量套管-水泥环的应变，三通装置的排压孔和排压阀用以套管内流体的排出。

本发明的上述技术方案与现有技术相比，能够试验模拟地层在水平方向和垂直方向上的非均布载荷，进行侧向非均布载荷作用下套管-水泥环应变模拟试验，通过测量分析套管-水泥环的应变反应，为套管-水泥环破坏机理分析提供试验依据。

作为本发明的一种优选方式，所述多个加压室可以模拟加载垂直和水平方向上的非均布载荷。

作为本发明的一种优选方式，所述弹性软箱体采用内外圆环固定，可以安装和更换，弹性软箱体带有一个通向外部的注液管，弹性软箱体内侧对应于套管-水泥环的射孔部位开有圆孔，用以模拟射孔地层。

作为本发明的一种优选方式，所述套管-水泥环下部与上部分别通过卡槽与底座和顶盖固定。

附图说明

图1是本发明的剖面图。

图2是本发明的外观示意图。

图3是本发明的顶盖三通装置的剖面图。

图4是本发明中顶盖的剖面图。

图5是本发明中支架的剖面图。

图6是本发明中弹性软箱体的结构示意图。

图7是本发明中的底座的结构示意图。

图中：1顶盖、2顶部厚隔板、3外圆环、4弹性软箱体、5三通装置、6外箱体、7加压舱、8垂向层间隔板、9套管、10水泥环、11底座、12底座螺孔、13底槽、14底座卡槽、15圆孔、16弹性软箱体卡片、17套管内腔、18顶盖内卡槽、19顶盖外卡槽、20外支撑柱、21水平方向分隔板、22支架底隔板螺孔、23内支撑柱、24内圆环、25、支架底隔板、26测线孔、27排压阀、28排压孔、29安全阀、30注液管、31注液压力阀。

具体实施方式

下面结合附图详述本发明：

本发明的实施中，底座11通过底座螺孔12和支架底隔板螺孔22与支架底隔板25螺丝连接，支架顶部为顶部厚隔板2，顶部厚隔板2与顶盖1通过支架外支撑柱20和内支撑柱23固定，顶盖1与外箱体6通过顶盖外卡槽19连接，外箱体6和底座11通过底座卡槽14固定，支架将整个加压舱7内部在垂直方向上通过垂向层间隔板8分成四个空间，每个空间在同一水平面上通过水平方向分隔板21将其分为两个空间，从而形成八个加压室，每个加压室内安装一个弹性软箱体4，外箱体6在每一个加压室内留有注液管30和注液压力阀31以及安全阀29，这样在保证安全前提下，通过给每一个加压室内的弹性软箱体4注入不同压力的流体来模拟水平和竖直方向上的地层非均布载荷。

作为本发明的一种优选结构，底座11上有放置套管-水泥环的底槽13和固定外箱体的底座卡槽14，顶盖1上有固定套管-水泥环的顶盖内卡槽18和固定外箱体的顶盖外卡槽19，套管-水泥环通过底座卡槽14和顶盖内卡槽18分别与底座11和顶盖1固定。

作为本发明的一种优选结构，弹性软箱体4采用外圆环3和内圆环24以及弹性软箱体卡片16固定，可以安装和更换，弹性软箱体4靠近水泥环10一侧对应于套管-水泥环的射孔部位开有圆孔15，外部有注液管30，可以模拟地层流体流入射孔套管内腔17的过程。

作为本发明的一种优选结构，顶盖1上有三通装置5，三通装置5的测线孔26用于射孔套管-水泥环的应变测量，套管9内流体通过三通装置5的排压孔28和排压阀27以一定压力排出。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种侧向非均布载荷作用下射孔套管‑水泥环应变模拟试验装置，具体的说是模拟并测量射孔套管‑水泥环在地层侧向非均布载荷作用下的应变反应。它包括：通过支架固定的外箱体与顶盖和底座，内置射孔的套管‑水泥环，支架包括水平方向分隔层和垂向分隔层，将加压舱分割为多个加压室，每个加压室内置弹性软箱体，弹性软箱体可以更换，通过给每一个弹性软箱体注入不同压力的流体来模拟水平和竖直方向上的地层非均布载荷，弹性软箱体内侧对应套管‑水泥环的射孔部位开设有圆孔，用以模拟射孔地层，顶盖有三通装置，三通装置的排压孔和排压阀用于套管内流体的排出，测线孔用以套管‑水泥环的应变测量。

技术研发人员：朱庆杰;王佳佳;李雪;胡士明;万永华;赵炫皓;张建龙
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：2018.08.29
技术公布日：2018.12.11