水泥环应变检测工具及检测方法与流程

本发明涉及油气勘探开发，具体地涉及一种水泥环应变检测工具及检测方法。

背景技术：

1、随着石油勘探开发技术的不断发展，非常规油气资源广泛得到开发。非常规油气的油气井井深不断加深、井内温度不断提高、地层压力以及地质条件复等原因，均会造成水泥环在井下面临日趋苛刻的温度以及压力条件。因此，准确获取水泥环在井下温压工况下的应变状态，能够为水泥石力学性能的合理设计、水泥浆体系的性能优选、施工工艺参数合理选择等方面提供重要支撑，从而保证水泥环在井下复杂工况条件下的密封完整性。

2、现有技术设计了全尺寸或者等比例的模拟井筒装置，通过对模拟井筒装置施加温度压力载荷模拟水泥环的环境条件，以此测量水泥环的应变状态。但现有的模拟井筒装置通常为在一定温度条件下对水泥浆进行养护，无法在施加压力的条件下对水泥环进行养护。且仅在养护结束后对水泥环的应变数据进行测量，在应变数据测量时会将温度条件撤销或压力条件撤销，导致测量结果无法准确模拟水泥环在井下温度压力条件下的真实受力状态。因此，本发明提供一种水泥环应变检测工具以及一种水泥环应变检测方法，既能够在养护过程中对水泥环的应变状态进行测量，还能够在养护结束后，不撤销压力条件及温度条件的情况下对水泥环的应变数据进行测量，获取更准确的水泥环应变数据，使得水泥环的应力状态分析结果更加准确。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的是提供一种水泥环应变检测工具以及一种水泥环应变检测方法，该设备还能够在养护结束后，不撤销压力条件或温度条件的情况下对水泥环的应变数据进行测量，获取更准确的水泥环应变数据，使得水泥环的应力状态分析结果更加准确。

2、为了实现上述目的，第一方面本发明实施例提供一种水泥环应变检测工具，包括模拟井筒装置、高温高压养护系统以及应变测量系统；

3、所述高温高压养护系统用于为所述模拟井筒装置提供养护环境以及测量环境，所述应变测量系统用于测量所述模拟井筒装置的水泥环的应变状态。

4、优选的，所述模拟井筒装置包括套管、水泥环、模拟地层；

5、所述模拟地层环向设于所述套管外部，并与所述套管形成环形空隙；

6、所述水泥环用于填充所述环形空隙；

7、所述模拟地层贯穿设有多个应变测量孔，所述应变测量系统通过所述应变测量孔进入所述环形空隙内，对所述水泥环进行应变测量。

8、优选的，所述环形空隙的两端还设有注水层，靠近所述环形空隙下端的注水层通过水泥浆过滤网与所述环形空隙分隔。

9、优选的，所述高温高压养护系统包括第一压力泵、第二压力泵、低压储水罐以及加热器，所述低压储水罐分别与所述第一压力泵以及第二压力泵连接；

10、所述第一压力泵用于向所述环形空隙内注入高压液体，为环形空隙提供压力；

11、所述第二压力泵用于向所述套管内注入高压液体，为套管提供压力；

12、所述加热器置于所述套管中，用于为所述水泥环提供温度环境。

13、优选的，所述高温高压养护系统还包括热电偶、温度显示器以及控制器；

14、所述热电偶置于所述套管内，用于测量套管内的温度；

15、所述温度显示器与所述热电偶电连接，用于显示套管内的温度；

16、所述控制器分别与所述第一压力泵、第二压力泵以及加热器连接，用于控制所述第一压力泵、第二压力泵以及加热器工作。

17、优选的，所述应变测量系统包括密封块、光纤测量传感器以及光纤信号处理器；

18、所述密封块设于所述应变测量孔内；

19、所述光纤测量传感器经过所述密封块置于所述环形空隙中，通过光纤传输线与所述光纤信号处理器连接，所述光纤测量传感器包括温度光纤传感器以及应力光纤传感器。

20、优选的，所述密封块包括紧固部以及密封部，所述紧固部设于所述模拟地层表面并与所述模拟地层紧固，所述密封部置于所述应变测量孔内，所述密封部贯穿设有线缆腔，所述光纤测量传感器通过所述线缆腔置于所述环形空隙内，所述线缆腔内填充有密封胶。

21、优选的，所述密封部与所述模拟地层连接的外壁还设有密封凹槽，所述密封凹槽内设有凹槽密封圈。

22、优选的，所述密封部靠近所述线缆腔的内壁设有抗压凹槽，所述线缆腔靠近所述环形空隙的端部的直径大于所述线缆腔靠近所述紧固部的端部的直径。

23、优选的，所述线缆腔内还设有线缆固定器，所述线缆固定器用于固定所述光纤传输线。

24、第二方面，本发明提供一种水泥环应变检测方法，应用如上所述水泥环应变检测工具执行，包括以下步骤：

25、安装模拟井筒装置，并将应变测量系统和高温高压养护系统与所述模拟井筒装置连接；

26、通过高温高压养护系统对模拟井筒装置施加温度以及压力，养护模拟井筒装置内的水泥环；

27、测量水泥环在养护凝结过程中的应变数据与温度数据以及在加载过程中的应变数据与温度数据。

28、本发明的高温高压养护系统既能提供水泥环的养护环境，施加压力以及温度对水泥环进行养护，实现在养护过程中实时测量水泥环的应变数据；同时，高温高压养护系统还为水泥环提供加载过程所需的环境，通过为套管内提供压力和温度环境，实现在加载过程中实时测量水泥环的应变数据，能够更加准确的分析水泥环应力状态。

29、本发明的应变测量系统采用光纤测量传感器对水泥环的应变数据进行测量，能够实时测量水泥环处于养护过程以及加载过程中的应变数据，且能够保证数据的准确性以及高效性。

30、本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种水泥环应变检测工具，其特征在于，包括模拟井筒装置、高温高压养护系统以及应变测量系统：

2.根据权利要求1所述的水泥环应变检测工具，其特征在于，所述模拟井筒装置包括套管(01)、水泥环(02)、模拟地层(03)；

3.根据权利要求2所述的水泥环应变检测工具，其特征在于，所述环形空隙(04)的两端还设有注水层(06)，靠近所述环形空隙(04)下端的注水层(06)通过水泥浆过滤网(26)与所述环形空隙(04)分隔。

4.根据权利要求2所述的水泥环应变检测工具，其特征在于，所述高温高压养护系统包括第一压力泵(07)、第二压力泵(08)、低压储水罐(13)以及加热器(09)，所述低压储水罐分别与所述第一压力泵(07)以及第二压力泵(08)连接；

5.根据权利要求4所述的水泥环应变检测工具，其特征在于，所述高温高压养护系统还包括热电偶(10)、温度显示器(11)以及控制器(12)；

6.根据权利要求2所述的水泥环应变检测工具，其特征在于，所述应变测量系统包括密封块(14)、光纤测量传感器(15)以及光纤信号处理器；

7.根据权利要求6所述的水泥环应变检测工具，其特征在于，所述密封块(14)包括紧固部(16)以及密封部(17)，所述紧固部(16)设于所述模拟地层(03)表面并与所述模拟地层(03)紧固，所述密封部(17)置于所述应变测量孔(05)内，所述密封部(17)贯穿设有线缆腔(18)，所述光纤测量传感器(15)通过所述线缆腔(18)置于所述环形空隙(04)内，所述线缆腔(18)内填充有密封胶。

8.根据权利要求7所述的水泥环应变检测工具，其特征在于，所述密封部(17)与所述模拟地层(03)连接的外壁还设有密封凹槽(19)，所述密封凹槽(19)内设有凹槽密封圈(20)。

9.根据权利要求7所述的水泥环应变检测工具，其特征在于，所述密封部(17)靠近所述线缆腔(18)的内壁设有抗压凹槽(21)，所述线缆腔(18)靠近所述环形空隙(04)的端部的直径大于所述线缆腔(18)靠近所述紧固部(16)的端部的直径。

10.根据权利要求7所述的水泥环应变检测工具，其特征在于，所述线缆腔(18)内还设有线缆固定器(22)，所述线缆固定器(22)用于固定所述光纤传输线。

11.一种水泥环应变检测方法，应用如权利要求1-10中任一项所述的水泥环应变检测工具执行，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明实施例提供一种水泥环应变检测工具及一种水泥环应变检测方法，属于油气勘探开发领域。所述水泥环应变检测工具包括模拟井筒装置、高温高压养护系统以及应变测量系统：所述高温高压养护系统用于为所述模拟井筒装置提供养护环境以及测量环境，所述应变测量系统用于测量所述模拟井筒装置的水泥环的应变状态；本发明的高温高压养护系统既能为水泥环提供养护环境，施加压力以及温度对水泥环进行养护，实现在养护过程中实时测量水泥环的应变数据；同时，高温高压养护系统还为水泥环提供加载过程所需的测量环境，通过为套管内提供压力和温度环境，实现在加载过程中实时测量水泥环的应变数据，能够更加准确的分析水泥环应力状态。

技术研发人员：沈吉云,郭雪利,纪宏飞,程永钦,黄昭,靳建洲,于永金,李勇,齐奉忠,徐明,蒋记伟,刘慧婷,夏修建
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24