一种模拟压差条件下固井水泥石腐蚀装置及方法

本发明涉及一种模拟压差条件下固井水泥石腐蚀装置及方法，属于油气井固井。

背景技术：

1、固井水泥石防腐是固井作业中的重要环节，是保证油气正常开采、延长使用寿命和后续作业能正常进行的关键。而固井水泥石深埋地下或海底，水泥石结构暴露在恶劣的环境条件下，如高温、潮湿、酸碱介质的侵蚀，使水泥石中的化学成分发生变化，进而引发腐蚀。通常，由于外部环境或内部因素的影响，导致水泥石处于压力差环境下受到腐蚀。比如，水泥石本身的质量问题或施工过程中的缺陷可能导致结构存在内部应力集中区域，这些区域容易受到压力差的影响，从而引发腐蚀；当水泥石结构处于不同水压条件下，水的渗透和渗漏可能发生，导致水泥石中的化学物质溶解和析出，从而引起腐蚀作用；在某些工程应用中，水泥石结构可能会经历周期性的压力变化，这种循环加载也可能对水泥石产生剧烈的应力改变，进而加速腐蚀过程。压力差条件下的水泥石腐蚀是一个普遍性的问题，尤其是在地下或海底，往往不能准确估计及评价水泥石受到腐蚀的真实状况。

2、目前，国内外对于固井水泥石腐蚀及评价所采用的装置及方法大多存在缺陷。“一种井下水泥石腐蚀模拟方法”（cn201310308951.0），通过将养护好的水泥石试样放入耐热塑胶管中，并往缝隙中填满耐热ab胶，使其完全密封，放入高温高压腐蚀釜中进行腐蚀实验，但由于其整体处于一个压力稳定的环境中，无法反映井下压力差条件的真实情况，与实际工况存在差异。“一种固井水泥石腐蚀评价方法”（cn201210330487.0），通过将制备的水泥浆灌入模具中放入高温高压釜进行养护，之后放入腐蚀反应釜中，注入腐蚀性介质，控制温度、压力、腐蚀时间等条件进行腐蚀实验，由于温度和压力单一且不能实现压力差，导致实验结果存在一定的不足。

技术实现思路

1、固井水泥石防腐是固井作业中的重要环节，是保证油气正常开采、延长使用寿命和后续作业能正常进行的关键。而固井水泥石深埋地下或海底，水泥石结构暴露在恶劣的环境条件下，如高温、潮湿、酸碱介质的侵蚀，使水泥石中的化学成分发生变化，进而引发腐蚀。通常，由于外部环境或内部因素的影响，导致水泥石处于压力差环境下受到腐蚀。比如，水泥石本身的质量问题或施工过程中的缺陷可能导致结构存在内部应力集中区域，这些区域容易受到压力差的影响，从而引发腐蚀；当水泥石结构处于不同水压条件下，水的渗透和渗漏可能发生，导致水泥石中的化学物质溶解和析出，从而引起腐蚀作用；在某些工程应用中，水泥石结构可能会经历周期性的压力变化，这种循环加载也可能对水泥石产生剧烈的应力改变，进而加速腐蚀过程。压力差条件下的水泥石腐蚀是一个普遍性的问题，尤其是在地下或海底，往往不能准确估计及评价水泥石受到腐蚀的真实状况。

2、目前，国内外对于固井水泥石腐蚀及评价所采用的装置及方法大多存在缺陷。“一种井下水泥石腐蚀模拟方法”（cn201310308951.0），通过将养护好的水泥石试样放入耐热塑胶管中，并往缝隙中填满耐热ab胶，使其完全密封，放入高温高压腐蚀釜中进行腐蚀实验，但由于其整体处于一个压力稳定的环境中，无法反映井下压力差条件的真实情况，与实际工况存在差异。“一种固井水泥石腐蚀评价方法”（cn201210330487.0），通过将制备的水泥浆灌入模具中放入高温高压釜进行养护，之后放入腐蚀反应釜中，注入腐蚀性介质，控制温度、压力、腐蚀时间等条件进行腐蚀实验，由于温度和压力单一且不能实现压力差，导致实验结果存在一定的不足。

技术特征：

1.一种模拟压差条件下固井水泥石腐蚀装置，包括两个结构相同的高温高压容器（6）、加热保温套（1）、温控装置（2）、磁驱搅拌叶（3）、磁驱搅拌控制器（4）、控压泵（10）、腐蚀介质加注口（5）、循环流动管道（7）、中间管道（16）、密封胶套（9）、水泥石试样（12）和围压泵（13），其特征在于，所述高温高压容器（6）外覆加热保温套（1），加热保温套连接温控装置（2），内有磁驱搅拌叶（3），磁驱搅拌叶连接磁驱搅拌控制器（4），顶部设置腐蚀介质加注口（5），并通过连接管线连接控压泵（10），连接管线上设置高压阀（11）和压力表（15）；所述高温高压容器的一侧通过两条平行管道和一条垂直管道形成循环流动管道（7），两个高温高压容器的循环流动管道之间通过中间管道（16）相连通，所述中间管道的左、右端分别通过密封螺纹（8）连接垂直管道；所述中间管道（16）内有水泥石试样（12），中间管道与水泥石试样之间设置密封胶套（9），中间管道连接围压泵（13）。

2.如权利要求1所述的一种模拟压差条件下固井水泥石腐蚀装置，其特征在于，所述腐蚀介质加注口带有密封盖。

3.如权利要求1所述的一种模拟压差条件下固井水泥石腐蚀装置，其特征在于，所述围压泵向密封胶套包覆的水泥石试样施加围压。

4.如权利要求1所述的一种模拟压差条件下固井水泥石腐蚀装置，其特征在于，所述控压泵调节左右两边高温高压容器的压力，从而形成压力差。

5.如权利要求1所述的一种模拟压差条件下固井水泥石腐蚀装置，其特征在于，所述磁驱搅拌控制器调整搅拌速率，使高温高压容器中的流体能够循环流动，模拟实际井下的腐蚀环境。

6.利用权利要求1、2、3、4或5所述的装置模拟压差条件下固井水泥石腐蚀的方法，依次包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，进行水泥石腐蚀实验，可根据不同井下工况，改变实验温度及压力。

技术总结
本发明公开了一种模拟压差条件下固井水泥石腐蚀装置及方法，属于油气井固井领域。该装置包括高温高压容器、加热保温套、温控装置、搅拌控制器、控压泵、循环流动管道、中间管道、密封胶套、水泥石试样和围压泵。该方法包括：将水泥石试样套上密封胶套放入中间管道中；向水泥石试样施加围压；当腐蚀介质从高温高压容器进入循环流动管道接触水泥石试样时，打开搅拌控制器和温控装置；调整两边高温高压容器内的压力形成压力差；水泥石试样两端受到不同压力和腐蚀介质的腐蚀作用；开展水泥石渗透率、腐蚀深度、微观结构的测试与分析。本发明通过模拟不同压差下水泥石腐蚀过程，探究压力差对水泥石腐蚀的影响，保障固井作业和后期开采作业的顺利进行。

技术研发人员：程小伟,邓卓然,高飞,张晔,梅开元,张春梅
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31