本發(fā)明涉及一種定量評(píng)價(jià)固井第二界面膠結(jié)能力的裝置和方法，屬于石油勘探領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、在固井技術(shù)中，將水泥環(huán)和井壁的膠結(jié)界面定義為固井第二界面。受復(fù)雜巖性、高壓油氣水層、大型水力壓裂、鉆井液泥餅等多種地質(zhì)工況的影響，固井第二界面密封難度更高、失效風(fēng)險(xiǎn)更大。隨著勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程向深地、非常規(guī)油氣資源深入，對(duì)固井第二界面評(píng)價(jià)方法與測(cè)試技術(shù)提出了更高要求。

2、目前，針對(duì)固井第二界面實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法的研究，建立了多種界面測(cè)試模型和方法，包括界面膠結(jié)強(qiáng)度測(cè)試儀、水泥環(huán)界面竄流試驗(yàn)儀、可模擬井筒循環(huán)應(yīng)力與壓裂的界面密封能力測(cè)試裝置、可模擬射孔的界面測(cè)試裝置、界面應(yīng)變檢測(cè)裝置、可模擬4種水泥膠結(jié)狀態(tài)的固井質(zhì)量刻度模型井群等。基于上述裝置，可對(duì)高溫高壓、油水氣竄、井筒交變載荷、壓裂及射孔等條件下，第二界面抗剪強(qiáng)度、應(yīng)力應(yīng)變及整體密封能力等宏觀性能進(jìn)行分析，取得了顯著的成果。

3、但是，目前的研究主要集中于界面宏觀力學(xué)性能的評(píng)價(jià)與分析，缺少精準(zhǔn)的量化測(cè)試，難以精準(zhǔn)指導(dǎo)持久密封水泥漿體系研發(fā)與固井工藝優(yōu)化，迫切需要研發(fā)一種更加精確的固井第二界面膠結(jié)能力定量評(píng)價(jià)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種定量評(píng)價(jià)固井第二界面膠結(jié)能力的裝置和方法，采用透射聲波法，精準(zhǔn)測(cè)量固井第二界面密封能力演化進(jìn)程，為水泥漿體系研發(fā)與固井工藝優(yōu)化提供參考與指導(dǎo)。

2、本發(fā)明提出了一種定量評(píng)價(jià)固井第二界面膠結(jié)能力的裝置，包括：

3、若干巖芯夾持器，其內(nèi)部設(shè)置巖芯和水泥模擬層，用于加持巖芯和水泥模擬層；

4、若干地層參數(shù)模擬系統(tǒng)，連接所示巖芯夾持器，并控制所示巖芯夾持器的地層參數(shù)；以及

5、聲學(xué)檢測(cè)模塊，設(shè)置在所示巖芯夾持器上，包括聲源信號(hào)發(fā)射器與聲波速測(cè)量系統(tǒng)。

6、其中，所述巖芯和水泥模擬層設(shè)置在所示巖芯夾持器內(nèi)，通過(guò)地層參數(shù)模擬裝置設(shè)定實(shí)驗(yàn)的地層參數(shù)進(jìn)項(xiàng)養(yǎng)護(hù)實(shí)驗(yàn)，達(dá)到養(yǎng)護(hù)期齡后通過(guò)聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)并計(jì)算出第二界面密封能力。

7、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述地層參數(shù)模擬系統(tǒng)包括地層流體注入模塊，所述地層流體注入模塊連接所述巖芯夾持器，并為所述巖芯夾持器注入流體。

8、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述地層參數(shù)模擬系統(tǒng)還包括氣體注入模塊，所述氣體注入模塊連接巖芯夾持器，并為所述巖芯夾持器注入氣體。

9、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述地層參數(shù)模擬系統(tǒng)還包括地層溫度控制模塊，所述地層溫度控制模塊控制所述巖芯夾持器內(nèi)的溫度。

10、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述地層流體注入模塊包括液體源，所述液體源通過(guò)若干管線連接所述巖芯夾持器，所述管線上設(shè)置有液體注入泵；

11、所述氣體注入模塊包括氣源，所述氣源通過(guò)若干管線連接所述巖芯夾持器，并且所述管線上設(shè)置有氣體流量控制器。

12、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述巖芯夾持器包括筒體，所述筒體的兩端設(shè)置有第一封頭和第二封頭，所述第一封頭設(shè)置所述第一巖芯塞，所述第一巖芯塞上設(shè)置有聲源信號(hào)發(fā)射器，所述第二封頭設(shè)置所述第二巖芯塞，所述第二巖性設(shè)置所述聲波速測(cè)量系統(tǒng)；

13、在所述第一封頭的外側(cè)設(shè)置有第一法蘭，所述第二封頭的外側(cè)設(shè)置有第二法蘭，所述第二法蘭上設(shè)置有調(diào)節(jié)螺母；

14、所述第一封頭的內(nèi)側(cè)設(shè)置所述水泥模擬層，所述第二封頭的內(nèi)側(cè)設(shè)置所述巖芯。

15、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述筒體的內(nèi)側(cè)設(shè)置有膠皮筒，所述水泥模擬層和所述巖芯設(shè)置在所述膠皮筒的內(nèi)部；所述膠皮筒的外部設(shè)置有膠套保護(hù)套。

16、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述膠筒保護(hù)套與所述筒體之間形成環(huán)形的腔體，所述筒體上設(shè)置有連通所述腔體的加壓口，所述加壓口連接圍壓加載泵。

17、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述筒體的中部設(shè)置有若干第二界面檢測(cè)用測(cè)點(diǎn)，所述第二界面檢測(cè)用測(cè)點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)所述巖芯與所述水泥模擬層的連接面。

18、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述第一法蘭、第二法蘭均通過(guò)承壓螺釘連接所述筒體。

19、根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還突出了一種通過(guò)所述定量評(píng)價(jià)固井第二界面膠結(jié)能力的裝置進(jìn)行固井第二界面膠結(jié)能力評(píng)價(jià)的方法，包括：

20、獲取固井施工水泥漿參數(shù)、目標(biāo)巖性參數(shù)以及地層參數(shù)；

21、通過(guò)所述定量評(píng)價(jià)固井第二界面膠結(jié)能力的裝置，并根據(jù)固井施工水泥漿參數(shù)、目標(biāo)巖性參數(shù)以及地層參數(shù)設(shè)定實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)實(shí)驗(yàn)；

22、達(dá)到養(yǎng)護(hù)齡期后，開(kāi)啟聲學(xué)檢測(cè)模塊，測(cè)試聲波通過(guò)試樣界面處的聲幅衰減，分析波形變化，得到試樣界面宏觀聲學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)；通過(guò)計(jì)算不同養(yǎng)護(hù)齡期聲波首波包絡(luò)值占總聲幅信號(hào)的比例，實(shí)現(xiàn)對(duì)固井第二界面膠結(jié)能力的定量評(píng)價(jià)。

23、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，獲取界面透射聲幅值、儀器發(fā)射的聲波總能量、實(shí)測(cè)反射聲波總能量占比，通過(guò)下式計(jì)算透射首波信號(hào)幅度占比，定量評(píng)價(jià)不同養(yǎng)護(hù)齡期固井第二界面密封能力。

24、

25、式中，u為透射首波信號(hào)幅度占比，％；ae為界面透射聲幅值，mv；aeitc為儀器發(fā)射的聲波總能量，mv；u為實(shí)測(cè)反射聲波總能量占比，％。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

27、本發(fā)明所述定量評(píng)價(jià)固井第二界面膠結(jié)能力的裝置和方法，采用透射聲波法，精準(zhǔn)測(cè)量固井第二界面密封能力演化進(jìn)程，為水泥漿體系研發(fā)與固井工藝優(yōu)化提供參考與指導(dǎo)。

技術(shù)特征：

1.一種定量評(píng)價(jià)固井第二界面膠結(jié)能力的裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定量評(píng)價(jià)固井第二界面膠結(jié)能力的裝置，其特征在于，所述地層參數(shù)模擬系統(tǒng)包括地層流體注入模塊(300)，所述地層流體注入模塊(300)連接所述巖芯夾持器(100)，并為所述巖芯夾持器(100)注入流體。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的定量評(píng)價(jià)固井第二界面膠結(jié)能力的裝置，其特征在于，所述地層參數(shù)模擬系統(tǒng)還包括氣體注入模塊(400)，所述氣體注入模塊(400)連接巖芯夾持器(100)，并為所述巖芯夾持器(100)注入氣體。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的定量評(píng)價(jià)固井第二界面膠結(jié)能力的裝置，其特征在于，所述地層參數(shù)模擬系統(tǒng)還包括地層溫度控制模塊，所述地層溫度控制模塊控制所述巖芯夾持器(100)內(nèi)的溫度。

5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的定量評(píng)價(jià)固井第二界面膠結(jié)能力的裝置，其特征在于，所述地層流體注入模塊(300)包括液體源，所述液體源通過(guò)若干管線連接所述巖芯夾持器(100)，所述管線上設(shè)置有液體注入泵；

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的定量評(píng)價(jià)固井第二界面膠結(jié)能力的裝置，其特征在于，所述巖芯夾持器(100)包括筒體(12)，所述筒體(12)的兩端設(shè)置有第一封頭(6)和第二封頭(13)，所述第一封頭(6)設(shè)置所述第一巖芯塞(4)，所述第一巖芯塞(4)上設(shè)置有聲源信號(hào)發(fā)射器，所述第二封頭(13)設(shè)置所述第二巖芯塞(16)，所述第二巖性設(shè)置所述聲波速測(cè)量系統(tǒng)；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的定量評(píng)價(jià)固井第二界面膠結(jié)能力的裝置，其特征在于，所述筒體(12)的內(nèi)側(cè)設(shè)置有膠皮筒，所述水泥模擬層(8)和所述巖芯設(shè)置在所述膠皮筒的內(nèi)部；所述膠皮筒的外部設(shè)置有膠套保護(hù)套(9)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的定量評(píng)價(jià)固井第二界面膠結(jié)能力的裝置，其特征在于，所述膠筒保護(hù)套與所述筒體(12)之間形成環(huán)形的腔體，所述筒體(12)上設(shè)置有連通所述腔體的加壓口，所述加壓口連接圍壓加載泵(500)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的定量評(píng)價(jià)固井第二界面膠結(jié)能力的裝置，其特征在于，所述筒體(12)的中部設(shè)置有若干第二界面檢測(cè)用測(cè)點(diǎn)(10)，所述第二界面檢測(cè)用測(cè)點(diǎn)(10)對(duì)準(zhǔn)所述巖芯與所述水泥模擬層(8)的連接面。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的定量評(píng)價(jià)固井第二界面膠結(jié)能力的裝置，其特征在于，所述第一法蘭(2)、第二法蘭(14)均通過(guò)承壓螺釘(1)連接所述筒體(12)。

11.一種通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述定量評(píng)價(jià)固井第二界面膠結(jié)能力的裝置進(jìn)行固井第二界面膠結(jié)能力評(píng)價(jià)的方法，其特征在于，包括：

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，獲取界面透射聲幅值、儀器發(fā)射的聲波總能量、實(shí)測(cè)反射聲波總能量占比，通過(guò)下式計(jì)算透射首波信號(hào)幅度占比，定量評(píng)價(jià)不同養(yǎng)護(hù)齡期固井第二界面密封能力。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種定量評(píng)價(jià)固井第二界面膠結(jié)能力的裝置和方法，所述裝置包括若干巖芯夾持器，其內(nèi)部設(shè)置巖芯和水泥模擬層，用于加持巖芯和水泥模擬層；若干地層參數(shù)模擬系統(tǒng)，連接所示巖芯夾持器，并控制所示巖芯夾持器的地層參數(shù)；以及聲學(xué)檢測(cè)模塊，設(shè)置在所示巖芯夾持器上，包括聲源信號(hào)發(fā)射器與聲波速測(cè)量系統(tǒng)。其中，所述巖芯和水泥模擬層設(shè)置在所示巖芯夾持器內(nèi)，通過(guò)地層參數(shù)模擬裝置設(shè)定實(shí)驗(yàn)的地層參數(shù)進(jìn)項(xiàng)養(yǎng)護(hù)實(shí)驗(yàn)，達(dá)到養(yǎng)護(hù)期齡后通過(guò)聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)并計(jì)算出第二界面密封能力。

技術(shù)研發(fā)人員：陸沛青,李小江,杜曉雨,劉犖,劉仍光,桑來(lái)玉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)石油化工股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28