[发明专利]页岩气井多级压裂水泥环气密封完整可视评价装置和方法

摘要

本发明属于石油与天然气工程井筒完整性与安全技术领域，公开了一种页岩气井多级压裂水泥环气密封完整可视评价装置和方法，模拟页岩气井多级压裂后水泥环中裂纹萌生、扩展直至连通的全过程，定量可视化评价泄漏通道，计算泄漏速率，从而为页岩气井多级压裂参数优化和水泥浆性能设计提供依据。本发明的结构简单，操作简便，可模拟测试页岩气井多级压裂水泥环内部和胶结面处裂纹萌生、扩展和连通过程并对其进行可视化描述，将可视化的泄漏通道导入CFD软件中可计算气体泄漏速度，结合检漏装置可对比验证试验结果的可靠性；可为页岩气井多级压裂参数优化和水泥浆性能设计提供理论依据，其劳动强度低，时间消耗短，工作效率高。

主权项

一种页岩气井多级压裂水泥环气密封完整可视评价方法，其特征在于，所述页岩气井多级压裂水泥环气密封完整可视评价方法包括以下步骤：步骤一，按设计尺寸加工好釜体，制作好套管并预制好人造地层；步骤二，将釜体置于实验台上，然后将加热棒安装在釜体中，下部螺栓加垫片连接，保证密封性；步骤三，将套管和预制好的人造地层放入釜体中，并将筛网安装在高压气体腔室上部，在釜体内部和人造地层之间放置木楔，保证灌注水泥浆时人造地层不发生径向移动；步骤四，按要求配置水泥浆，配置时采用恒速搅拌器保证水泥浆均匀混合；步骤五，灌注水泥浆，灌注时沿着人造地层和套管之间环形空间均匀灌注至充满整个环形空间，灌注完成后在人造地层环境温度下养护5天，待进行后续试验；步骤六，水泥浆养护达到要求后，拆除木楔，将环形密封橡胶条安装至人造地层外围，并插入釜体的凹槽中，同时检查高压气体腔室下部的连接孔，防止水泥浆液堵孔；步骤七，将密封盖拧紧，并连接电动液压泵、围压液压泵、高压氮气瓶、温度调节装置和检漏瓶，整个装置安装完成，釜体内部应处于密封状态；步骤八，向高压气体腔室中通入高压氮气，压力调至储层气体压力Pg，观察检漏瓶，此时检漏瓶中应无气泡产生，表明水泥环胶结良好，初始渗透性满足要求；同时，实验过程中始终保持高压气体腔室压力Pg恒定；步骤九，将釜体在CT扫描机下进行360度扫描，通过CT成像信号处理器得到初始扫描图像F0，观察水泥环内部和胶结面处初始裂缝；步骤十，用围压液压泵将水加满围压腔室，调节围压液压泵使其达到设计围压值Po，实验过程中始终保持围压值Po恒定；步骤十一，用电动液压泵将导热液体加满套管，同时控制温度调节装置达到设计值Tf，实验过程中始终保持温度值Tf恒定；步骤十二，调节电动液压泵，并按Pc～t曲线施加压裂时的套管压力Pc，每200min为一级压裂周期；第1级压裂完成后，将釜体在CT扫描机下进行360度扫描，通过CT成像信号处理器得到扫描图像F1，观察并记录水泥环内部和胶结面处裂缝发展情况；同时，查看检漏瓶中是否有气泡产生；步骤十三，重复步骤十二，继续第2级、第3级…压裂，直到观察到检漏瓶中有稳定连续的气泡产生，表明此时裂缝已发展为贯通状态，记录此时压裂级数为L，并得到水泥环开始泄漏时的扫描图像FL；步骤十四，将扫描图像FL表征的水泥环泄漏通道导入CFD软件中计算气体泄漏速度，进一步验证水泥环发生泄漏时的最大压裂级数N；步骤十五，整个实验完成后，将装置恢复到实验前的状态，以便下次正常使用；步骤十六，考虑水泥环弹性模量是影响其力学性能的主要因素，设计并配置不同性能的水泥浆，重复步骤四～步骤十五，可优选弹性模量满足实际多级压裂要求的水泥浆体系。