本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于石油工程領(lǐng)域中用來(lái)模擬注水井套管損傷的裝置以及方法。

背景技術(shù)：

在油田注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中，注水井套損已直接影響了各大油田的生產(chǎn)，并制約著油田的高效開(kāi)發(fā)，所以深入研究套損機(jī)理以及找到一種研究套損的方法對(duì)指導(dǎo)油田生產(chǎn)有著至關(guān)重要的意義。套損原因主要是套管周圍地應(yīng)力改變，在不均勻地應(yīng)力作用下，套管所受外載超過(guò)其許用抗外載強(qiáng)度，從而引發(fā)產(chǎn)生套損。產(chǎn)生這一過(guò)程的地質(zhì)因素主要是由于注水壓力超過(guò)破裂壓力或上覆巖層壓力引起注入水竄入上下軟弱泥、頁(yè)巖層，造成泥頁(yè)巖層吸水蠕變，形成浸水域，誘發(fā)地應(yīng)力失去平衡。在區(qū)塊壓差或地層傾角產(chǎn)生的地勢(shì)壓差等作用下，巖層成片滑動(dòng)，剪切套管，造成套損。目前實(shí)驗(yàn)室研究中暫時(shí)還沒(méi)有能夠模擬套損過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置和方法，無(wú)法進(jìn)行套損研究分析工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)中所提到的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種模擬套損過(guò)程的裝置與方法，利用該種裝置與方法，可在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)套損過(guò)程的仿真模擬，從而探究套損機(jī)理，分析套損規(guī)律，同時(shí)能夠針對(duì)不同物性的油藏，研究防止注水井套損的注水壓力界限規(guī)律。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：該種模擬套損過(guò)程的裝置，由套管模擬裝置、方形人造巖心、巖心夾持器以及驅(qū)替管線組成，其獨(dú)特之處在于：

所述套管模擬裝置由鋼筒、壓力傳感器、注水嘴、注水管線、水嘴保護(hù)裝置以及電纜連接后組成；鋼筒的內(nèi)徑規(guī)格為6cm，壁厚6mm，長(zhǎng)度為30cm；在鋼筒壁水平方向上設(shè)置4組螺紋通孔，以鋼筒中軸線為基準(zhǔn)，各組螺紋通孔在水平面上兩兩之間呈90°角均勻分布在鋼筒壁上，在垂直方向上每組螺紋通孔設(shè)置8個(gè)，上下間隔為3cm，水嘴保護(hù)裝置為不銹鋼材質(zhì)，整體呈圓筒狀，其內(nèi)外表面分別設(shè)置螺紋，水嘴保護(hù)裝置通過(guò)外表面的螺紋連接于鋼筒壁的螺紋通孔上，注水嘴通過(guò)螺紋連接的方式固定在水嘴保護(hù)裝置內(nèi)部，注水管線與注水嘴相連接；鋼筒內(nèi)壁在水平方向上設(shè)置8組螺紋孔用于固定壓力傳感器，以鋼筒中軸線為基準(zhǔn)，各組螺紋孔在水平面上兩兩之間呈45°角均勻分布在鋼筒內(nèi)壁上，在垂直方向上每組螺紋孔設(shè)置8個(gè)，上下間隔為3cm,壓力傳感器的信號(hào)輸出端通過(guò)電纜連接到外部的顯示電路上；

所述巖心夾持器由蓋板、底板以及4個(gè)側(cè)板連接后組成，均為不銹鋼材質(zhì)；其中，蓋板開(kāi)有1個(gè)注水井螺紋通孔和4個(gè)采油井螺紋通孔，4個(gè)采油井螺紋通孔呈對(duì)角線分布，直徑均為3cm，距離蓋板中心10cm，蓋板中心處的注水井螺紋通孔直徑為6cm；蓋板、底板和側(cè)板圍成的空間橫截面的尺寸為30cm×30cm，每個(gè)側(cè)面均分別設(shè)置4個(gè)螺栓孔，在側(cè)板內(nèi)部設(shè)置一層卡槽，用于盛放透明密封膠墊，蓋板、底板與側(cè)板組合后通過(guò)緊固螺栓進(jìn)行相互連接固定；

方形人造巖心的長(zhǎng)、寬、高均為30cm，采用5點(diǎn)法井網(wǎng)部署規(guī)則，人造巖心內(nèi)部開(kāi)設(shè)5個(gè)通孔模擬注采井網(wǎng)；中間通孔為注水井井眼，在注水井井眼中下入所述套管模擬裝置以模擬注水井，在所述套管模擬裝置外注水井眼環(huán)空部分放置水泥環(huán)，周圍四個(gè)通孔模擬采油井井眼；

方形人造巖心放置于夾持器的底板上，夾持器蓋板、底板以及周圍4塊側(cè)板通過(guò)緊固螺栓相互連接起來(lái)，從而將人造巖心進(jìn)行密封。

利用前述裝置模擬套損過(guò)程的方法，該方法由如下步驟構(gòu)成：

首先，根據(jù)實(shí)際油藏水泥環(huán)的尺寸以及相似準(zhǔn)則確定出方形人造巖心的注水井井眼的尺寸，具體確定過(guò)程如下：

確定注水井井眼環(huán)空的水泥環(huán)部分相似參數(shù)為1:10，即實(shí)際油藏水泥環(huán)厚度按照1/10的比例折算成實(shí)驗(yàn)中模擬的水泥環(huán)厚度，由此確定注水井井眼尺寸的折算公式為：

注水井井眼的尺寸=鋼筒內(nèi)徑+2×鋼筒壁厚+2×1/10×實(shí)際油藏水泥環(huán)厚度

然后，在制作好的方形人造巖心按照第一步所得到的注水井井眼鉆孔，將巖心放置在夾持器的底板上；

之后，調(diào)整注水嘴在鋼筒上的旋進(jìn)位置，使之與人造巖心上的注水井井眼相通，在注水井井眼中下入模擬套管裝置，再將夾持器的蓋板、側(cè)板通過(guò)緊固螺栓分別相互連接固定，蓋板和底板的內(nèi)部均設(shè)置有密封膠墊，4個(gè)側(cè)板的凹槽內(nèi)放入凸?fàn)钔该髂z墊，從而實(shí)現(xiàn)巖心密封以及驅(qū)替過(guò)程的可視化；

再后，在注水井井眼的井眼環(huán)空中注入水泥環(huán)；

再后，待水泥環(huán)膠結(jié)完成后，進(jìn)行巖心飽和水飽和油過(guò)程；

最后，逐次注水，模擬過(guò)程中壓力的相似參數(shù)為1:10，模擬注水井套損實(shí)驗(yàn)，記錄壓力傳感器所得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

方形人造巖心根據(jù)實(shí)際油藏非均質(zhì)性、滲透率、孔隙度、敏感性以及隔夾層等方面的情況制作成不同類型的巖心，以滿足模擬實(shí)際油藏的需要。

本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明給出的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，解決了目前實(shí)驗(yàn)室研究中無(wú)法模擬套損過(guò)程，無(wú)法進(jìn)行套損研究分析工作的問(wèn)題。運(yùn)用本發(fā)明可在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)套損過(guò)程的仿真模擬，從而探究注水過(guò)程中套管在儲(chǔ)層所受壓力的變化規(guī)律，分析套損在油藏中形成的位置與油藏物性間的相關(guān)規(guī)律等，并且針對(duì)不同物性油藏，研究防止注水井套損的注水壓力界限等規(guī)律。

附圖說(shuō)明：

圖1是套管模擬裝置剖面圖。

圖2是套管模擬裝置俯視圖。

圖3是套管模擬裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是底板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是蓋板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是側(cè)板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是巖心與套管模擬裝置整體裝配后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中1-鋼筒，2-壓力傳感器，3-注水嘴，4-水嘴保護(hù)裝置，5-電纜，6-注水管線，7-螺紋孔，8-螺紋通孔，9-螺栓孔，10-底板，11-采油井螺紋通孔，12-蓋板，13-注水井螺紋通孔，14-側(cè)板，15-注水井井眼，16-水泥環(huán)，17-方形人造巖心，18-采油井井眼。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

由圖1至圖7所示，該種模擬套損過(guò)程的裝置，由套管模擬裝置、方形人造巖心17、巖心夾持器以及驅(qū)替管線組成，其獨(dú)特之處在于：

所述套管模擬裝置由鋼筒1、壓力傳感器2、注水嘴3、注水管線6、水嘴保護(hù)裝置4以及電纜5連接后組成。鋼筒1的內(nèi)徑規(guī)格為6cm，壁厚6mm，長(zhǎng)度為30cm；在鋼筒1壁水平方向上設(shè)置4組螺紋通孔8，以鋼筒1中軸線為基準(zhǔn)，各組螺紋通孔8在水平面上兩兩之間呈90°角均勻分布在鋼筒1壁上，在垂直方向上每組螺紋通孔8設(shè)置8個(gè)，上下間隔為3cm，水嘴保護(hù)裝置4為不銹鋼材質(zhì)，整體呈圓筒狀，其內(nèi)外表面分別設(shè)置螺紋，水嘴保護(hù)裝置4通過(guò)外表面的螺紋連接于鋼筒1筒壁的螺紋通孔8上，注水嘴3通過(guò)螺紋連接的方式固定在水嘴保護(hù)裝置4內(nèi)部，注水管線6與注水嘴3相連接；鋼筒1內(nèi)壁在水平方向上設(shè)置8組螺紋孔7用于固定壓力傳感器2，以鋼筒1中軸線為基準(zhǔn)，各組螺紋孔7在水平面上兩兩之間呈45°角均勻分布在鋼筒1內(nèi)壁上，在垂直方向上每組螺紋孔7設(shè)置8個(gè)，上下間隔為3cm，壓力傳感器2的信號(hào)輸出端通過(guò)電纜5連接到外部的顯示電路上；

所述巖心夾持器由蓋板12、底板10以及4個(gè)側(cè)板14連接后組成，均為不銹鋼材質(zhì)；其中，蓋板12開(kāi)有1個(gè)注水井螺紋通孔13和4個(gè)采油井螺紋通孔11，4個(gè)采油井螺紋通孔11呈對(duì)角線分布，直徑均為3cm，距離蓋板12中心10cm，蓋板12中心處的注水井螺紋通孔13直徑為6cm；蓋板12、底板10和側(cè)板14圍成的空間橫截面的尺寸為30cm×30cm，每個(gè)側(cè)面均分別設(shè)置4個(gè)螺栓孔9，在側(cè)板12內(nèi)部設(shè)置一層卡槽，用于盛放透明密封膠墊，蓋板12、底板10與側(cè)板14組合后通過(guò)緊固螺栓進(jìn)行相互連接固定。

方形人造巖心17的長(zhǎng)、寬、高均為30cm，采用5點(diǎn)法井網(wǎng)部署規(guī)則，人造巖心內(nèi)部開(kāi)設(shè)5個(gè)通孔模擬注采井網(wǎng)；中間通孔為注水井井眼15，在注水井井眼15中下入所述套管模擬裝置以模擬注水井，在所述套管模擬裝置外注水井眼環(huán)空部分放置水泥環(huán)16，周圍四個(gè)通孔模擬采油井井眼18；

方形人造巖心17放置于夾持器的底板10上，夾持器蓋板12、底板10以及周圍4塊側(cè)板17通過(guò)緊固螺栓相互連接起來(lái)，從而將人造巖心17進(jìn)行密封。

利用前述裝置模擬套損過(guò)程的方法，該方法由如下步驟構(gòu)成：

首先，根據(jù)實(shí)際油藏水泥環(huán)的尺寸以及相似準(zhǔn)則確定出方形人造巖心17的注水井井眼15的尺寸，具體確定過(guò)程如下：

確定注水井井眼環(huán)空的水泥環(huán)16部分相似參數(shù)為1:10，即實(shí)際油藏水泥環(huán)厚度按照1/10的比例折算成實(shí)驗(yàn)中模擬的水泥環(huán)厚度，由此確定注水井井眼尺寸的折算公式為：

注水井井眼15的尺寸=鋼筒內(nèi)徑+2×鋼筒壁厚+2×1/10×實(shí)際油藏水泥環(huán)厚度

然后，在制作好的方形人造巖心 17按照第一步所得到的注水井井眼鉆孔，將巖心放置在夾持器的底板10上；

之后，調(diào)整注水嘴3在鋼筒1上的旋進(jìn)位置，使之與人造巖心17上的注水井井眼15相通，在注水井井眼15中下入模擬套管裝置，再將夾持器的蓋板12、側(cè)板14通過(guò)緊固螺栓分別相互連接固定，蓋板12和底板10的內(nèi)部均設(shè)置有密封膠墊，4個(gè)側(cè)板14的凹槽內(nèi)放入凸?fàn)钔该髂z墊，從而實(shí)現(xiàn)巖心密封以及驅(qū)替過(guò)程的可視化；

再后，在注水井井眼15的井眼環(huán)空中注入水泥環(huán)16；

再后，待水泥環(huán)16膠結(jié)完成后，進(jìn)行巖心飽和水飽和油過(guò)程；

最后，逐次注水，模擬過(guò)程中壓力的相似參數(shù)為1:10，模擬注水井套損實(shí)驗(yàn)，記錄壓力傳感器2所得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。