本發(fā)明涉及一種油氣井工程領域的實驗裝置與方法，可以模擬蠕變地層中井眼和井筒的力學行為。
背景技術：
蠕變地層鉆完井經(jīng)常發(fā)生井眼縮徑、卡鉆和套管擠毀等復雜事故，它仍然是石油工程領域的一項重大挑戰(zhàn)。目前已經(jīng)有測量巖心的蠕變實驗裝置，藉此可以掌握蠕變地層的蠕變特性。蠕變地層中定向井眼和井筒的力學行為將更加復雜，然而，國內外尚無合理地、準確地測量蠕變地層定向井眼和井筒力學行為的實驗裝置和方法。
技術實現(xiàn)要素：
為了采用實驗手段分析蠕變地層定向井眼和井筒力學行為，本發(fā)明提供了一種蠕變地層定向井筒力學行為模擬實驗裝置與方法。該裝置包括：蠕變巖石、套管、水泥漿、支撐框架、底座、墊片、水箱、高壓泵、液壓缸、應變傳感器、示蹤劑、歐姆表和計算機。高壓泵連接液壓缸，通過液壓缸對蠕變巖石施加三軸壓力，在加載后蠕變巖石中鉆出井眼，井眼頂部連接水箱，在井眼中放置套管且在環(huán)空中注入水泥漿，在井壁和套管外壁上布置應變傳感器，水泥環(huán)內部布置歐姆表探針。
本發(fā)明還提供了利用上述裝置的實驗方法。實驗方法包括以下步驟：
步驟一，制作蠕變巖石，在巖石內部布置應變傳感器；步驟二，把蠕變巖石放置在底座上，安裝墊片、液壓缸、支撐框架，連接高壓泵；步驟三，通過高壓泵和液壓缸對蠕變巖石施加三軸壓力，持續(xù)加載一段時間，測量蠕變巖石應變(模擬鉆井前蠕變巖石地應力狀態(tài))；步驟四，在蠕變巖石中鉆出定向井眼，通過水箱向井眼注水，持續(xù)一段時間并測量井壁應變(模擬鉆井過程井眼縮徑)；步驟五，在套管外壁和井壁上布置應變傳感器；步驟六，把套管放入蠕變巖石井眼中，在套管與井眼之間環(huán)空中注入水泥漿，水泥漿凝固成為水泥環(huán)，水泥環(huán)上部連接含示蹤劑水箱，水泥環(huán)內部布置歐姆表探針；步驟七，利用應變傳感器和計算機測量套管應變(模擬生產(chǎn)過程套管力學行為)，利用歐姆表或觀察水泥環(huán)底部示蹤劑分析水泥環(huán)密封完整性(模擬生產(chǎn)過程水泥環(huán)密封性能)。
本發(fā)明可以模擬油氣井全壽命周期內蠕變地層定向井眼和井筒的力學行為，實驗結果可信度高，為蠕變地層鉆完井復雜事故分析提供了實驗依據(jù)。
附圖說明
下面將結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
附圖是一種蠕變地層定向井筒力學行為模擬實驗裝置與方法。
附圖中：1.高壓泵，2.液壓缸，3.墊片，4.蠕變巖石，5.套管，6.水泥環(huán)，7.水箱，8.支撐框架，9.底座，10.傳感器，11.歐姆表，12.計算機。
具體實施方式
為了對本發(fā)明的技術特征和有益效果有更加清楚地理解，現(xiàn)參照說明書附圖對本發(fā)明的技術方案進行以下詳細說明。
本發(fā)明提供了一種蠕變地層定向井筒力學行為模擬實驗裝置，如圖所示。實驗裝置包括：高壓泵(1)、液壓缸(2)、墊片(3)、蠕變巖石(4)、套管(5)、水泥環(huán)(6)、水箱(7)、支撐框架(8)、底座(9)、傳感器(10)、歐姆表(11)和計算機(12)。
利用上述裝置模擬蠕變地層定向井筒力學行為的實驗方法包括以下步驟：步驟一，制作蠕變巖石(4)，在巖石內部布置應變傳感器(10)；步驟二，把蠕變巖石放置在底座(9)上，安裝墊片(3)、液壓缸(2)、支撐框架(8)，連接高壓泵(1)；步驟三，通過高壓泵和液壓缸對蠕變巖石施加三軸壓力，持續(xù)加載一段時間，測量蠕變巖石應變(模擬鉆井前蠕變巖石地應力狀態(tài))；步驟四，在蠕變巖石中鉆出定向井眼，通過水箱(7)向井眼注水，持續(xù)一段時間并測量井壁應變(模擬鉆井過程井眼縮徑)；步驟五，在套管(5)外壁和井壁上布置應變傳感器；步驟六，把套管放入蠕變巖石井眼中，在套管與井眼之間環(huán)空中注入水泥漿(6)，水泥漿凝固成為水泥環(huán)，水泥環(huán)上部連接含示蹤劑水箱，水泥環(huán)內部布置歐姆表(11)探針；步驟七，利用應變傳感器和計算機(12)測量套管應變(模擬生產(chǎn)過程套管力學行為)，利用歐姆表或觀察水泥環(huán)底部示蹤劑分析水泥環(huán)密封完整性(模擬生產(chǎn)過程水泥環(huán)密封性能)。