本發(fā)明涉及一種油氣井工程領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)裝置與方法，可以模擬蠕變地層中井眼和井筒的力學(xué)行為。
背景技術(shù)：
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(fù)雜事故，它仍然是石油工程領(lǐng)域的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。目前已經(jīng)有測量巖心的蠕變實(shí)驗(yàn)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(xué)行為將更加復(fù)雜，然而，國內(nèi)外尚無合理地、準(zhǔn)確地測量蠕變地層定向井眼和井筒力學(xué)行為的實(shí)驗(yàn)裝置和方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了采用實(shí)驗(yàn)手段分析蠕變地層定向井眼和井筒力學(xué)行為，本發(fā)明提供了一種蠕變地層定向井筒力學(xué)行為模擬實(shí)驗(yàn)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(yīng)變傳感器、示蹤劑、歐姆表和計(jì)算機(jī)。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(yīng)變傳感器，水泥環(huán)內(nèi)部布置歐姆表探針。
本發(fā)明還提供了利用上述裝置的實(shí)驗(yàn)方法。實(shí)驗(yàn)方法包括以下步驟：
步驟一，制作蠕變巖石，在巖石內(nèi)部布置應(yīng)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(shí)間，測量蠕變巖石應(yīng)變(模擬鉆井前蠕變巖石地應(yīng)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(shí)間并測量井壁應(yīng)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(yīng)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(nèi)部布置歐姆表探針；步驟七，利用應(yīng)變傳感器和計(jì)算機(jī)測量套管應(yīng)變(模擬生產(chǎn)過程套管力學(xué)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(nèi)蠕變地層定向井眼和井筒的力學(xué)行為，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可信度高，為蠕變地層鉆完井復(fù)雜事故分析提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
附圖說明
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
附圖是一種蠕變地層定向井筒力學(xué)行為模擬實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)。
具體實(shí)施方式
為了對本發(fā)明的技術(shù)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(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說明。
本發(fā)明提供了一種蠕變地層定向井筒力學(xué)行為模擬實(shí)驗(yàn)裝置，如圖所示。實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)(12)。
利用上述裝置模擬蠕變地層定向井筒力學(xué)行為的實(shí)驗(yàn)方法包括以下步驟：步驟一，制作蠕變巖石(4)，在巖石內(nèi)部布置應(yīng)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(shí)間，測量蠕變巖石應(yīng)變(模擬鉆井前蠕變巖石地應(yīng)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(shí)間并測量井壁應(yīng)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(yīng)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(nèi)部布置歐姆表(11)探針；步驟七，利用應(yīng)變傳感器和計(jì)算機(jī)(12)測量套管應(yīng)變(模擬生產(chǎn)過程套管力學(xué)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)。