專利名稱：：油層套管射孔抗擠毀模擬試驗方法和模擬試驗機的制作方法
技術領域：
：本發明涉及石油鉆井完井
技術領域：
，特別涉及一種石油井下油層套管射孔后性能的地面試驗方法，具體講是一種油層套管射孔后抗擠毀模擬試驗方法，屬于一種油層套管破壞性試驗。
背景技術：
：目前，油氣井在固井完井中使用油層套管，并通過油層套管射孔使地層油藏的油氣能透過油層套管，流入套管內。然而，在對油層套管實施爆炸射孔的同時，油層套管抗外擠(擠毀)能力下降，而在酸化壓裂以及試油作業中因對套管射孔后的抗擠毀能力考慮不足，經常在油層射孔段發生套管縮徑變形，即擠毀失效。為了準確了解并掌握油層套管射孔后其抗擠毀能力值以及下降規律，降低油田現場射孔段套管擠毀失效事故，必須建立一種獲取油層套管射孔后抗擠毀能力值的有效手段或方法。現有的油層套管射孔性能的方法是根據中國石油幾十年的生產實踐及研究成果，創造出的在模擬井中用無槍身射孔方式來試驗油層套管射孔性能的方法并依此擬定了行業標準SY/T6491-2000《油層套管模擬井射孔試驗與評價》，用于評價油層油層套管的射孔性能。在模擬井條件下進行油層套管射孔試驗，就是模擬油層套管在井下的環境中，使用標準射孔彈對試驗油層套管進行射孔，根據試驗油層套管射孔后的變形和破損程度綜合評價油層套管的射孔質量。也稱作"模擬井射孔試驗"。除了上述SY/T6491-2000標準所述的評價油層套管射孔性能的模擬井試驗方法外，現在無任何有關評價全尺寸油層套管射孔性能的試驗技術手段。從油田現場作業情況來看，油層套管射孔后經常易發生擠毀現象，即使該油層套管出廠時的射孔性能符合SY/T6491-2000標準，同樣也有可能發生油層套管射孔后被擠毀現象。采用油層套管模擬井射孔試驗，首先需要一口射孔模擬實驗井。射孔模擬井的建井費用很高，目前僅中國石油天然氣集團公司油氣田射孔器材質量監督檢驗中心擁有一口射孔模擬實驗井。而且，油層套管射孔試驗費用較高，試驗周期較長。更重要的是，在模擬井試驗無法測取該油層套管射孔后的抗擠毀能力值以及下降規律。到目前為止還沒有發現針對整根油層套管射孔后的抗擠毀能力，在地面進行模擬試驗的報道。在對套管絲扣密封性能試驗中，有采用整根套管進行試驗的紀錄。如專利公告號CN2107655U公開了一種套管密封試驗裝置。該試驗裝置采用兩個千斤頂提供拉力，進行整根套管的拉伸；采用高壓水泵提供套管內壓，并利用傳感器接收顯示套管內部壓力，完成整根套管在承受拉力情況下的密封試驗。專利公告號CN2237847Y公開了一種套管和油管密封試驗裝置。該試驗裝置提供一種能模擬油氣井的工況，對整根套管和油管，在拉伸和彎曲或壓縮和彎曲同時施力的條件下，對連接螺紋進行內壓密封試驗的裝置。最大拉伸力5000KN;最大壓縮力3000KN;最大彎曲力300KN;最大內壓100MPa;試驗套管長度在9.7—11米之間。
發明內容本發明的目的是提供一種油層套管射孔抗擠毀模擬試驗方法和模擬試驗機，能完成油層套管地面模擬射孔后抗擠毀試驗。模擬試驗在地面進行，克服采用模擬井進行油層套管射孔后抗擠毀試驗成本高、周期長的不足，克服采用模擬井進行油層套管射孔后抗擠毀試驗，油層套管射孔后抗擠毀能力值和變形規律無法獲取的難題。本發明采用的技術方案是A、油層套管射孔抗擠毀模擬試驗機，主要包括壓力缸、液壓傳感器和壓力泵。壓力缸為圓筒狀，長度為3000—4500mm，內徑為300_400mm，壁厚為150—200mm。在壓力缸壁上有介質注入孔，在介質注入孔上固定有液壓傳感器和高壓導管，高壓導管連接壓力泵，液壓傳感器通過導線與控制箱和計算機連接。壓力泵通過高壓導管和介質注入孔為壓力缸內部提供試驗用高壓介質；并通過液壓傳感器采集試驗液壓壓力值，傳輸給計算機，并由計算機通過控制箱經由液壓傳感器控制壓力泵的打壓速率。壓力缸應能承受最大內壓210MPa。在壓力缸的兩端分別固定有封堵法蘭。固定方式可以采用螺栓固定。封堵法蘭與壓力缸之間有密封膠墊。在封堵法蘭的中心孔內固定有堵頭。封堵法蘭與堵頭之間有密封圈。堵頭為一階梯柱狀體，其中大端外徑與試驗用油層套管外徑相同，是為了方便與油層套管端部進行配合焊接封堵；堵頭小端外徑與封堵法蘭的中心孔孔徑相同，堵頭小端外徑與封堵法蘭之間有密封圈，形成滑動配合密封。試驗完成瞬間壓力曲線迅速降至零點，此時關閉壓力泵，壓力缸內壓力為零。壓力缸不需要卸壓，正如萬能試驗機上在材料試樣拉斷瞬間拉力回落至零點一樣，試樣已經失穩破壞。即使是在試驗完成之前停止，只需關閉壓力泵，壓力缸內的壓力便會自動回壓至零點。B、油層套管射孔抗擠毀模擬試驗過程1、試驗用油層套管準備試驗用油層套管是在準備進行射孔完井作業的油層套管中，隨機抽取的樣品，并截取中間部分長度為2700—4200mm;用機械鉆和銑刀具在試驗用油層套管壁上鉆、銑出模擬孔。模擬孔的形狀為圓錐孔形。經過理論計算設計出模擬孔的軸向剖面孔徑為8—12mm;模擬孔的錐度在3—8度之間；模擬孔之間的軸向距離(孔密)為每米15—20孔；相鄰的兩個圓錐孔的相位角在75—100度之間。所述的在試驗油層套管上鉆、銑出圓錐形模擬孔是依據油田射孔作業參數并經過理論計算設計，確定試驗用油層套管射孔孔徑、孔密、相位角，最佳圓錐形模擬孔孔徑為10mm、模擬孔的錐度為度；模擬孔之間的軸向距離(密度)為每米19孔；相鄰的兩個圓錐孔的相位角為90度。2、試驗用油層套管兩端封堵試驗用油層套管兩端固定堵頭，進行兩端封堵。兩端封堵的辦法采取焊接達到密封。3、金屬封堵模擬孔將試驗用油層套管上的所有圓錐形模擬孔進行金屬封堵。所謂金屬封堵即將圓錐體金屬固定在圓錐形模擬孔上，形成金屬密封；將試驗用油層套管外表面錐形模擬孔附近區域清洗干凈。可以在圓錐體金屬周圍涂抹高壓密封膠，涂抹厚度為l一3mm。涂抹高壓密封膠的目的主要是為了避免高壓水從圓錐形模擬孔泄漏到試驗用油層套管內部形成漏壓，而造成試驗失敗。高壓密封膠屬于一種水下使用的輔助金屬密封的密封膠，市場有銷售。所述的圓錐體金屬剖面直徑為10mm，其錐度與模擬孔的錐度應匹配相同。圓錐體金屬的材質是碳鋼，以近似模擬井下砂石堵塞孔眼。4、安裝將試驗用油層套管放入模擬試驗機上的壓力缸中。兩端堵頭通過封堵法蘭固定在壓力缸的兩端，在壓力缸和和封堵法蘭之間有橡膠墊進行密封。在堵頭與封堵法蘭之間采用密封圈密封。壓力缸與試驗用油層套管之間形成一個密封腔。試驗用油層套管完全處于密封腔內。5、打壓試驗利用壓力泵往壓力缸與試驗用油層套管之間的密封腔內泵入液體，比如水。連續打壓(水壓)進行試驗用油層套管擠毀試驗。最高壓力210MPa。試驗壓力數據通過液壓傳感器和計算機采集。當壓力缸內發生巨響或/和試驗壓力迅速下降時，試驗用油層套管發生擠毀失效，此時的最高壓力值即為試驗用油層套管射孔后的抗擠毀能力值。如果試驗壓力達到最高壓力210MPa，壓力缸內沒有發生巨響或/和試驗壓力迅速下降，停止打壓，試驗用油層套管抗擠毀能力值大于210MPa。依據目前管材所掌握的API和非API套管的抗擠毀性能，用作油層套管的高鋼級高抗擠套管的最大抗擠毀性能不超過210MPa，油層套管射孔后的抗擠毀性能更不會超過210MPa，即是說壓力缸的抗內壓能力完全滿足目前的擠毀試驗要求。因此，上面所描述的打壓至210MPa而油層套管不擠毀失效的現象，其發生幾率幾乎為零。試驗打壓速度通過控制箱及計算機控制，打壓速率應小于35MPa/min，最佳打壓速率10MPa/min。本發明的有益效果采用本發明油層套管射孔抗擠毀模擬試驗方法和裝置，能在地面完成整根油層套管模擬射孔后抗擠毀試驗。完成油層套管的外徑在63—340mm的各種規格油、套管的外壓擠毀試驗；并能實現最大壓力范圍內設定壓力下的長時間保持壓力試驗。能獲得油層套管射孔后的抗擠毀能力，為油田工作人員提供了設計依據，優化油氣田作業參數，為試油試采作業提供壓力控制參數，保證管柱結構的安全和油井的生產安全，對提高整個石油生產效率具有現實意義。克服了采用模擬井進行油層套管射孔試驗成本高、周期長和油層套管射孔后其抗擠毀能力無法獲取的不足。圖1是油層套管射孔抗擠毀模擬試驗機結構剖面示意圖。圖2是油層套管的圓錐形孔眼和金屬圓錐體固定在圓錐形孔眼上的示意圖。圖中，l.封堵法蘭，2.壓力缸，3.液壓傳感器，4.高壓導管，5.壓力泵，6.堵頭，7.介質，8.試驗用油層套管，9.模擬孔，IO.圓錐體金屬，11.高壓密封膠。具體實施例方式實施例l:參閱圖2。油層套管射孔抗擠毀模擬試驗機，壓力缸2為圓筒狀，長度為3卯0mm，內徑為320mm，壁厚為160mm。在壓力缸2壁上有壓力介質注入孔，在壓力介質注入孔上固定有液壓傳感器3。液壓傳感器3的型號是MOHR267042。高壓導管4內徑3mm，高壓導管4連接壓力泵5，壓力泵5的型號是MOHR30000。液壓傳感器3通過導線與控制箱和計算機連接。壓力缸2應能承受最大內壓210MPa。在壓力缸2的兩端分別固定有封堵法蘭1。固定方式可以采用螺栓固定。封堵法蘭1與壓力缸2之間有密封膠墊。在封堵法蘭1的中心孔內固定有堵頭6。封堵法蘭1與堵頭6之間有密封圈。堵頭6為一階梯柱狀體，其中大端外徑為試驗用油層套管外徑，是為了方便與油層套管端部進行配合焊接封堵；堵頭6小端外徑基本為封堵法蘭1的中心孔孔徑，并與封堵法蘭1的中心孔及密封圈形成滑動配合密封。油層套管射孔抗擠毀模擬試驗過程1、試驗用油層套管準備參閱圖2。試驗用油層套管8從準備進行射孔完井作業的油層套管中隨機抽取的樣品一個，截取中間部分長度為3000mm;試驗用油層套管8規格為0139.7xl2.09mmV140;用機械鉆和銑刀具在試驗用油層套管8壁上鉆、銑出模擬孔9。模擬孔9的形狀為圓錐孔形。模擬孔9的軸向剖面孔徑為10mm、模擬孔9的錐度為5度；模擬孔9之間的軸向距離(密度)為每米19孔；相鄰的兩個圓錐孔的相位角為90度。2、試驗用油層套管兩端封堵試驗用油層套管8兩端固定堵頭6，進行兩端封堵。兩端封堵的辦法采取焊接達到密封。3、金屬封堵參閱圖2。將試驗用油層套管8上的所有圓錐形模擬孔9進行金屬封堵。將碳鋼制作的圓錐體金屬10固定在圓錐形模擬孔9上，形成金屬密封；將試驗用油層套管8外表面錐形模擬孔9附近區域清洗干凈、吹干；在圓錐體金屬IO周圍涂抹高壓密封膠11，涂抹厚度為2mm。圓錐體金屬10材質碳鋼，剖面直徑為10mm，其錐度與模擬孔9的錐度應匹配相同，即圓錐體金屬10的錐度為5度。4、安裝參閱圖1。將試驗用油層套管8放入模擬試驗機上的壓力缸2中。兩端堵頭6通過封堵法蘭1固定在壓力缸2的兩端，在壓力缸2和和封堵法蘭之間有橡膠墊進行密封。在堵頭6與封堵法蘭1之間采用密封圈密封。壓力缸2與試驗用油層套管8之間形成一個密封腔。試驗用油層套管8完全處于密封腔內。5、打壓試驗利用壓力泵往壓力缸2與試驗用油層套管8之間的密封腔內泵入液體水。連續打壓(水壓)進行試驗用油層套管8擠毀試驗。試驗壓力數據通過液壓傳感器3和計算機采集。試驗打壓速率通過控制箱及計算機控制，最佳打壓速率為每分鐘提高10MPa。當壓力缸2內發生巨響并試驗壓力迅速下降時，試驗用油層套管8發生擠毀失效。此時的壓力值為138MPa。紀錄下的138MPa是油層套管8射孔后的抗擠毀能力值，經計算得到試驗用油層套管8的抗擠強度下降系數。經過多次試驗，實驗數據分析列表如下:<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>權利要求1、一種油層套管射孔抗擠毀模擬試驗機，主要包括壓力缸(2)、液壓傳感器(3)和壓力泵(5)，其特征是壓力缸(2)為圓筒狀，長度為3000—4500mm，內徑為300—400mm，壁厚為150—200mm。在壓力缸(2)壁上有介質注入孔，在介質注入孔上固定有液壓傳感器(3)和高壓導管(4)，高壓導管(4)連接壓力泵(5)，液壓傳感器(3)通過導線與控制箱和計算機連接。壓力缸(2)應能承受最大內壓210MPa。在壓力缸(2)的兩端分別固定有封堵法蘭(1)。固定方式采用螺栓固定。封堵法蘭(1)與壓力缸(2)之間有密封膠墊。在封堵法蘭(1)的中心孔內固定有堵頭(6)。封堵法蘭(1)與堵頭(6)之間有密封圈。堵頭(6)為一階梯柱狀體，其中大端外徑與試驗用油層套管(8)外徑相同；堵頭(6)小端外徑與封堵法蘭(1)的中心孔孔徑相同，堵頭(6)小端外徑與封堵法蘭(l)之間有密封圈，形成滑動配合密封。2、根據權利要求1所述的油層套管射孔抗擠毀模擬試驗機，進行油層套管射孔抗擠毀模擬試驗方法，其特征是A、試驗用油層套管準備試驗用油層套管(8)是在準備進行射孔完井作業的油層套管中，隨機抽取的樣品，并截取中間部分長度為2700—4200mm;用機械鉆和銑刀具在試驗用油層套管(8)壁上鉆、銑出模擬孔(9)。模擬孔(9)的形狀為圓錐孔形。模擬孔(9)的軸向剖面孔徑為8—12mm;模擬孔(9)的錐度在3—8度之間；模擬孔(9)之間的軸向距離為每米15—20孑L;相鄰的兩個圓錐孔的相位角在75—100度之間。B、試驗用油層套管兩端封堵試驗用油層套管(8)兩端固定堵頭(6)，進行兩端封堵。兩端封堵的辦法采取焊接達到密封。C、金屬封堵模擬孔(9):將試驗用油層套管(8)上的所有圓錐形模擬孔(9)進行金屬封堵。所謂金屬封堵即將圓錐體金屬(10)固定在圓錐形模擬孔(9)上，形成金屬密封；將試驗用油層套管(8)外表面錐形模擬孔(9)附近區域清洗干凈。D、安裝將試驗用油層套管(8)放入模擬試驗機上的壓力缸(2)中。兩端堵頭(6)通過封堵法蘭(1)固定在壓力缸(2)的兩端，在壓力缸(2)和和封堵法蘭之間有橡膠墊進行密封。在堵頭(6)與封堵法蘭(1)之間采用密封圈密封。壓力缸(2)與試驗用油層套管(8)之間形成一個密封腔。試驗用油層套管(8)完全處于密封腔內。E、打壓試驗利用壓力泵往壓力缸(2)與試驗用油層套管(8)之間的密封腔內泵入液體，比如水。連續打壓進行試驗用油層套管(8)擠毀試驗。最高壓力210MPa。試驗壓力數據通過液壓傳感器(3)和計算機采集。當壓力缸(2)內發生巨響或/和試驗壓力迅速下降時，試驗用油層套管(8)發生擠毀失效，此時的最高壓力值即為試驗用油層套管(8)射孔后的抗擠毀能力值。如果試驗壓力達到最高壓力210MPa，壓力缸(2)內沒有發生巨響或/和試驗壓力迅速下降，停止打壓，試驗用油層套管(8)抗擠毀能力值大于210MPa。試驗打壓速度通過控制箱及計算機控制，打壓速率應小于35MPa/min，最佳打壓速率10MPa/min。3、根據權利要求2所述的油層套管射孔抗擠毀模擬試驗方法，其特征是所述的在試驗油層套管(8)上鉆、銑出圓錐形模擬孔(9)孔徑為10mm、模擬孔(9)的錐度為5度；模擬孔(9)之間的軸向距離為每米19孑L;相鄰的兩個圓錐孔的相位角為90度。4、根據權利要求2或3所述的油層套管射孔抗擠毀模擬試驗方法，其特征是所述的圓錐體金屬(10)剖面直徑為10mm，其錐度與模擬孔(9)的錐度應匹配相同。圓錐體金屬(10)的材質為碳鋼。5、根據權利要求2或3所述的油層套管射孔抗擠毀模擬試驗方法，其特征是在打壓之前，在圓錐體金屬(10)周圍涂抹高壓密封膠(11)，涂抹厚度為l一3mm。全文摘要油層套管射孔抗擠毀模擬試驗方法和模擬試驗機，應用于石油井下油層套管射孔后抗擠毀性能的地面試驗。模擬試驗機特征是壓力缸為圓筒狀，在壓力缸壁上固定有液壓傳感器和高壓導管，壓力缸的兩端分別固定有封堵法蘭。封堵法蘭的中心孔內固定有堵頭。試驗方法經過試驗用油層套管準備；金屬封堵模擬孔；試驗用油層套管兩端封堵；安裝；打壓試驗，完成試驗全過程。效果是采用本發明能在地面完成油層套管模擬射孔后抗擠毀試驗。可以獲得油層套管射孔后的抗擠毀能力，優化油氣田作業參數，保證管柱結構的安全和油井的生產安全。適于室內安裝，計算機控制，便于獲取油層套管射孔后的抗擠毀能力。文檔編號G01M99/00GK101122552SQ200710121910公開日2008年2月13日申請日期2007年9月18日優先權日2007年9月18日發明者上官豐收,凱林,王建東,王建軍申請人:中國石油天然氣集團公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所