本發(fā)明涉及油氣井技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種用于評(píng)價(jià)壓裂環(huán)境下套管完整性的裝置及方法，特別是一種用于評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣井內(nèi)大規(guī)模多級(jí)壓裂環(huán)境下套管完整性的裝置及方法。

背景技術(shù)：

目前，國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣井的開(kāi)發(fā)主要是通過(guò)大規(guī)模多級(jí)壓裂改造儲(chǔ)層滲透率實(shí)現(xiàn)的，而大規(guī)模多級(jí)壓裂改造技術(shù)會(huì)對(duì)井筒產(chǎn)生循環(huán)溫度效應(yīng)及循環(huán)高壓作用，影響井筒中套管完整性，其中完整性是指井筒與水泥環(huán)之間的密封性是否可靠、井筒是否變形。在實(shí)際開(kāi)采中，頁(yè)巖氣井大規(guī)模多級(jí)壓裂階段多次出現(xiàn)套管變形損壞，主要是壓裂產(chǎn)生的裂縫和高溫高壓環(huán)境改變地層應(yīng)力分布，對(duì)套管產(chǎn)生應(yīng)力集中，引起套管屈服。

現(xiàn)有的針對(duì)井筒完整性的實(shí)驗(yàn)裝置集中研究了壓力和溫度對(duì)水泥環(huán)的影響，但是，現(xiàn)有的該些裝置只是單純針對(duì)套管或水泥環(huán)設(shè)定模擬條件，并沒(méi)有設(shè)置地層，也沒(méi)有針對(duì)地層設(shè)定壓力環(huán)境，無(wú)法真實(shí)的模擬井下井筒環(huán)境，且該些裝置只能實(shí)現(xiàn)單個(gè)或幾個(gè)影響因素的井下環(huán)境模擬(例如只考慮了溫度、壓力因素)，而無(wú)法設(shè)置非均勻地應(yīng)力、水泥漿高溫高壓侯凝及套管偏心等環(huán)境，測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)易，不能真實(shí)、準(zhǔn)確、定量的評(píng)價(jià)井筒完整性。

有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明人結(jié)合相關(guān)制造領(lǐng)域多年的設(shè)計(jì)及使用經(jīng)驗(yàn)，提供一種用于評(píng)價(jià)壓裂環(huán)境下套管完整性的裝置及方法，來(lái)克服上述缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一目的是提供一種用于評(píng)價(jià)壓裂環(huán)境下套管完整性的裝置，其能真實(shí)模擬井筒壓裂環(huán)境，準(zhǔn)確、定量的實(shí)現(xiàn)對(duì)井筒完整性的評(píng)價(jià)。

本發(fā)明的另一目的是提供一種用于評(píng)價(jià)壓裂環(huán)境下套管完整性的方法，其能真實(shí)模擬井筒壓裂環(huán)境，準(zhǔn)確、定量的實(shí)現(xiàn)對(duì)井筒完整性的評(píng)價(jià)。

本發(fā)明的上述目的可采用下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供一種用于評(píng)價(jià)壓裂環(huán)境下套管完整性的裝置，其包括：密封的腔體，其橫截面呈矩形，所述腔體內(nèi)貼設(shè)井筒，所述井筒包括巖體和設(shè)于所述巖體內(nèi)的套管，所述套管與所述巖體之間形成水泥環(huán)空，所述水泥環(huán)空與水泥漿儲(chǔ)存罐相連；地應(yīng)力供給機(jī)構(gòu)，其包括兩個(gè)能向所述巖體施加壓力的加壓板，兩個(gè)所述加壓板設(shè)于所述腔體內(nèi)并相互垂直的貼設(shè)于所述巖體的兩個(gè)側(cè)面；溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其包括銅芯棒和液氮罐，所述銅芯棒的一端插設(shè)于所述套管內(nèi)，所述銅芯棒的另一端與加熱平臺(tái)相連，所述液氮罐能分別與所述套管和所述水泥環(huán)空相連；壓力供給機(jī)構(gòu)，其包括第一液壓泵和第二液壓泵，所述第一液壓泵與所述套管相連，所述第二液壓泵與所述水泥環(huán)空相連；測(cè)量機(jī)構(gòu)，其包括氣體流量計(jì)、三組應(yīng)變片和三組熱電偶，所述氣體流量計(jì)與所述水泥環(huán)空相連，三組所述應(yīng)變片和三組所述熱電偶均分別設(shè)于所述套管的內(nèi)壁、所述套管的外壁和所述巖體的內(nèi)壁，所述氣體流量計(jì)、所述應(yīng)變片和所述熱電偶分別與一計(jì)算處理單元電連接。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述腔體的底壁的上表面凸設(shè)下環(huán)形凸起，所述腔體的頂壁的下表面凸設(shè)上環(huán)形凸起，所述套管的兩端分別卡設(shè)于所述上環(huán)形凸起和所述下環(huán)形凸起。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述腔體的兩個(gè)側(cè)面分別設(shè)有與所述加壓板對(duì)應(yīng)的密封板，所述密封板的內(nèi)壁凹設(shè)活塞腔，所述加壓板的外壁與活塞的一端相連，所述活塞的另一端密封設(shè)于所述活塞腔內(nèi)并與所述活塞腔的底面圍設(shè)形成壓力室，所述壓力室與第三液壓泵相連。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述腔體的底壁上設(shè)有與所述套管連通的油口，所述溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)還包括油泵和油箱，所述油泵通過(guò)設(shè)有進(jìn)油閥的管路與所述油口相連，所述油箱通過(guò)設(shè)有泄壓閥的管路與所述油口相連。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述銅芯棒包括基座和連接于所述基座上的棒體，所述基座的上表面與所述腔體的底壁相連，所述棒體穿過(guò)所述腔體的底壁并插設(shè)于所述套管內(nèi)，所述基座的下表面與所述加熱平臺(tái)相連。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述腔體的頂壁設(shè)有與所述套管連通的套管注入口和與所述水泥環(huán)空連通的環(huán)空注入口，所述第一液壓泵通過(guò)設(shè)有套壓控制閥的管路與所述套管注入口相連，所述第二液壓泵通過(guò)設(shè)有環(huán)壓控制閥的管路、所述水泥漿儲(chǔ)存罐通過(guò)設(shè)有水泥漿注入閥的管路及所述液氮罐通過(guò)設(shè)有液氮罐控制閥的管路分別與所述環(huán)空注入口相連；所述腔體的底壁設(shè)有與所述水泥環(huán)空連通的檢測(cè)口，所述氣體流量計(jì)通過(guò)設(shè)有密封控制閥的管路與所述檢測(cè)口相連。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，每組所述應(yīng)變片包括三個(gè)應(yīng)變片單元，三個(gè)所述應(yīng)變片單元自上而下等間隔設(shè)置，每組所述熱電偶包括兩個(gè)熱電偶單元，兩個(gè)所述熱電偶單元分別設(shè)于兩兩相鄰的所述應(yīng)變片單元之間。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述巖體內(nèi)設(shè)有通孔，所述套管設(shè)于所述巖體的通孔內(nèi)，所述套管的軸向中心線、所述巖體的通孔的軸向中心線和所述腔體的中心線共線；或所述套管的軸向中心線與所述腔體的中心線共線，且所述巖體的通孔的軸向中心線與所述套管的軸向中心線相偏離。

本發(fā)明還提供一種用于評(píng)價(jià)壓裂環(huán)境下套管完整性的方法，其采用如上所述的用于評(píng)價(jià)壓裂環(huán)境下套管完整性的裝置，其包括如下步驟：步驟S1：由水泥漿儲(chǔ)存罐向水泥環(huán)空內(nèi)注入水泥漿，加熱平臺(tái)通過(guò)銅芯棒將所述套管加熱至設(shè)定溫度，通過(guò)第二液壓泵向所述水泥環(huán)空注入設(shè)定壓力，直至所述水泥環(huán)空內(nèi)的水泥漿凝固，停止所述加熱平臺(tái)加熱；步驟S2：將液氮罐和氣體流量計(jì)分別與所述水泥環(huán)空連通，通過(guò)兩個(gè)加壓板向巖體加壓；步驟S3：所述加熱平臺(tái)將所述套管加熱至試驗(yàn)壓裂溫度，通過(guò)第一液壓泵向所述套管內(nèi)施加試驗(yàn)壓裂壓力，由計(jì)算處理單元記錄氣體流量計(jì)、應(yīng)變片和熱電偶的數(shù)值。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在所述步驟S1中，通過(guò)油泵向所述套管內(nèi)注入礦物油，所述加熱平臺(tái)通過(guò)銅芯棒加熱所述礦物油，所述礦物油將所述套管加熱至所述設(shè)定溫度。

本發(fā)明用于評(píng)價(jià)壓裂環(huán)境下套管完整性的裝置及方法的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)是：

1、本發(fā)明通過(guò)巖體、套管和水泥環(huán)空組成的井筒模擬地下真實(shí)井筒，通過(guò)將套管置于密封腔體內(nèi)并卡設(shè)于腔體的頂壁和底壁之間，以真實(shí)模擬套管在受高壓高溫和地應(yīng)力作用下的變形狀況，其中，通過(guò)加熱平臺(tái)加熱銅芯棒和礦物油以模擬井下高溫環(huán)境，并通過(guò)液氮罐向套管內(nèi)注入氮?dú)?，?shí)現(xiàn)對(duì)井筒的降溫，并可通過(guò)循環(huán)加熱-降溫的方式模擬壓裂過(guò)程中井筒的溫度變化，通過(guò)第一液壓泵向套管內(nèi)注入壓力，模擬井下的壓裂壓力，通過(guò)第三液壓泵向活塞施加壓力并傳遞給加壓板，模擬地層的地應(yīng)力，并通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)第三液壓泵施加相同或不同的壓力，實(shí)現(xiàn)均勻地應(yīng)力或非均勻地應(yīng)力的模擬，精確控制溫度和壓力參數(shù)，以真實(shí)模擬高溫高壓及大規(guī)模多級(jí)壓裂的復(fù)雜井下工況，檢測(cè)分析井筒應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)的變化和分布、水泥環(huán)密封性的變化，以分析溫度場(chǎng)變化和壓力場(chǎng)變化對(duì)井筒完整性的影響，及不同地層狀態(tài)和不同地應(yīng)力作用對(duì)井筒完整性的影響，同時(shí)還有利于尋找套管疲勞或損壞的作業(yè)極限，為壓裂作業(yè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和套管體系的優(yōu)選提供重要參考依據(jù)。

2、本發(fā)明將設(shè)置于套管內(nèi)壁、套管外壁和巖體內(nèi)壁的三組應(yīng)變片和三組熱電偶均與計(jì)算處理單元電連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖體和套管的應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布和變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將連接于水泥環(huán)空下端的氣體流量計(jì)與計(jì)算處理單元電連接，實(shí)現(xiàn)定量的評(píng)價(jià)水泥環(huán)密封性，將用于分別監(jiān)測(cè)并顯示兩個(gè)加壓板施加給巖體的地應(yīng)力的兩個(gè)第三壓力表、用于監(jiān)測(cè)并顯示第一液壓泵施加給套管的壓力的第一壓力表、用于監(jiān)測(cè)并顯示第二液壓泵施加給水泥環(huán)空的壓力的第二壓力表均通過(guò)導(dǎo)線傳遞給信號(hào)轉(zhuǎn)換器再傳遞給計(jì)算處理單元，通過(guò)計(jì)算處理單元編程記錄相關(guān)參數(shù)的變化并進(jìn)行相應(yīng)的處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)地應(yīng)力、套管內(nèi)壓力、水泥環(huán)空內(nèi)壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，能精確控制各壓力參數(shù)，模擬數(shù)值準(zhǔn)確、精度高，為分析壓裂環(huán)境下套管完整性提供完整、準(zhǔn)確、全面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3、本發(fā)明通過(guò)加熱平臺(tái)加熱銅芯棒、并通過(guò)銅芯棒加熱礦物油、并通過(guò)礦物油加熱套管，使套管均勻受熱，進(jìn)而對(duì)水泥環(huán)和巖體加熱，并通過(guò)環(huán)壓控制閥控制水泥環(huán)空內(nèi)的壓力，使水泥環(huán)空內(nèi)的水泥漿在高溫高壓下凝固成水泥環(huán)(也可稱為水泥塊)，使水泥環(huán)連接套管與巖體，通過(guò)液氮罐向其內(nèi)注入氮?dú)?，并通過(guò)氣體流量計(jì)檢測(cè)通過(guò)的氮?dú)獾牧髁?，以?shí)現(xiàn)對(duì)水泥環(huán)的密封性的檢測(cè)，其真實(shí)的模擬了水泥漿高溫高壓的侯凝環(huán)境，使對(duì)凝固后的水泥環(huán)(或水泥塊)的測(cè)試更加準(zhǔn)確。

4、本發(fā)明還能通過(guò)設(shè)置不同頁(yè)巖氣井內(nèi)的頁(yè)巖巖心制成的巖體、設(shè)置套管與巖體同心或不同心、設(shè)置水泥環(huán)存在角度缺失(比如在注入水泥漿時(shí)，在水泥環(huán)空內(nèi)設(shè)置空氣囊，使水泥環(huán)出現(xiàn)角度缺失而不能保持整個(gè)環(huán)形體形狀)等復(fù)雜的試驗(yàn)環(huán)境，定量分析各復(fù)雜的環(huán)境因素對(duì)井筒的應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布和變化的影響，為后期完井優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考；本發(fā)明克服了現(xiàn)有試驗(yàn)裝置過(guò)于簡(jiǎn)單、僅能模擬溫度或壓力等個(gè)別因素下的井下環(huán)境而無(wú)法準(zhǔn)確模擬的缺陷，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確、全面的模擬井下各種復(fù)雜工況，及在復(fù)雜的井下工況下對(duì)井筒完整性的定量分析。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明用于評(píng)價(jià)壓裂環(huán)境下套管完整性的裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明用于評(píng)價(jià)壓裂環(huán)境下套管完整性的裝置的俯視剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明：

10腔體，11側(cè)壁，12底壁，13頂壁，14密封板，141活塞腔，142加壓口，15導(dǎo)線出入口，16套管注入口，17環(huán)空注入口，18油口，19檢測(cè)口；

20井筒，21巖體，211通孔，22套管，23水泥環(huán)空，24水泥漿儲(chǔ)存罐，25水泥漿注入閥；

30加熱平臺(tái)，31銅芯棒，311基座，312棒體，32油泵，33進(jìn)油閥，34油箱，35泄油閥，36液氮罐，37液氮罐控制閥，38第一切換閥，39第二切換閥；

40第一液壓泵，41第一壓力表，42套壓控制閥，43第二液壓泵，44第二壓力表，45環(huán)壓控制閥；

50加壓板，51活塞，52地應(yīng)力控制閥，53第三液壓泵，54第三壓力表；

60計(jì)算處理單元，61信號(hào)轉(zhuǎn)換器，62氣體流量計(jì)，63密封控制閥，64應(yīng)變片，65熱電偶。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

除非單獨(dú)定義指出的方向以外，本文中涉及到的上、下等方向均是以本發(fā)明所示的圖1中的上、下等方向?yàn)闇?zhǔn)，在此一并說(shuō)明。

實(shí)施方式一

如圖1至圖2所示，本發(fā)明提供一種用于評(píng)價(jià)壓裂環(huán)境下套管完整性的裝置，其包括：密封的腔體10，其橫截面呈矩形，所述腔體10內(nèi)貼設(shè)井筒20，所述井筒20包括巖體21和設(shè)于所述巖體21內(nèi)的套管22，所述套管22與所述巖體21之間形成水泥環(huán)空23，所述水泥環(huán)空23與水泥漿儲(chǔ)存罐24相連；地應(yīng)力供給機(jī)構(gòu)，其包括兩個(gè)能向所述巖體21施加壓力的加壓板50，兩個(gè)所述加壓板50設(shè)于所述腔體10內(nèi)并相互垂直的貼設(shè)于所述巖體21的兩個(gè)側(cè)面，以通過(guò)地應(yīng)力供給機(jī)構(gòu)控制施加于井筒20的地應(yīng)力；溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其包括銅芯棒31和液氮罐36，所述銅芯棒31的一端插設(shè)于所述套管22內(nèi)，所述銅芯棒31的另一端與加熱平臺(tái)30相連，所述液氮罐36能分別與所述套管22和所述水泥環(huán)空23相連，以通過(guò)溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制井筒20的溫度；壓力供給機(jī)構(gòu)，其包括第一液壓泵40和第二液壓泵43，所述第一液壓泵40與所述套管22相連，所述第二液壓泵43與所述水泥環(huán)空23相連，以通過(guò)壓力供給機(jī)構(gòu)控制注入套管22和水泥環(huán)空23內(nèi)的壓力；測(cè)量機(jī)構(gòu)，其包括氣體流量計(jì)62、三組應(yīng)變片64和三組熱電偶65，所述氣體流量計(jì)62與所述水泥環(huán)空23相連，三組所述應(yīng)變片64和三組所述熱電偶65均分別設(shè)于所述套管22的內(nèi)壁、所述套管22的外壁和所述巖體21的內(nèi)壁，所述氣體流量計(jì)62、所述應(yīng)變片64和所述熱電偶65分別與一計(jì)算處理單元60電連接。

具體的，如圖1和圖2所示，密封的腔體10大致呈立方體形(其可為長(zhǎng)方體，也可為正方體)，以為井筒20提供一密封環(huán)境，保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的溫度、壓力和地應(yīng)力的穩(wěn)定，同時(shí)還利于施加地應(yīng)力，井筒20的巖體21呈與腔體10相對(duì)應(yīng)的立方立體形，并使其兩個(gè)相鄰的側(cè)面與腔體10的對(duì)應(yīng)的兩個(gè)相鄰的側(cè)面相貼設(shè)，使巖體21的外壁與橫截面呈矩形的腔體10的內(nèi)壁面完全吻合，巖體21內(nèi)設(shè)有通孔211，且通孔211的內(nèi)徑大于套管22的外徑，使巖體21與套管22之間形成能容納水泥漿的水泥環(huán)空23，套管22的外壁還可附有薄層涂料，以模擬井下套管外壁上附著的泥餅；測(cè)量機(jī)構(gòu)還包括信號(hào)轉(zhuǎn)換器61，氣體流量計(jì)62、應(yīng)變片64和熱電偶65分別通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換器61與計(jì)算處理單元60相連，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，利于計(jì)算處理單元60對(duì)信號(hào)的識(shí)別和顯示，其中計(jì)算處理單元60可為計(jì)算機(jī)。

進(jìn)一步的，所述腔體10的底壁12的上表面凸設(shè)下環(huán)形凸起，所述腔體10的頂壁13的下表面凸設(shè)上環(huán)形凸起，所述套管22的兩端分別卡設(shè)于所述上環(huán)形凸起和所述下環(huán)形凸起，使套管22穩(wěn)固的固定于腔體10內(nèi)，并限制套管22的軸向應(yīng)變，其中，腔體10的頂壁13可以為一能拆卸的蓋體，該蓋體通過(guò)螺栓與腔體10的側(cè)壁11緊密相連，以保證二者高強(qiáng)度連接并保證套管22的軸向固定，且便于井筒20的安裝與拆卸，同時(shí)還可在蓋體與腔體10之間設(shè)置橡膠圈進(jìn)行密封，套管22可選用頁(yè)巖氣井內(nèi)的井下套管的一段，套管22均與腔體10的頂壁13和底壁12垂直，且三者緊密結(jié)合。

進(jìn)一步的，如圖2所示，所述腔體10的兩個(gè)側(cè)面分別設(shè)有與所述加壓板50對(duì)應(yīng)的密封板14，所述密封板14的內(nèi)壁凹設(shè)活塞腔141，所述加壓板50的外壁與活塞51的一端相連，所述活塞51的另一端密封設(shè)于所述活塞腔141內(nèi)并與所述活塞腔141的底面圍設(shè)形成壓力室，所述壓力室與第三液壓泵53相連，具體的，密封的腔體10由一個(gè)底壁12、一個(gè)頂壁13、兩個(gè)相鄰的側(cè)壁11和兩個(gè)相鄰的密封板14圍設(shè)而成，兩個(gè)密封板14相互垂直設(shè)置(即在腔體10的水平面的正交方向上設(shè)置)，兩個(gè)密封板14均與所述腔體10的側(cè)壁11通過(guò)連接件(例如螺栓)緊密相連，以保證徑向(也即與軸向垂直的方向)的密封，同時(shí)還可在密封板14與腔體10的側(cè)壁11之間設(shè)置橡膠圈進(jìn)行密封，加壓板50可為鋼板，兩個(gè)加壓板50分別位于兩個(gè)密封板14的內(nèi)側(cè)并與密封板14之間設(shè)有活塞51，活塞51的一端連接于加壓板50外壁的中心，以均勻施力，活塞51的另一端密封設(shè)于活塞腔141內(nèi)，以通過(guò)活塞51的頂面(即與活塞腔141的底面相對(duì)的面)承受第三液壓泵53向壓力室施加的壓力，并能將此壓力經(jīng)加壓板50施加給巖體21，以模擬地層的地應(yīng)力。

更進(jìn)一步的，如圖2所示，活塞腔141的底面上設(shè)有與壓力室連通的加壓口142，第三液壓泵53為兩個(gè)，每個(gè)第三液壓泵53均通過(guò)一設(shè)有地應(yīng)力控制閥52的管路與加壓口142相連，以實(shí)現(xiàn)向兩個(gè)加壓板50同時(shí)施加相同或不同的地應(yīng)力，以實(shí)現(xiàn)均勻地應(yīng)力和不均勻地應(yīng)力的模擬，每個(gè)設(shè)有地應(yīng)力控制閥52的管路上設(shè)有一個(gè)第三壓力表54，以監(jiān)測(cè)第三液壓泵53的壓力，且第三壓力表54經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器61與計(jì)算處理單元60電連接，以實(shí)現(xiàn)向計(jì)算處理單元60實(shí)時(shí)反饋施加于兩個(gè)加壓板50的地應(yīng)力，同時(shí)，設(shè)有地應(yīng)力控制閥52的管路為耐高壓管路。

進(jìn)一步的，如圖1所示，所述腔體10的底壁12上設(shè)有與所述套管22連通的油口18，所述溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)還包括油泵32和油箱34，所述油泵32通過(guò)設(shè)有進(jìn)油閥33的管路與所述油口18相連，所述油箱34通過(guò)設(shè)有泄壓閥35的管路與所述油口18相連，其中，油泵32能通過(guò)設(shè)有進(jìn)油閥33的管路經(jīng)油口18向套管22內(nèi)泵入礦物油，以經(jīng)銅芯棒31的溫度均勻的傳遞給套管22，同時(shí)，套管22內(nèi)的礦物油還能通過(guò)油口18經(jīng)設(shè)有泄壓閥35的管路流回油箱34，保證后續(xù)順利的向套管22內(nèi)施加內(nèi)壓力，在一實(shí)施例中，腔體10的底壁12下方設(shè)有支座，支座與底壁12整體呈工字型，支座和底壁12上設(shè)有開(kāi)孔以供銅芯棒31穿設(shè)，銅芯棒31與支座連接，油口18設(shè)于支座上并與支座上的開(kāi)孔連通，銅芯棒31穿設(shè)于支座上的開(kāi)孔且與開(kāi)孔之間具有間隙，以利于油泵32經(jīng)油口18向套管22內(nèi)泵入礦物油。

進(jìn)一步的，如圖1所示，所述銅芯棒31包括基座311和連接于所述基座311上的棒體312，所述基座311的上表面與所述腔體10的底壁12相連，所述棒體312穿過(guò)所述腔體10的底壁12并插設(shè)于所述套管22內(nèi)，所述基座311的下表面與所述加熱平臺(tái)30相連，以通過(guò)加熱平臺(tái)30給銅芯棒31加熱，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)套管22的加熱，其中，棒體312可以呈細(xì)長(zhǎng)圓柱形，以利于將銅芯棒31插入于套管22內(nèi)，銅芯棒31的棒體312與套管22同軸心設(shè)置，且與套管22的內(nèi)壁之間具有間隙，以供注入礦物油，基座311可以呈扁平圓柱形，其形狀可以與腔體10的底壁12的形狀一致，并通過(guò)連接件(例如螺栓)實(shí)現(xiàn)基座311與腔體10的底壁12的緊固連接，以利于銅芯棒31的安裝與固定。

進(jìn)一步的，如圖1所示，所述腔體10的頂壁13設(shè)有與所述套管22連通的套管注入口16和與所述水泥環(huán)空23連通的環(huán)空注入口17，所述第一液壓泵40通過(guò)設(shè)有套壓控制閥42的管路與所述套管注入口16相連，實(shí)現(xiàn)向套管22內(nèi)注入壓力，以模擬壓裂壓力，其中，套管注入口16位于上環(huán)形凸起的內(nèi)側(cè)，環(huán)空注入口17位于上環(huán)形凸起的外側(cè)，所述第二液壓泵43通過(guò)設(shè)有環(huán)壓控制閥45的管路、所述水泥漿儲(chǔ)存罐24通過(guò)設(shè)有水泥漿注入閥25的管路及所述液氮罐36通過(guò)設(shè)有液氮罐控制閥37的管路分別與所述環(huán)空注入口17相連，實(shí)現(xiàn)由水泥漿儲(chǔ)存罐24向水泥環(huán)空23內(nèi)注入水泥漿，同時(shí)由第二液壓泵43向水泥環(huán)空23內(nèi)注入壓力，以提供水泥漿侯凝呈水泥塊的高壓環(huán)境，并且由液氮罐36向水泥環(huán)空23內(nèi)注入高壓氮?dú)?，以監(jiān)測(cè)水泥環(huán)空23內(nèi)的凝固后與套管22和巖體21結(jié)為一體的水泥環(huán)(或水泥塊)的密封性；所述腔體10的底壁12設(shè)有與所述水泥環(huán)空23連通的檢測(cè)口19，所述氣體流量計(jì)62通過(guò)設(shè)有密封控制閥63的管路與所述檢測(cè)口19相連，如果水泥環(huán)空23內(nèi)的水泥環(huán)發(fā)生裂縫或套管22發(fā)生變形而與水泥環(huán)之間出現(xiàn)間隙，則液氮罐36注入水泥環(huán)空23內(nèi)的氮?dú)鈺?huì)經(jīng)設(shè)有密封控制閥63的管路進(jìn)入氣體流量計(jì)62，氣體流量計(jì)62即可實(shí)時(shí)的、定量的檢測(cè)水泥環(huán)空23內(nèi)的水泥環(huán)的密封性，進(jìn)而研究套管22的完整性，其中，檢測(cè)口19貼靠于巖體21的內(nèi)壁設(shè)置，環(huán)空注入口17貼靠于套管22的外壁設(shè)置，或檢測(cè)口19與環(huán)空注入口17于水泥環(huán)空23的徑向呈180度錯(cuò)開(kāi)設(shè)置，以更好的檢測(cè)設(shè)置水泥環(huán)空23的密封性。

更進(jìn)一步的，如圖1所示，設(shè)有套壓控制閥42的管路上設(shè)有第一壓力表41，以監(jiān)測(cè)第一液壓泵40的壓力，設(shè)有環(huán)壓控制閥45的管路上設(shè)有第二壓力表44，以監(jiān)測(cè)第二液壓泵43的壓力，且第一壓力表41和第二壓力表44能分別經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器61與計(jì)算處理單元60電連接，以實(shí)時(shí)的向計(jì)算處理單元60反饋施加于套管22內(nèi)的壓力和施加于水泥環(huán)空23內(nèi)的壓力，在一實(shí)施例中，設(shè)有液氮罐控制閥37的管路通過(guò)設(shè)有第一切換閥38的管路連接于設(shè)于套壓控制閥42的管路上，設(shè)有液氮罐控制閥37的管路通過(guò)設(shè)有第二切換閥39的管路連接于設(shè)有環(huán)壓控制閥45的管路上，在需要向套管22內(nèi)注入氮?dú)鈺r(shí)，同時(shí)開(kāi)啟第一切換閥38和套壓控制閥42，在需要向水泥環(huán)空內(nèi)注入氮?dú)鈺r(shí)，同時(shí)開(kāi)啟第二切換閥39和環(huán)壓控制閥45，其中，設(shè)有套壓控制閥42的管路、設(shè)有環(huán)壓控制閥45的管路和設(shè)有液氮罐控制閥37的管路均為耐高壓管路。

進(jìn)一步的，如圖1所示，每組所述應(yīng)變片64包括三個(gè)應(yīng)變片單元，三個(gè)所述應(yīng)變片單元自上而下等間隔設(shè)置，每組所述熱電偶65包括兩個(gè)熱電偶單元，兩個(gè)所述熱電偶單元分別設(shè)于兩兩相鄰的所述應(yīng)變片單元之間；具體的，三組應(yīng)變片64分別貼設(shè)于套管22的內(nèi)壁、套管22的外壁和巖體21的內(nèi)壁，且貼設(shè)于套管22的內(nèi)壁的一組應(yīng)變片64的三個(gè)應(yīng)變片單元分布于套管22的內(nèi)壁的上部、中部和下部，同理，貼設(shè)于套管22的外壁的一組應(yīng)變片64和貼設(shè)于巖體21的內(nèi)壁的一組應(yīng)變片64也采用相同的設(shè)置，即三組應(yīng)變片64的應(yīng)變片單元在設(shè)置高度上相互對(duì)應(yīng)，以監(jiān)測(cè)井筒20的應(yīng)力場(chǎng)變化和應(yīng)力場(chǎng)分布；三組熱電偶65也分別貼設(shè)于所述套管22的內(nèi)壁、所述套管22的外壁和所述巖體21的內(nèi)壁，且貼設(shè)于套管22的內(nèi)壁的一組熱電偶65的兩個(gè)熱電偶單元設(shè)于該套管22內(nèi)壁上的兩兩相鄰的應(yīng)變片單元之間，同理，貼設(shè)于套管22的外壁的一組熱電偶65和貼設(shè)于巖體21的內(nèi)壁的一組熱電偶65的兩個(gè)熱電偶單元也采取同樣的設(shè)置，即三組熱電偶65的熱電偶單元在設(shè)置高度上相互對(duì)應(yīng)，以監(jiān)測(cè)井筒20的溫度場(chǎng)變化和溫度場(chǎng)分布；腔體10的頂壁13上設(shè)有三個(gè)導(dǎo)線出入口15，每個(gè)導(dǎo)線出入口15穿設(shè)一耐高溫高壓的導(dǎo)線，三根導(dǎo)線分別與套管22的內(nèi)壁的應(yīng)變片64和熱電偶65、套管22的外壁的應(yīng)變片64和熱電偶65和巖體21的內(nèi)壁的應(yīng)變片64和熱電偶65連接，以將該些應(yīng)變片64和熱電偶65的信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線與信號(hào)轉(zhuǎn)換器61相連，并通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換器61轉(zhuǎn)換后反饋給計(jì)算處理單元60。

進(jìn)一步的，如圖1和圖2所示，所述巖體21內(nèi)設(shè)有通孔211，所述套管22設(shè)于所述巖體21的通孔211內(nèi)，所述套管22的軸向中心線、所述巖體21的通孔211的軸向中心線和所述腔體10的中心線共線，即巖體21的通孔211為其中心通孔，以實(shí)現(xiàn)三者同軸心的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的模擬檢測(cè)；或所述套管22的軸向中心線與所述腔體10的中心線共線，且所述巖體21的通孔211的軸向中心線與所述套管22的軸向中心線相偏離，其可通過(guò)在巖體21上加工通孔211時(shí)，使巖體21的通孔211并不設(shè)置在巖體21的中心位置，使設(shè)于巖體21的通孔211內(nèi)的套管22的外壁與巖體21的內(nèi)壁之間的距離不等，以實(shí)現(xiàn)套管22偏心的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的模擬檢測(cè)。

本發(fā)明通過(guò)巖體21、套管22和水泥環(huán)空23組成的井筒20模擬井下真實(shí)的套管-水泥環(huán)-地層的井筒單元，通過(guò)溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)水泥漿在高溫高壓環(huán)境下侯凝，并通過(guò)溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制井筒20的模擬溫度，通過(guò)壓力供給機(jī)構(gòu)控制套管22內(nèi)壓力和水泥環(huán)空23內(nèi)壓力，通過(guò)地應(yīng)力供給機(jī)構(gòu)控制施加于巖體21的均勻或非均勻地應(yīng)力，以真實(shí)模擬高溫高壓及大規(guī)模多級(jí)壓裂的復(fù)雜井下工況，檢測(cè)分析井筒20應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)的變化和分布、水泥環(huán)密封性的變化，以分析溫度場(chǎng)變化和壓力場(chǎng)變化對(duì)井筒20完整性的影響，及不同地層狀態(tài)和不同地應(yīng)力作用對(duì)井筒20完整性的影響。

實(shí)施方式二

本發(fā)明提供一種用于評(píng)價(jià)壓裂環(huán)境下套管完整性的方法，其采用如上所述的用于評(píng)價(jià)壓裂環(huán)境下套管完整性的裝置，如圖1至圖2所示，具體用于評(píng)價(jià)壓裂環(huán)境下套管完整性的裝置的結(jié)構(gòu)在此不再贅述，所述用于評(píng)價(jià)壓裂環(huán)境下套管完整性的方法包括如下步驟：

步驟S1：由水泥漿儲(chǔ)存罐24向水泥環(huán)空23內(nèi)注入水泥漿，加熱平臺(tái)30通過(guò)銅芯棒31將所述套管22加熱至設(shè)定溫度，通過(guò)第二液壓泵43向所述水泥環(huán)空23注入設(shè)定壓力，直至所述水泥環(huán)空23內(nèi)的水泥漿凝固呈水泥環(huán)，停止所述加熱平臺(tái)30加熱；

步驟S2：將液氮罐36和氣體流量計(jì)62分別與所述水泥環(huán)空23連通，通過(guò)兩個(gè)加壓板50向巖體21加壓；

步驟S3：所述加熱平臺(tái)30將所述套管22加熱至試驗(yàn)壓裂溫度，通過(guò)第一液壓泵40向所述套管22內(nèi)施加試驗(yàn)壓裂壓力，由計(jì)算處理單元60記錄氣體流量計(jì)62、應(yīng)變片64和熱電偶65的數(shù)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥環(huán)的密封性、井筒20的應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)的檢測(cè)。

進(jìn)一步的，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，還包括步驟S0：準(zhǔn)備用于評(píng)價(jià)壓裂環(huán)境下套管完整性的裝置，其中，該步驟S0包括如下步驟：

步驟S01，從待模擬測(cè)試的頁(yè)巖氣井內(nèi)提取頁(yè)巖巖心，將頁(yè)巖巖心加工成立方體形的巖體21，以模擬真實(shí)地層，例如40cm×40cm×40cm的立方體形，并在立方體形的巖體21的中心或非中心鉆設(shè)通孔211，例如直徑為11cm的通孔，同時(shí)，在水泥漿儲(chǔ)存罐24中按照試驗(yàn)需要配置一定比例的水泥漿；

步驟S02，將銅芯棒31的基座311通過(guò)連接件(例如螺栓)固定連接于腔體10的底壁12，使銅芯棒31的棒體312穿過(guò)腔體10的底壁12而插入腔體10內(nèi)，將銅芯棒31的基座311置于加熱平臺(tái)30上；然后，將加工好的巖體21置入腔體10內(nèi)，并使巖體21的兩個(gè)相鄰的側(cè)面與腔體10的兩個(gè)內(nèi)側(cè)面相貼靠，將套管22置于腔體10底壁12的環(huán)形凸起的凹槽內(nèi)緊密卡設(shè)，在套管22的內(nèi)壁、套管22的外壁和巖體21的內(nèi)壁分別貼設(shè)應(yīng)變片64和熱電偶65，其中在每組應(yīng)變片64的兩兩相鄰的應(yīng)變片單元之間粘貼熱電偶單元，通過(guò)導(dǎo)線連接應(yīng)變片64和熱電偶65，并將頂蓋(也即頂壁)密封蓋設(shè)于腔體10上(例如可通過(guò)螺栓連接)，使導(dǎo)線穿過(guò)頂蓋上的導(dǎo)線出入口15，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算處理單元60電連接；

步驟S03，將兩個(gè)加壓板50貼靠于巖體21的另外兩個(gè)側(cè)面，將兩個(gè)密封板14對(duì)應(yīng)所述加壓板50密封設(shè)于腔體10的兩個(gè)側(cè)面，并與腔體10的兩個(gè)側(cè)壁11密封相連(例如通過(guò)螺栓緊固)，再與密封板14上的加壓口142處通過(guò)設(shè)有地應(yīng)力控制閥52的管路連接第三液壓泵53；

步驟S04，在腔體10底壁12的油口18處通過(guò)設(shè)有進(jìn)油閥33的管路連接油泵32，并通過(guò)設(shè)有泄油閥35的管路連接油箱34，在腔體10頂壁13的套管注入口16處通過(guò)設(shè)有套壓控制閥42的管路連接第一液壓泵40，在腔體10頂壁13的環(huán)空注入口17處通過(guò)設(shè)有水泥漿注入閥25的管路連接水泥漿儲(chǔ)存罐24、通過(guò)設(shè)有環(huán)壓控制閥45的管路連接第二液壓泵43及通過(guò)設(shè)有液氮罐控制閥37的管路連接液氮罐36。

進(jìn)一步的，在所述步驟S1中，通過(guò)油泵32向所述套管22內(nèi)注入礦物油，所述加熱平臺(tái)30通過(guò)銅芯棒31加熱所述礦物油，所述礦物油將所述套管22加熱至所述設(shè)定溫度。

更進(jìn)一步的，在所述步驟S1中，首先，打開(kāi)水泥漿注入閥25，使水泥漿儲(chǔ)存罐24通過(guò)環(huán)空注入口17向水泥環(huán)空23內(nèi)注入水泥漿，直至注滿整個(gè)水泥環(huán)空23，關(guān)閉水泥漿注入閥25；然后，打開(kāi)進(jìn)油閥33，使油泵32通過(guò)油口18向套管22內(nèi)注入礦物油，并控制加熱平臺(tái)30通過(guò)銅芯棒31和礦物油的傳遞作用將套管22加熱至設(shè)定溫度，如120℃，或者通過(guò)計(jì)算處理單元60控制加熱平臺(tái)30的開(kāi)啟和加熱溫度；接著，打開(kāi)環(huán)壓控制閥45，使第二液壓泵43通過(guò)環(huán)空注入口17向水泥環(huán)空23內(nèi)注入設(shè)定壓力，如10MPa，或者通過(guò)計(jì)算處理單元60控制第二液壓泵43的開(kāi)啟和壓力；最后，在上述設(shè)定溫度和設(shè)定壓力條件下養(yǎng)護(hù)三天，使水泥漿凝固為水泥環(huán)(或水泥塊)，以模擬井下套管與地層之間的密封結(jié)合，待水泥漿徹底固結(jié)后，停止加熱平臺(tái)30加熱，使井筒20內(nèi)的溫度降至常溫。

在所述步驟S2中，首先，打開(kāi)液氮罐控制閥37和密封控制閥63，使液氮罐36和氣體流量計(jì)62分別與所述水泥環(huán)空23連通，然后，通過(guò)第三液壓泵53向所述活塞腔141的壓力室內(nèi)注入壓力，推動(dòng)活塞51以帶動(dòng)加壓板50向巖體21施加壓力，比如分別向兩個(gè)加壓板50施加20MPa和30MPa的壓力，以模擬地應(yīng)力，其中可通過(guò)計(jì)算處理單元60控制地應(yīng)力控制閥52的開(kāi)啟。

在所述步驟S3中，首先，設(shè)定加熱平臺(tái)30的加熱溫度至試驗(yàn)壓裂溫度120℃，以使套管22的溫度也加熱至該溫度，然后，打開(kāi)泄油閥35，直至套管22內(nèi)的礦物油從套管22內(nèi)全部排出到油箱34內(nèi)，接著，打開(kāi)套壓控制閥42，通過(guò)第一液壓泵40向套管22內(nèi)施加試驗(yàn)壓裂壓力80MPa(圖2中的箭頭示出了套管內(nèi)的壓力和巖體上的壓力)，并始終保證套壓控制閥42的開(kāi)啟，以保證套管22內(nèi)始終保持在該壓裂壓力，最后，將氣體流量計(jì)62、應(yīng)變片64、熱電偶65的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線傳輸給信號(hào)轉(zhuǎn)換器61進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，反饋給計(jì)算處理單元60，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥環(huán)密封性、井筒20應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)的檢測(cè)，其中氣體流量計(jì)62的示數(shù)可以直接評(píng)價(jià)水泥環(huán)的密封性，即示數(shù)越大，說(shuō)明氮?dú)饬髁吭酱?，說(shuō)明水泥環(huán)的密封性越差，示數(shù)為零，說(shuō)明密封嚴(yán)密，沒(méi)有氮?dú)馔ㄟ^(guò)水泥環(huán)。

在所述步驟S3之后，還包括步驟S4，對(duì)加壓板50泄壓，停止所述加熱平臺(tái)30加熱，將液氮罐36與所述套管22連通進(jìn)行降溫，具體的，關(guān)閉套壓控制閥42并關(guān)閉第一液壓泵40，打開(kāi)地應(yīng)力控制閥52對(duì)加壓板50泄壓，關(guān)停加熱平臺(tái)0，然后開(kāi)啟液氮罐控制閥37，使液氮罐36向套管22內(nèi)通入高壓氮?dú)膺M(jìn)行降溫。

進(jìn)一步的，在所述步驟S4之后還包括步驟S5，重復(fù)上述步驟S3和步驟S4，以在重復(fù)壓裂壓力載荷和循環(huán)溫度載荷下，模擬測(cè)試水泥環(huán)的密封性、井筒的應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)的變化。

本發(fā)明用于評(píng)價(jià)壓裂環(huán)境下套管完整性的裝置及方法的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)是：

1、本發(fā)明通過(guò)巖體21、套管22和水泥環(huán)空23組成的井筒20模擬地下真實(shí)井筒，通過(guò)將套管22置于密封腔體10內(nèi)并卡設(shè)于腔體10的頂壁13和底壁12之間，以真實(shí)模擬套管22在受高壓高溫和地應(yīng)力作用下的變形狀況，其中，通過(guò)加熱平臺(tái)30加熱銅芯棒31和礦物油以模擬井下高溫環(huán)境，并通過(guò)液氮罐36向套管22內(nèi)注入氮?dú)猓瑢?shí)現(xiàn)對(duì)井筒20的降溫，并可通過(guò)循環(huán)加熱-降溫的方式模擬壓裂過(guò)程中井筒20的溫度變化，通過(guò)第一液壓泵40向套管22內(nèi)注入壓力，模擬井下的壓裂壓力，通過(guò)第三液壓泵53向活塞51施加壓力并傳遞給加壓板50，模擬地層的地應(yīng)力，并通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)第三液壓泵53施加相同或不同的壓力，實(shí)現(xiàn)均勻地應(yīng)力或非均勻地應(yīng)力的模擬，精確控制溫度和壓力參數(shù)，以真實(shí)模擬高溫高壓及大規(guī)模多級(jí)壓裂的復(fù)雜井下工況，檢測(cè)分析井筒20應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)的變化和分布、水泥環(huán)密封性的變化，以分析溫度場(chǎng)變化和壓力場(chǎng)變化對(duì)井筒完整性的影響，及不同地層狀態(tài)和不同地應(yīng)力作用對(duì)井筒20完整性的影響，同時(shí)還有利于尋找套管22疲勞或損壞的作業(yè)極限，為壓裂作業(yè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和套管22體系的優(yōu)選提供重要參考依據(jù)。

2、本發(fā)明將設(shè)置于套管22內(nèi)壁、套管22外壁和巖體21內(nèi)壁的三組應(yīng)變片64和三組熱電偶65均與計(jì)算處理單元60電連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖體21和套管22的應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布和變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將連接于水泥環(huán)空23下端的氣體流量計(jì)62與計(jì)算處理單元60電連接，實(shí)現(xiàn)定量的評(píng)價(jià)水泥環(huán)密封性，將用于分別監(jiān)測(cè)并顯示兩個(gè)加壓板50施加給巖體21的地應(yīng)力的兩個(gè)第三壓力表54、用于監(jiān)測(cè)并顯示第一液壓泵40施加給套管22的壓力的第一壓力表41、用于監(jiān)測(cè)并顯示第二液壓泵43施加給水泥環(huán)空23的壓力的第二壓力表44均通過(guò)導(dǎo)線傳遞給信號(hào)轉(zhuǎn)換器61再傳遞給計(jì)算處理單元60，通過(guò)計(jì)算處理單元60編程記錄相關(guān)參數(shù)的變化并進(jìn)行相應(yīng)的處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)地應(yīng)力、套管22內(nèi)壓力、水泥環(huán)空23內(nèi)壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，能精確控制各壓力參數(shù)，模擬數(shù)值準(zhǔn)確、精度高，為分析壓裂環(huán)境下套管完整性提供完整、準(zhǔn)確、全面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3、本發(fā)明通過(guò)加熱平臺(tái)30加熱銅芯棒31、并通過(guò)銅芯棒31加熱礦物油、并通過(guò)礦物油加熱套管22，使套管22均勻受熱，進(jìn)而對(duì)水泥環(huán)和巖體21加熱，并通過(guò)環(huán)壓控制閥45控制水泥環(huán)空23內(nèi)的壓力，使水泥環(huán)空23內(nèi)的水泥漿在高溫高壓下凝固成水泥環(huán)(也可稱為水泥塊)，使水泥環(huán)連接套管22與巖體21，通過(guò)液氮罐36向其內(nèi)注入氮?dú)?，并通過(guò)氣體流量計(jì)62檢測(cè)通過(guò)的氮?dú)獾牧髁?，以?shí)現(xiàn)對(duì)水泥環(huán)的密封性的檢測(cè)，其真實(shí)的模擬了水泥漿高溫高壓的侯凝環(huán)境，使對(duì)凝固后的水泥環(huán)(或水泥塊)的測(cè)試更加準(zhǔn)確。

4、本發(fā)明還能通過(guò)設(shè)置不同頁(yè)巖氣井內(nèi)的頁(yè)巖巖心制成的巖體21、設(shè)置套管22與巖體21同心或不同心、設(shè)置水泥環(huán)存在角度缺失(比如在注入水泥漿時(shí)，在水泥環(huán)空23內(nèi)設(shè)置空氣囊，使水泥環(huán)出現(xiàn)角度缺失而不能保持整個(gè)環(huán)形體形狀)等復(fù)雜的試驗(yàn)環(huán)境，定量分析各復(fù)雜的環(huán)境因素對(duì)井筒20的應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布和變化的影響，為后期完井優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考；本發(fā)明克服了現(xiàn)有試驗(yàn)裝置過(guò)于簡(jiǎn)單、僅能模擬溫度或壓力等個(gè)別因素下的井下環(huán)境而無(wú)法準(zhǔn)確模擬的缺陷，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確、全面的模擬井下各種復(fù)雜工況，及在復(fù)雜的井下工況下對(duì)井筒完整性的定量分析。

以上所述僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明做任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。