用于固井水泥浆水化进程及地层窜流的监测装置以及方法与流程

本发明涉及油气井固井领域，具体地涉及一种用于固井水泥浆水化进程及地层窜流的监测装置，以及一种监测方法。

背景技术：

1、在固井水泥浆候凝过程中，水泥浆由液态转化为固态，由于失重会使得井底有效压力降低难以压稳地层流体或水泥浆窜槽等原因，使得地层流体侵入环空，从而导致环空窜流。此外，由于射孔、酸化、压裂等施工作业以及高温高压、混合流体侵蚀等井下复杂环境，使得水泥石产生损伤，造成环空窜流。

2、然而，油气井环空窜流问题不仅会导致降低油气井产量、影响产层开发、降低套管强度和使用寿命，甚至会由于井口压力过大造成不可控井喷，因此监测油气井环空窜流能够有效降低作业风险、延长油气井使用寿命、提高经济效益。

3、目前，评价环空窜流的方法有理论计算及实验模拟两种方法：理论计算方法包括平衡压力法、气窜潜力系数法、水泥浆性能系数法等，但这些方法较为粗糙，只适用于评价水泥浆失重造成的窜流问题，且水泥浆何时失重不能明确；实验模拟方法，主要是通过测量水泥浆液柱压力、压差变化、窜流流体流量，以此判断是否存在窜流，但无法判断水泥浆水化状态。

4、因此，在本领域希望提供一种用于固井水泥浆水化进程及地层窜流的监测装置，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种用于固井水泥浆水化进程及地层窜流的监测装置，其能够通过获取水泥浆的电信号以实现准确地监测水泥浆的水化过程以及水泥浆的窜流状态。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种用于固井水泥浆水化进程及地层窜流的监测装置，包括主体机构，所述主体机构包括第一套筒、套接在所述第一套筒外并用于容纳水泥浆的第二套筒，以及用于封堵所述第一套筒与所述第二套筒的环空的第一密封盖与第二密封盖，

3、设置在所述第一套筒上的电阻监测机构，以及

4、用于向所述环空内注入窜流流体的窜流监测机构，

5、其中，在所述第二套筒外设有分别与所述第一套筒和所述电阻监测机构连接并用于记录水泥浆电阻的采集模块，所述采集模块构造成能够通过公式计算得出电阻率，从而能够通过观察电阻率变化以判断水泥浆窜流状态。

6、在一个实施例中，所述电阻监测机构包括套接在所述第一套筒外的导电套筒网、设置在所述导电套筒网的两侧的套筒卡扣，以及设置在所述导电套筒网的端面的绝缘环形网。

7、在一个实施例中，所述套筒卡扣与所述绝缘环形网的原料重量组分包括环氧树脂40％～60％，玻璃纤维25％～35％，香胺类环氧树脂固化剂5％～15％，以及陶瓷7％～15％。

8、在一个实施例中，所述绝缘环形网通过粘接材料与导电套筒网连接。

9、在一个实施例中，所述粘接材料的原料重量组分包括环氧树脂17％～27％，香胺类环氧树脂固化剂55％～60％，以及季铵盐促进剂15％～25％。

10、在一个实施例中，在所述第一密封盖上设有阀体，

11、所述窜流监测机构包括用于控制窜流流体的流向的注入模块、设置在所述注入模块与所述阀体之间的流量计，以及设置在所述第二密封盖上并用于记录窜流流体数据的收集模块。

12、在一个实施例中，在所述第二套筒上设有延伸穿入到所述环空内并用于记录压力变化的第一传感器。

13、在一个实施例中，所述监测装置还包括温度控制机构，所述温度控制机构包括间隔布置在所述第一套筒内第二传感器与加热器、缠绕在所述第二传感器外的冷凝水管，以及设置在所述第二套筒外并与所述第二传感器连接的温度控制器。

14、在一个实施例中，所述监测装置还包括分别与所述采集模块、所述收集模块和所述温度控制器连接的数据采集单元。

15、根据本发明的第二方面，提供了一种监测方法，其利用根据如上所述的监测装置，包括如下步骤：

16、s1、将水泥浆投放到环空内，并通过所述第一密封盖与所述第二密封盖密封；

17、s2、设置地层压力、地层温度、地层流体窜流开启条件与数据采集间隔时间；

18、s3、通过所述数据采集单元获取水泥浆电阻数据并根据公式计算得出电阻率，从而能够通过观察电阻率变化以判断水泥浆窜流状态。

19、与现有技术相比，本发明的优点在于：

20、其一、本发明能够通过获取水泥浆的电信号以实现准确地监测水泥浆的水化过程以及水泥浆的窜流状态。

21、具体地说，本装置不仅设置了窜流监测机构以准确地模拟地层流体窜流的开启条件，还设置了电阻监测机构并通过采集模块获取水泥浆电阻数据，然后分别根据公式一、公式二计算得出电阻率、电阻率变化率，从而能够利用电阻率或电阻率变化率波动表征评价水泥浆窜流状态，为防窜水泥浆体系研发与水泥环密封完整性研究提供参考与指导。

22、其二、本发明能够为井水泥浆水化进程及地层窜流提供模拟环境，从而能够保证水泥环密封的完整性和牢固性，以进一步的确保水泥浆水化进程以及窜流信息的准确性和真实性，进而保证在模拟工作中所得到实验数据以及实验规律能够对井下作业提供良好的指导作用。

1.一种用于固井水泥浆水化进程及地层窜流的监测装置，包括：

2.根据权利要求1所述的用于固井水泥浆水化进程及地层窜流的监测装置，其特征在于，所述电阻监测机构包括套接在所述第一套筒(11)外的导电套筒网(21)、设置在所述导电套筒网(21)的两侧的套筒卡扣(22)，以及设置在所述导电套筒网(21)的端面的绝缘环形网(23)。

3.根据权利要求2所述的用于固井水泥浆水化进程及地层窜流的监测装置，其特征在于，所述套筒卡扣(22)与所述绝缘环形网(23)的原料重量组分包括环氧树脂40％～60％，玻璃纤维25％～35％，香胺类环氧树脂固化剂5％～15％，以及陶瓷7％～15％。

4.根据权利要求3所述的用于固井水泥浆水化进程及地层窜流的监测装置，其特征在于，所述绝缘环形网(23)通过粘接材料与导电套筒网(21)连接。

5.根据权利要求4所述的用于固井水泥浆水化进程及地层窜流的监测装置，其特征在于，所述粘接材料的原料重量组分包括环氧树脂17％～27％，香胺类环氧树脂固化剂55％～60％，以及季铵盐促进剂15％～25％。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的用于固井水泥浆水化进程及地层窜流的监测装置，其特征在于，在所述第一密封盖(13)上设有阀体(16)，

7.根据权利要求1到5中任一项所述的用于固井水泥浆水化进程及地层窜流的监测装置，其特征在于，在所述第二套筒(12)上设有延伸穿入到所述环空(101)内并用于记录压力变化的第一传感器(17)。

8.根据权利要求6所述的用于固井水泥浆水化进程及地层窜流的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括温度控制机构，所述温度控制机构包括间隔布置在所述第一套筒(11)内第二传感器(41)与加热器(44)、缠绕在所述第二传感器(41)外的冷凝水管(42)，以及设置在所述第二套筒(12)外并与所述第二传感器(41)连接的温度控制器(43)。

9.根据权利要求8所述的用于固井水泥浆水化进程及地层窜流的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括分别与所述采集模块(15)、所述收集模块(33)和所述温度控制器(43)连接的数据采集单元(18)。

10.一种监测方法，其利用根据权利要求1到9中任一项所述的监测装置，包括如下步骤：