申请/专利权人：中国石油化工股份有限公司;中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院

申请日：2015-09-23

公开（公告）日：2020-05-15

公开（公告）号：CN106555581B

主分类号：E21B47/005(20120101)

分类号：E21B47/005(20120101);E21B47/00(20120101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.05.15#授权;2017.05.03#实质审查的生效;2017.04.05#公开

摘要：本发明涉及一种井筒的制造装置及其制造方法，包括：井筒模型组件；以及用于容纳工作液的第一容器，所述第一容器经第一管路与所述井筒模型组件的流体入口相连通以将所述工作液输送到所述井筒模型组件的内部，所述第一容器经第二管路与所述井筒模型组件的流体出口相连通。该制造装置具有结构简单和容易操作的优点，以及还具有可根据需要制作出接近井下井筒的状态的井筒的优点。

主权项：1.一种井筒的制造装置，包括：井筒模型组件；以及用于容纳工作液的第一容器，所述第一容器经第一管路与所述井筒模型组件的流体入口相连通以将所述工作液输送到所述井筒模型组件的内部，所述第一容器经第二管路与所述井筒模型组件的流体出口相连通；所述井筒模型组件包括内筒件和设置在所述内筒件内的中心管，以及套设在所述内筒件的外侧的外筒件，其中，在所述外筒件的内周壁和所述内筒件的外周壁之间构造有供所述工作液流动的第一环空；在所述中心管的第一端的外周壁上构造有通孔以使得所述中心管的内部与所述第一环空相连通，在所述内筒件的内周壁和所述中心管的外周壁之间构造有第二环空；所述制造装置还包括支撑座组件，所述支撑座组件包括载物台和设置在所述载物台上并能相对水平面进行上下摆动的支撑架，其中，在所述载物台上设有所述第一容器，在所述支撑架上设有所述井筒模型组件。

全文数据：一种井筒的制造装置及其制造方法技术领域[0001]本发明涉及石油天然气技术领域，尤其涉及一种井筒的制造装置及其制造方法。背景技术[0002]目前，固井质量和泥浆石性能是影响水泥环对油、气以及水封隔的关键因素。因而对井筒的完整性以及环空水泥石的封固效果提出了更为严格的要求。[0003]随着当前社会对安全和环保的要求更为严格，天然气井环空带压现象成为目前社会关注的热点问题。然而，由于井下环境较为复杂，影响水泥环与套管、地层胶结因素较多，往往容易使得固井质量差和环空气窜。另外，后期生产、作业等因素亦能破坏水泥环密封能力，由此，便给井下水泥环密封性能的评价带来了较大的困难。[0004]基于对上述现有技术的分析，需要设计一种井筒的制造装置，以解决现有技术中存在的对水泥环的密封能力评价困难的问题。发明内容[0005]针对上述问题，根据本发明的第一个主题，提出了一种井筒的制造装置，包括：井筒模型组件；以及用于容纳工作液的第一容器，所述第一容器经第一管路与所述井筒模型组件的流体入口相连通以将所述工作液输送到所述井筒模型组件的内部，所述第一容器经第二管路与所述井筒模型组件的流体出口相连通。这样，当向该井筒模型组件内注入完工作液后，待工作液凝结完毕后，便形成了井筒。由此可见，该制造装置能够根据地层的实际情况制作出具有接近井下井筒状态的井筒。进一步地，避免了井下环境较为复杂，存在干扰因素多的问题，从而很好地解决了对井下水泥环密封能力评价困难的问题。[0006]优选地，所述井筒模型组件包括内筒件和设置在所述内筒件内的中心管，以及套设在所述内筒件的外侧的外筒件，其中，在所述外筒件的内周壁和所述内筒件的外周壁之间构造有供所述工作液流动的第一环空。该第一环空设置的目的在于，供工作液流入到第一环空内，并使得第一工作液不断地在第一环空内堆积，以形成具有预定长度的水泥环封固井筒。[0007]优选地，在所述中心管的第一端的外周壁上构造有通孔以使得所述中心管的内部与所述第一环空相连通，在所述内筒件的内周壁和所述中心管的外周壁之间构造有第二环空。这样，便使得被注入的工作液流入到中心管的内部，并经通孔流入到第一环空中。[0008]优选地，所述制造装置还包括固定件，所述固定件位于所述第二环空内且套设在所述中心管的第一端的外周壁上。由此可见，该固定件的设置，起到了防止该中心管相对自身的中心轴线发生晃动的作用，从而保证了该中心管能够在工作时处于居中的状态。[0009]优选地，所述井筒模型组件还包括一端设置在所述外筒件的第二端口上，另一端位于所述第二环空内且套设在所述中心管的第二端的外周壁上的封堵部。该封堵部的设置，可以起到避免位于第一环空内的工作液溢出的作用，同时，还可以起到使得第一环空的内部处于相对密封的作用。[0010]优选地，在所述封堵部上分别构造有第一流体通道和第二流彳$通道，其中，所^第一流体通道的一端与所述流体入口相连通，另一端与所述中心管的内部相连通，所述第二流体通道的一端与所述流体出口相连通，另一端与所述第一环空相连通。、、[0011]优选地，所述制造装置还包括支撑座组件，所述支撑座组件包括载物台和设置在所述载物台上并能相对水平面进行上下摆动的支撑架，其中，在所述载物台上设有所述第一容器，在所述支撑加上设有所述井筒模型组件。由于在支撑架上设有井筒模型组件，并且该支撑架可相对水平面进行上下摆动。这样，通过调整支撑架相对水平面转动的角度，便可使得井筒模型组件也随之处于相应的位置，从而，便可制造出位于水平井段、斜井段、或垂直井段的井筒。[0012]优选地，所述制造装置还包括设置在所述载物台上的动力栗，所述动力栗的入口端经第三管路与所述第一容器相连通，所述动力泵的出口端经所述第一管路与所述流体入口相连通。这样，在动力泵的作用下，便可将工作液泵送到第一环空内，以实现对井筒的浇筑。[0013]优选地，所述制造装置还包括设置在所述载物台上且用于容纳冲洗液的第二容器，在所述动力泵的作用下，将所述冲洗液经所述流体入口输送到所述第一环空内以冲洗所述第一环空。由此可见，在对井筒进行浇筑前，在动力泵的作用下，向第一环空内注入冲洗液，便可达到将第一环空内的杂质冲洗到外部的目的。[0014]优选地，在所述第一容器内且位于所述第三管路上设有工作液进液阀，在所述第二容器内且位于所述第三管路上设有冲洗液进液阀。由此可见，该工作液进液阀的设置，可以方便控制工作液的通断，即当需要注入工作液时，该工作液进液阀打开，当井筒制造完成后，该工作液进液阀关闭。同理，该冲洗液进液阀的设置，也起到了较好地控制冲洗液通断的作用。[0015]优选地，在所述第二管路上分别设有用以控制所述第二管路与所述第一容器通断的工作液回流阀和用以控制所述第二管路与所述第二容器通断的冲洗液回流阀。[0016]优选地，在所述内筒件的外周壁上设有发射探头，在所述外筒件的外周壁上沿周向间隔式设有多个用以接收所述发射探头发射的频率的接收探头，其中，所述发射探头分别与各所述接收探头均位于同一平面内。这样，发射探头发出具有第一预设值的第一频率信号，使得各接收探头接收到相应的第一频率信号，通过比较各频率信号所代表的频率值与第一预设值之间的偏差，从而判断由井筒中的水泥环与井筒内外壁面的胶结质量。进一步地，开展水泥环在不同温度和压力环境下的破坏试验，并利用该井筒评价水泥环的长期密封能力。[0017]根据本发明的第二个主题，提出了一种井筒的制造方法，包括：分别关闭所述工作液进液阀和所述工作液回流阀，并分别打开所述冲洗液进液阀和所述冲洗液回流阀；通过所述动力泵将所述冲洗液注入到所述第一环空内，最终使得所述冲洗液经所述第二管路流回所述第二容器内；待判断出所述第一环空被冲洗干净后，分别关闭所述冲洗液进液阀和所述冲洗液回流阀，并分别打开所述工作液进液阀和所述工作液回流阀；通过所述动力栗将所述工作液注入到所述第一环空中，当判断出在所述工作液水泥阀中有所述工作液流出时，则表明工作液完全充满第一环空，则所述动力栗停止工作。由此可见，使用本申请的制造装置并通过该方法制造出的井筒具有完全模拟固井施工过程、后期候凝以及生产作业过程的优点，同时，还具有能够客观的模拟水泥环在不同条件下的封固质量的优点。另外，该方法操作起来比较简单、方便。[0018]根据本发明，该井筒的制造装置具有结构简单、容易操作，并且可根据需要制作出接近井下井筒的状态的井筒的优点，从而大大地降低了对水泥环密封能力评价的难度。另外，本申请的制造装置还具封固质量检测的功能。附图说明[0019]在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。在图中：[0020]图1为本申请的井筒的制造装置的第一实施例的整体结构示意图。[0021]图2为本申请的井筒的制造装置的第二实施例的整体结构示意图。[0022]图3为本申请的井筒的制造装置的井筒模型组件的内部结构示意图。[0023]图4为本申请的井筒的制造方法的步骤流程示意图。[0024]在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例描绘。具体实施方式[0025]下面将结合附图对本发明作进一步说明。[0026]请参阅图1和图2所示，该制造装置100包括井筒模型组件1和第一容器2。[0027]在本申请的实施例中，该井筒模型组件1大致呈筒状，其为用于制造井筒的模具。[0028]在本申请的实施例中，利用该井筒模型组件1制造出的井筒主要由水泥浆浇筑而成，该井筒主要用于评价水泥环的密封能力[0029]该第一容器2用于容纳工作液，该第一容器2经第一管路3与井筒模型组件1的流体入口11相连通，以将工作液输送到井筒模型组件1的内部，第一容器2经第一管路3与井筒模型组件1的流体出口12相连通。这样，当向该井筒模型组件1内注入完工作液后，待工作液凝结完毕后，便形成了井筒。由此可见，该制造装置100能够根据地层的需要制作出具有模拟井下环境的井筒。进一步地，避免了井下环境较为复杂，存在干扰因素多的问题，从而很好地解决了对井下水泥环密封能力评价困难的问题。[0030]在本申请的实施例中，该工作液可为水泥浆。[0031]如图1和图2所示，在一个优选的实施例中，井筒模型组件1包括内筒件13和设置在内筒件I3内的中心管14,以及套设在内筒件13的外侧的外筒件15,其中，在外筒件15的内周壁151和内筒件13的外周壁131之间构造有供工作液流动的第一环空16。该第一环空I6设置的目的在于，供工作液流入到第一环空16内，并使得第一工作液不断地在第一环空I6内堆积，以形成具有预定高度的井筒。容易理解，该预定高度可根据实际的需要进行相应地调整。[0032]在一个优选的实施例中，在中心管14的第一端141的外周壁上构造有通孔142，以使得中心管14的内部与第一环空16相连通。这样，便使得被注入的工作液流入到中心管14的内部，并经通孔142流入到第一环空16中。在内筒件13的内周壁132和中心管14的外周壁之间构造有第二环空17。其中，该通孔142可沿中心管14的周向呈间隔式设置。更优选地，该通孔142可沿中心管14的周向等距设置。这样，便大大地增大了工作液流入到第一环空I6中的流量，从而缩短了井筒的制造时间，提高了工作效率。[0033]另外，当工作液具有较高温度时，为避免该工作液在流经中心管14的内部时，因温度较尚而影响第一环空16内的温度，从而造成影响井筒的饶筑质量的弊端，由此，在内筒件13的内周壁132和中心管14的外周壁之间构造有第二环空17,从而可以起到隔热的作用，避免中心管14内的温度影响到第一环空16内的温度。[0034]在一个优选的实施例中，该制造装置100还包括固定件5,该固定件5位于第二环空17内，且套设在中心管14的第一端141的外周壁上。由此可见，该固定件5的设置，起到了防止该中心管14相对自身的中心轴线发生晃动的作用，从而保证了该中心管14能够在工作时处于居中的状态。[0035]在一个具体的实施例中，该固定件5可为固定环或固定块等。[0036]如图1所示，在一个优选的实施例中，该井筒模型组件1还包括一端设置在外筒件15的第二端口I53上，另一端位于第二环空17内且套设在中心管14的第二端143的外周壁上的封堵部6。该封堵部6的设置，可以起到避免位于第一环空16内的工作液溢出的作用，同时，还可以起到使得第一环空16的内部处于相对密封的作用。进一步地，避免在制造井筒的过程中因发生器气窜而影响井筒的浇筑质量。[0037]另外，该第一封堵部6的设置，还起到了使得外筒件15、内筒件13以及中心管14之间呈间隔式设置的作用。[0038]在一个具体的实施例中，该封堵部6可为堵头。[0039]在一个优选的实施例中，在封堵部6上分别构造有第一流体通道61和第二流体通道62,其中，第一流体通道61的一端与流体入口11相连通，另一端与中心管14的内部相连通，该第二流体通道62的一端与流体出口12相连通，另一端与第一环空16相连通。由此，构造成了供工作液流动的流体通道。[0040]如图1和图2所示，在一个优选的实施例中，该制造装置100还包括支撑座组件7，该支撑座组件7包括载物台71和设置在载物台71上并能够相对水平面进行上下摆动的支撑架72,其中，在载物台71上设有第一容器2,在支撑架72上设有井筒模型组件1。由此可见，由于在支撑架72上设有井筒模型组件1，并且该支撑架72可相对水平面进行上下摆动。这样，通过调整支撑架72相对水平面转动的角度，便可使得井筒模型组件1也随之处于相应的位置，从而，便可制造出位于水平井段、斜井段、或垂直井段的井筒。进一步地，大大地增大了对不同井段的井筒的性能评价的可能性。[0041]另外，将第一容器2放置在载物台71上，则大大地增强了该第一容器2的平稳性，避免由于第一容器2因发生倾斜造成影响该第一容器2内的工作液流出的弊端。[0042]在一个优选的实施例中，该制造装置100还包括设置在载物台71上的动力泵8,该动力泵8的入口端81经第三管路9与第一容器2相连通，动力栗8的出口端82经第一管路3与流体入口11相连通。这样，在动力泵8的作用下，便可将工作液泵送到第一环空16内，以实现对井筒的浇筑。[0043]在一个优选的实施例中，该制造装置100还包括设置在载物台71上且用于容纳冲洗液的第二容器10,在动力栗8的作用下将冲洗液经流体入口11输送到第一环空16内以冲洗第一环空16。由此可见，在对井筒进行浇筑前，在动力泵8的作用下，向第一环空I6内注入冲洗液，便可达到将第一环空16内的杂质冲洗到外部的目的。进一步地，避免杂质（砂体或碎石块）掺杂在第一环空16内影响井筒的浇筑质量。[0044]在一个实施例中，该第一容器2可紧邻第二容器10设置。这样，不仅便于动力栗8对工作液或冲洗液的栗送，同时，也缩短了第三管路9的长度，从而降低了管路之间连接的繁琐程度。[0045]如图1和图2所示，在一个优选的实施例中，在第一容器2内且位于第三管路9上设有工作液进液阀91，在第二容器10内且位于第三管路9上设有冲洗液进液阀92。由此可见，该工作液进液阀91的设置，可以方便控制工作液的通断，即当需要注入工作液时，该工作液进液阀91打开，当井筒制造完成后，该工作液进液阀91关闭。同理，该冲洗液进液阀92的设置，也起到了较好地控制冲洗液通断的作用。[0046]在另一个优选的实施例中，在第二管路4上分别设有用以控制第二管路4与第一容器2通断的工作液回流阀41和用以控制第二管路3与第二容器10通断的冲洗液回流阀42。其中，该工作液回流阀41的设置，可以起到准确控制动力泵8是否工作的作用，即当在工作液回流阀41处检测到有工作液返回时，则表明井筒制造完成，此时，动力泵8停止工作。相反地，当该冲洗液回流阀42未检测到工作液时，则表明该井筒还处在制造中，此时的动力栗8仍需继续工作。[0047]该冲洗液回流阀42的设置，可以起到在动力泵8、第一环空16、第一管路3以及第二管路4之间形成供冲洗液流动的通道，从而达到冲洗第一环空16的目的，避免冲洗液停留在第一环空16内，造成影响井筒的浇筑质量的弊端。[0048]如图3所示，在一个优选的实施例中，在内筒件13的外周壁131上设有发射探头133,在外筒件15的外周壁152上沿周向间隔式设有多个用以接收发射探头133发射的频率的接收探头154。这样，发射探头I33发出具有第一预设值的第一频率信号，使得各接收探头154接收到相应的第一频率信号，通过比较各频率信号所代表的频率值与第一预设值之间的偏差，从而判断由该制造装置100制造出的井筒是否存有界面胶结的现象。进一步地，判断出制造出的井筒的第一环空16内的水泥石与内外筒胶结质量的好坏，进而模拟评价固井质量。[0049]另外，发射探头分别与各接收探头154均位于同一平面内。这样，便可降低对井筒质量的测量的误差，提高测量的精确度。[0050]如图4所示，根据本发明，还提供了井筒的制造方法的实施例，该方法包括：[0051]步骤S410,分别关闭工作液进液阀91和工作液回流阀41，并分别打开冲洗液进液阀92和冲洗液回流阀42。[0052]步骤S420,通过动力泵8将冲洗液注入到第一管路3中，并经流体入口丨丨注入到中心管14的内部，并从通孔142中流出进而流入到第一环空16内，最终使得冲洗液经第二管路4流回第二容器10内，从而达到对第一环空I6的预制泥饼和钻井液进行冲洗的目的。[0053]步骤S430，待判断出第一环空16被冲洗干净后，分别关闭冲洗液进液阀92和冲洗液回流阀42,并分别打开工作液进液阀91和工作液回流阀41。[0054]步骤S440,通过动力泵8将工作液注入到第一管路3中，并从流体入口11注入到中心管14的内部，并从通孔142中流出进而流入到第一环空16内。随着第一环空16内的工作液不断地增多，并从流体出口12溢出，进而流经第二管路4中后，当判断出在工作液回流阀41处有工作液流出时，则表明工作液已完全填充第一环空16，则动力栗8停止工作。具体地，按照设定好的养护温度和养护时间，待工作液凝固后，以形成满足试验要求的井筒模型组件1。然后开展对水泥环的质量和密封能力的检查。[0055]综上所述，该制造装置100具有结构简单、容易操作，并且可根据需要制作出接近井下井筒的状态的井筒的优点，从而大大地降低了对水泥环密封性能的评价的难度。[0056]虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

权利要求：1.一种井筒的制造装置，包括：井筒模型组件；以及用于容纳工作液的第一容器，所述第一容器经第一管路与所述井筒模型组件的流体入口相连通以将所述工作液输送到所述井筒模型组件的内部，所述第一容器经第二管路与所述井筒模型组件的流体出口相连通。2.根据权利要求1所述的井筒的制造装置，其特征在于，所述井筒模型组件包括内筒件和设置在所述内筒件内的中心管，以及套设在所述内筒件的外侧的外筒件，其中，在所述外筒件的内周壁和所述内筒件的外周壁之间构造有供所述工作液流动的第一环空。3.根据权利要求2所述的井筒的制造装置，其特征在于，在所述中心管的第一端的外周壁上构造有通孔以使得所述中心管的内部与所述第一环空相连通，在所述内筒件的内周壁和所述中心管的外周壁之间构造有第二环空。4.根据权利要求3所述的井筒的制造装置，其特征在于，所述制造装置还包括固定件，所述固定件位于所述第二环空内且套设在所述中心管的第一端的外周壁上。5.根据权利要求4所述的井筒的制造装置，其特征在于，所述井筒模型组件还包括一端设置在所述外筒件的第二端口上，另一端位于所述第二环空内且套设在所述中心管的第二端的外周壁上的封堵部。6.根据权利要求5所述的井筒的制造装置，其特征在于，在所述封堵部上分别构造有第一流体通道和第二流体通道，其中，所述第一流体通道的一端与所述流体入口相连通，另一端与所述中心管的内部相连通，所述第二流体通道的一端与所述流体出口相连通，另一端与所述第一环空相连通。7.根据权利要求6所述的井筒的制造装置，其特征在于，所述制造装置还包括支撑座组件，所述支撑座组件包括载物台和设置在所述载物台上并能相对水平面进行上下摆动的支撑架，其中，在所述载物台上设有所述第一容器，在所述支撑加上设有所述井筒模型组件。8.根据权利要求7所述的井筒的制造装置，其特征在于，所述制造装置还包括设置在所述载物台上的动力泵，所述动力栗的入口端经第三管路与所述第一容器相连通，所述动力泵的出口端经所述第一管路与所述流体入口相连通。9.根据权利要求8所述的井筒的制造装置，其特征在于，所述制造装置还包括设置在所述载物台上且用于容纳冲洗液的第二容器，在所述动力泵的作用下，将所述冲洗液经所述流体入口输送到所述第一环空内以冲洗所述第一环空。10.根据权利要求9所述的井筒的制造装置，其特征在于，在所述第一容器内且位于所述第三管路上设有工作液进液阀，在所述第二容器内且位于所述第三管路上设有冲洗液进液阀。11.根据权利要求10所述的井筒的制造装置，其特征在于，在所述第二管路上分别设有用以控制所述第二管路与所述第一容器通断的工作液回流阀和用以控制所述第二管路与所述第二容器通断的冲洗液回流阀。12.根据权利要求2至11中任一项所述的井筒的制造装置，其特征在于，在所述内筒件的外周壁上设有发射探头，在所述外筒件的外周壁上沿周向间隔式设有多个用以接收所述发射探头发射的频率的接收探头，其中，所述发射探头分别与各所述接收探头均位于同一平面内。13.-种使用上述权利要求1至12中任一项所述的井筒的制造装置进行制造井筒的方法，包括：分别关闭所述工作液进液阀和所述工作液回流阀，并分别打开所述冲洗液进液阀和所述冲洗液回流阀；通过所述动力泵将所述冲洗液注入到所述第一环空内，最终使得所述冲洗液经所述第二管路流回所述第二容器内；待判断出所述第一环空被冲洗干净后，分别关闭所述冲洗液进液阀和所述冲洗液回流阀，并分别打开所述工作液进液阔和所述工作液回流阀；'通过所述动力泵将所述工作液注入到所述第一环空中，当判断出在所述工作液水泥闽中有所述工作液流出时，则表明所述工作液已完全填充所述第-环空，此时所述动力栗停止工作。

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