深水地层微生物胶结液胶结模拟评价装置及其使用方法

本发明涉及油气井固井，具体涉及一种深水地层微生物胶结液胶结模拟评价装置及其使用方法。

背景技术：

1、

2、深水固井作为深水油气安全高效开采的重要保障，与陆上油气井相比，深水固井首要面临的问题就是海底的弱固结或未固结地层。井眼穿过的地层通常在海床和泥线之间，其地层形成时间短，松软未胶结，地层破裂压力梯度低，易在水泥浆泵注的过程当中发生漏失。此外，深海浅表层强度与水泥环强度差异大，水泥环容易与地层脱胶，使水下井口装置下沉，导致事故发生。除深海浅表层的地层问题之外，在海底低温高压的环境之下，易钻遇含水合物地层。海域水合物地层未固结成岩，地层主要由粉砂、细砂和泥质粉砂等细粒沉积物所组成，在固井过程中难与水泥环形成有效胶结。同时，在水泥浆凝结过程中，水泥水化放热会引起井周水合物分解，进一步降低井周地层强度，劣化水泥环与地层之间的胶结效果，严重影响固井质量，造成安全隐患。因此，有必要提高深水弱胶结地层固井质量保障安全高效生产。

3、现有研究如利用泥饼固化、灌注水泥浆、环氧树脂、碱激发矿渣和地质聚合物等方式加固井周地层以提高胶结质量。通过泥饼固化方法可以有效胶结水泥环与常规地层，但针对软弱地层而言，形成的泥饼对胶结强度的提高较小。而大量利用环氧树脂等化学材料固结地层易对脆弱的深海生态环境造成污染，灌注水泥浆和其他胶凝材料可以有效提高井周地层强度，但由于材料凝结放热会造成水合物地层的水合物分解，造成气窜风险。同时，海水的高盐环境会对水泥等材料造成侵蚀，逐渐降低已固结地层的强度。因此，有必要寻求一种环保，长效的软弱地层加固方式，提高固井胶结质量，以保障海洋油气井的长期安全高效开采。

4、微生物诱导碳酸盐沉淀技术(micp)作为一种新兴岩土技术，由于其环保、高效和可持续性等特点，在岩土工程、地质工程和石油工程等领域均表现出广阔的应用前景。目前，微生物诱导碳酸盐沉淀技术在石油工程领域主要应用在微生物自修复固井水泥浆和水合物地层固结防砂应用方面，对于提高海洋软弱地层固井胶结质量上仍然少见报导。根据近些年的研究表明，micp技术在海水环境下仍然具有应用潜力，同时海洋浅地层和水合物层具有弱固结特征与疏松砂土类似。因此，利用micp技术固结海洋软弱地层提高固井第二界面胶结质量具有良好的应用前景。该技术对提高海洋油气井固井质量，确保海洋油气开采的安全高效性，对实现资源和环境的可持续发展具有重要意义。但现阶段，对于利用微生物固结地层并对处理后地层的固井第二界面胶结进行模拟以及对其胶结效果进行评价的装置的相关研究几乎处于空白阶段。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种能够模拟深水地层压力环境和利用微生物胶结液胶结地层、并对胶结效果进行评价的深水地层微生物胶结液胶结模拟评价装置及其使用方法。

2、为实现上述目的，本发明提出的一种深水地层微生物胶结液胶结模拟评价装置，所述深水地层微生物胶结液胶结模拟评价装置包括：

3、模拟地层压力注浆模具，包括第一筒体、第一细密纱网和第一端盖，所述第一筒体沿上下方向延伸设置，且其周侧壁沿其周向分布有多个溢出孔，所述第一细密纱网套设于所述第一筒体内，且所述第一细密纱网内侧用于容置地层样品，以形成模拟地层环形岩样，所述第一端盖密封于所述第一筒体的底端；

4、变压注浆组件，包括框架式液压机、空气压缩机、注浆筒和第二端盖，在模拟深水地层微生物胶结液胶结过程时，所述框架式液压机内容置并加压所述模拟地层压力注浆模具，所述注浆筒用于容置微生物胶结液，且与所述空气压缩机、所述模拟地层压力注浆模具连接，所述第二端盖密封于所述第一筒体的顶端；以及，

5、胶结效果评价组件，包括第二筒体、第三端盖和抗压强度试验机，所述第二筒体、所述第三端盖与所述模拟地层压力注浆模具组成胶结效果评价模具，所述第二筒体沿上下方向延伸设置，所述第三端盖包括盖主体和设于所述盖主体中部的压台，所述压台可相对所述盖主体沿上下方向活动，在组装所述胶结效果评价模具时，所述第二筒体间隔的设于所述模拟地层环形岩样的内侧，且与所述模拟地层环形岩样的间隙用于容置水泥浆，以形成水泥环，所述第三端盖设于所述第一筒体的顶端，且所述压台对应所述水泥环设置，所述抗压强度试验机用于作用所述压台加压于所述水泥环，以检测得到所述水泥环和所述模拟地层环形岩样错开时的最大强度。

6、可选地，所述变压注浆组件还包括第二细密纱网和网筛，在模拟深水地层微生物胶结液胶结过程时，所述第二细密纱网套设于所述模拟地层环形岩样内，所述网筛套设于所述第二细密纱网内。

7、可选地，所述压台包括第一加压部、连接部和第二加压部，所述连接部沿上下方向贯穿所述第三端盖的中部设置，所述第一加压部设于所述连接部的顶端，所述第二加压部设于所述连接部的底端，且所述第一加压部和所述第二加压部均沿第一方向延伸设置；

8、所述第一加压部或所述第二加压部中之一与所述第三端盖之间设有至少一弹性件。

9、可选地，所述变压注浆组件还包括调压泵，所述调压泵设于所述空气压缩机和所述注浆筒之间。

10、可选地，所述第一端盖和所述第一筒体之间设有第一密封圈；和/或，

11、所述第二端盖和所述第一筒体之间设有第二密封圈。

12、可选地，所述第一端盖包括主盖和垫块，所述垫块可拆卸地安装于所述主盖的中部。

13、可选地，所述主盖和所述垫块之间设有第三密封圈。

14、可选地，所述溢出孔的孔径大于或等于1mm、且小于或等于2mm。

15、本发明还提供一种深水地层微生物胶结液胶结模拟评价装置的使用方法，所述深水地层微生物胶结液胶结模拟评价装置的使用方法包括以下步骤：

16、步骤s1、组装第一筒体、第一细密纱网和第一端盖形成模拟地层压力注浆模具，并在所述第一筒体和所述第一细密纱网之间填入地层样品形成模拟地层试样后，将第二端盖盖设于所述第一筒体的顶端；

17、步骤s2、将盖设有所述第二端盖的所述模拟地层压力注浆模具放入框架式液压机中，并通过所述框架式液压机加压所述模拟地层压力注浆模具、以及通过空气压缩机和注浆筒向所述模拟地层压力注浆模具内的模拟地层试样注入微生物胶结液；

18、步骤s3、注浆且养护完成后，将所述模拟地层压力注浆模具取出，并拆除所述第二端盖；

19、步骤s4、向所述模拟地层试样内放入第二筒体，并向所述第二筒体和所述模拟地层试样的间隙注入水泥浆，形成水泥环；

20、步骤s5、取出所述第二筒体，并将第三端盖放置于所述第一筒体的顶端，且设于所述第三端盖中部的压台对应所述水泥环设置，形成胶结效果评价模具；

21、步骤s6、采用抗压强度试验机向所述胶结效果评价模具施压，直至所述水泥环与所述模拟地层试样错开；

22、步骤s7、计算得到所述水泥环与所述模拟地层的界面剪切胶结强度。

23、可选地，所述步骤s1具体包括：

24、步骤s11、配置所述地层样品；

25、步骤s12、组装第一筒体、第一细密纱网、第一端盖、第二细密纱网和网筛形成模拟地层压力注浆模具；

26、步骤s13、将所述地层样品填入所述第一细密纱网和所述第二细密纱网之间形成所述模拟地层试样，并将第二端盖盖设于所述第一筒体的顶端。

27、本发明的技术方案中，通过所述模拟地层压力注浆模具和所述变压注浆组件，可以真实地模拟地层压力情况下深水地层微生物胶结液胶结流程，再通过所述胶结效果评价组件可以进行界面剪切测试，得到所述模拟地层压力注浆模具中模拟地层环形岩样完成注浆后，所述水泥环和所述模拟地层环形岩样错开时的最大强度，以此计算界面剪切胶结强度，进而评价深水地层微生物胶结液胶的胶结效果，从而为微生物胶结液的工程应用提供依据，对提高深水地层固井二界面胶结质量起到有益作用，为保障深水油井安全开采具有重要工程意义。