[发明专利]水泥环胶结强度评价装置

说明书

一种水泥胶结强度评价实验装置，主要由与电控搅拌器为一体的釜盖(1)、与热电偶配合使用的养护釜盖(7)、釜体(2)、岩芯（4)、钻井液储液罐(29)、冲洗液储液罐(35)和管路系统组成，其特征在于，釜体(2)与釜盖（1、7）螺纹连接，并通过管路和阀门系统与钻井液储液罐(29)、冲洗液储液罐(35)、氮气源(11)、空气源(12)以及水源(13)系统相连。与现有测量胶结强度的典型装置相比，本发明的有益效果在于：评价胶结性能时，模拟了地层岩芯或人造岩芯壁面泥饼形成与冲洗过程，模拟了水泥石与两个界面同时胶结的情况，更加符合现场实际情况，为确定合理的现场施工方案提供参考依据。

技术领域

本发明涉及石油工程材料检测技术领域中一种模拟评价油井水泥环胶结强度评价装置。

背景技术

固井注水泥完成后，水泥环与两个界面胶结状态的好坏对固井质量有重大的影响。目前，界面胶结强度的影响因素已较为明确，主要有地层压力、地层水渗流、地层岩性、水泥石自身性能、钻井液在地层形成的滤饼以及固井时对滤饼的冲洗效果等。但界面的胶结强度的大小以及水泥环与地层胶结面防窜流能力的强弱无法在井下直接测量。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的空白，为评价水泥环与地层或套管之间的胶结质量而提出一种水泥环胶结强度评价装置。

本发明的技术方案如下：

一种水泥环胶结强度评价装置，由压力釜系统和外围控制系统两部分通过气、液管路连接组成，其中：压力釜系统包括压力釜和岩芯、岩芯夹持器、模拟套管，压力釜包括顶部开口的釜体，与压力釜顶部开口处分别密闭连接配合的釜盖和养护釜盖，其中釜盖上设有电控搅拌器，电控搅拌器下部连接的搅拌浆叶轴向延伸至釜体底部，养护釜盖带有热电偶，在釜体底座和侧部分别设置进出管口，釜体底座沿轴心预制有圆形凹槽，圆形凹槽与底座设置的进出管口贯通；岩芯夹持器上部带有一圆形托盘，圆形托盘外周边与模拟套管连接，岩芯夹持器中间固定岩芯，岩芯夹持器下部为与釜体底座上的圆形凹槽插接配合的缩径凸台，凸台中间设有连通于岩芯和釜体底座进出管口之间的通孔，模拟套管套在圆形托盘上方的岩芯部分，顶部设有密封端盖，密封端盖居中设有通孔，密封端盖外周边通过连接件与圆形托盘连接后将模拟套管和岩芯紧紧夹固，并在岩芯和模拟套管之间形成水泥浆侯凝室；外围控制系统包括钻井液储液罐、冲洗液储液罐、氮气源、空气源、水源以及连接在其间的管路、泵和阀。

上述方案进一步包括：

所述外围控制系统中，氮气源与气体高压泵、蓄能器、调压阀相连，在调压阀后的管路又分两个支路，支路一通过高压进气阀与釜体上部进出管口和排气阀相连，支路二通过气窜阀接入釜体底座的岩芯夹持器底部；水源经过进水阀之后，一部分通过液体高压泵、隔离阀连接釜体上部进出管口和储液溢出阀，另一部分连接蓄水器、泄压节止和泄压泵，还有一部分经过蓄水器与液窜阀后接入釜体底座的岩芯夹持器底部；空气源经过空气调压阀后分成四个支路，支路一经过气增压阀接入到气体高压泵所在的管路，进而与前述氮气源管路相连，支路二经过液增压阀接入到液体高压泵所在的管路，进而与前述的水源13管路相连，支路三经过空气至釜阀接入到进水阀和液体高压泵之间的管路，进而与水源13管路相连，支路四与钻井液储液罐、冲洗液储液罐、三通阀连接到釜体下部的进出管口。

釜体为圆筒型，釜体与釜盖和养护釜盖均采用螺纹连接，釜体底部的圆形凹槽边缘连有3个成120°夹角的小凹槽，圆形凹槽中间还同心嵌入直径略小的凹槽，岩芯夹持器中下部边缘分布3个卡扣，尺寸与釜体底座的三个小凹槽一一对应，并将岩芯夹持器下端固定。

岩芯夹持器上部为一钢制圆形托盘，圆形托盘上面有3个钢制卡扣，成120°夹角分布，与模拟套管底部连接，圆形托盘外边缘均匀对称分布6个螺纹孔；模拟套管为一空心铜管，模拟套管顶部密封端盖通过螺杆与圆形托盘的螺纹孔连接将模拟套管和岩芯紧紧夹固。

搅拌浆叶的直径与岩芯直径相同，顶在岩芯上面。

该装置中还包括强度测试伺服试验机。