[发明专利]一种含水合物、冰地层固井水泥环二界面胶结强度测试装置

说明书

本发明公开了一种含水合物、冰地层固井水泥环二界面胶结强度测试装置，包括釜壳底座和模拟套管，所述模拟套管竖直设置在所述釜壳底座的中部，所述模拟套管外围设有聚乙烯醇膜管，所述模拟套管与聚乙烯醇膜管之间形成环状的空腔，所述釜壳底座顶部外边沿处围设有控温循环浴密封罩，所述控温循环浴密封罩与聚乙烯醇膜管之间填充有模拟地层，所述模拟地层顶部压覆有地层釜盖，所述模拟套管顶部压覆有加压釜盖，所述加压釜盖覆盖住所述空腔的顶部，所述加压釜盖上方设有用于对加压釜盖加压的压力装置。优点：结构简单，安装使用方便，生产成本低，检测结果较为准确可靠。

技术领域

本发明涉及一种固井水泥质量检测的设备，特别涉及一种含水合物、冰地层固井水泥环二界面胶结强度测试装置。

背景技术

随着油气田对固井质量要求越来越高，相应的水泥浆固结性能测试评价受到越来越多的关注，尤其是二界面胶结强度被格外重视。目前，国内外在此方面仅从声波/电磁波测井等地球物理技术方面予以评价，而在实验室内的模拟评价装置很少，即使有也非常简陋，常见的就是用带有一定孔隙的厚壁水泥砂浆管(厚度一般为15～20cm)充当模拟地层，然后在水泥环内壁浸泡钻井液，之后向水泥砂浆管内注入要测试的固井水泥浆，待固结后，用万能材料试验机的压头对管中的水泥柱加压，测试其极限剪切力。此方法虽然可模拟固井水泥浆的固结过程，但是由于模拟地层与实际地层物性相差较大，钻井液浸泡也是在常温常压下进行，故与实际情况出入较大，因此，得到的检测结构与实际偏差较大，测试结果准确度较低，对于井下实际作业的参考价值有限。

此外，近些年来，天然气水合物作为一种清洁新能源，广泛分布于陆上冻土带和海底沉积物中，以其巨大资源储量被誉为21世纪极具潜力的洁净新能源，对于缓解日益严重的全球能源危机具有举足轻重的作用。众所周知，陆上多年冻土带所蕴藏的天然气水合物资源非常丰富，加快冻土区天然气水合物的勘探与开发已越来越受到相关国家的重视。由于多年冻土区存在较厚的不稳定地层，加之天然气水合物仅在低温高压条件下稳定存在，在固井过程中应严格控制水泥浆水化热和井内温度以确保井壁附近地层中水合物和冰的稳定，从而保证固井质量。因此，如何在如此低温情况下安全高效固井则是天然气水合物勘探与开发研究中的一个新热点，尤其是如何保证水泥环与井壁的胶结质量则直接决定了水合物能否安全、顺利开采。因此，需要开发相应的固井质量模拟测试装置，从而为固井液体系设计及其施工工艺选择提供预评价的技术平台。在此方面，目前国内外还没有相应的实验评价装置，主要是因为难于解决水合物生成和井壁临时密封支撑的问题。本发明立足于此问题，在国内外首次创造了聚乙烯醇膜管充当带泥皮临时井壁技术，较好地解决了水合物密封生成与水泥浆注入解封接触的问题，实现了可模拟含有水合物和冰的低温地层原位固井二界面胶结质量的定量试验评价，为今后冻土区天然气水合物勘探与开发、工程基础施工以及地下空间加固等领域的工程施工提供了有力的实验技术支持。

基于此，有必要开发出能够模拟井下实际作业环境的含水合物、冰地层固井水泥浆二界面胶结强度测试装置，为冻土区水合物地层固井生产和工程施工提供更为科学合理的评价数据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种含水合物、冰地层固井水泥环二界面胶结强度测试装置，填补了当前天然气水合物勘探与开发固井评价技术的空白，且相对于现有的常规油气井固井二界面胶结质量评价实验仪器不论在设计原理上、还是测试精度上以及与实际情况的吻合度上，都取得了创新性的技术突破，首次全方位考虑了井下温度、压力和地层结构与组分的影响，能够在整个实验过程中模拟出井下温度和压力，从而使固井质量评价更真实，数据更可靠。