[发明专利]水泥胶结测试装置和方法

权利要求书

1.一种水泥胶结测试装置，其特征在于，包括：

实验箱(1)；

安装在所述实验箱(1)内的模拟套管(2)，所述模拟套管(2)通过水泥(5)连接所述实验箱(1)；

选择性连接所述模拟套管(2)的提拉装置(3)，所述提拉装置(3)构造成能够向所述模拟套管(2)施加向上的拉力；以及

拉力检测装置(4)，所述拉力检测装置(4)构造成能够检测所述提拉装置(3)和所述模拟套管(2)之间的拉力。

2.根据权利要求1所述的水泥胶结测试装置，其特征在于，所述实验箱(1)包括箱体，所述箱体内设置有土层(12)，所述土层(12)的上部设置有模拟井口(11)，所述模拟井口(11)通过水泥(5)固定所述模拟套管(2)。

3.根据权利要求2所述的水泥胶结测试装置，其特征在于，所述模拟井口(11)内选择性地安装有固井模具，所述固井模具在安装所述模拟套管(2)时固定所述模拟套管(2)，并在浇筑水泥(5)后拆除。

4.根据权利要求3所述的水泥胶结测试装置，其特征在于，所述模拟套管(2)的顶部设置有若干提拉环(21)，所述提拉装置(3)通过所述提拉环(21)向所述模拟套管(2)施加拉力。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的水泥胶结测试装置，其特征在于，所述拉力检测装置(4)包括设置在所述模拟套管(2)和所述提拉装置(3)之间的传感器(41)，以及连接所述传感器(41)的拉力采集分析系统(42)，所述拉力采集分析系统(42)用于接收所述传感器(41)传来的拉力信号，并进行分析及可视化处理。

6.使用根据权利要求1至5中任一项所述的水泥胶结测试装置实现的水泥胶结测试的方法，其特征在于，包括：

步骤一，在实验箱(1)内安装所述模拟套管(2)，并注入水泥将所述模拟套管(2)固定；

步骤二，在实验箱(1)的土层(12)的上方设置水层(13)，等待一段时间后水泥凝固成水泥环；

步骤三，将所述提拉装置(3)连接所述模拟套管(2)，并通过提拉装置(3)对所述模拟套管(2)施加拉力直至水泥环的任意胶结面被破坏；

步骤四，观察所述水泥环的胶结面的破坏情况，同时通过拉力检测装置(4)测量拉力数据并计算水泥的胶结强度；

步骤五，更换实验箱(1)的土层(12)和/或水泥的类型重复上述步骤。

7.根据权利要求6所述的水泥胶结测试的方法，其特征在于，安装所述模拟套管(2)时，首先在实验箱(1)的土层(12)内设置固井模具，之后将所述模拟套管(2)放置在所述固井模具中，在所述模拟套管(2)和所述模具之间注入水泥，并取出固井模具，之后等待水泥凝固。

8.根据权利要求7所述的水泥胶结测试的方法，其特征在于，安装所述固井模具时，首先将固井模具放置在所述实验箱(1)内，在所述固井模具的周边敷设土层(12)，并反复压实，静置一段时间直至土层(12)密实。

9.根据权利要求8所述的水泥胶结测试的方法，其特征在于，土层(12)静置的时间为12～36小时，所述水泥凝固的时间为10～24小时。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的水泥胶结测试的方法，其特征在于，所述水泥的胶结强度满足如下条件，其中，水泥的胶结强度为σ，拉力为F，水泥环的受力面积为S，则满足σ＝F/S。