[发明专利]一种评价水泥环胶结质量的室内模拟装置和方法

权利要求书

1.一种评价水泥环胶结质量的室内模拟装置，其特征在于：其包括密封桶、模拟地层、套管、超声探头组件以及超声信号接收处理装置；

所述密封桶包括螺栓连接的桶体和密封盖，所述桶体呈上端开口、下端封闭的筒状结构，所述桶体底部内壁设置有用于定位的圆柱形凸起，且所述圆柱形凸起的外径与所述套管的内径相匹配，所述密封盖中部开设有供所述超声探头组件与所述超声信号接收处理装置相连的导线接孔；

所述模拟地层设置在所述密封桶的桶体内，所述模拟地层顶部与所述密封盖内壁之间预留有间隙，所述模拟地层底部间隔套设在所述桶体底部的圆柱形凸起外侧，所述模拟地层外壁与所述桶体内壁之间形成第一环空；

所述套管同轴插设在所述模拟地层内，所述套管上部卡设在所述密封盖内壁的卡槽内，所述套管下部紧密套设在所述圆柱形凸起外侧；

所述模拟地层内壁与所述套管外壁之间形成第二环空，所述第二环空用于灌注实验介质或固井水泥；

所述超声探头组件同轴插设在所述套管，且所述超声探头组件通过导线与设置在所述密封桶外部的所述超声信号接收处理装置相连。

2.如权利要求1所述的一种评价水泥环胶结质量的室内模拟装置，其特征在于：所述超声探头组件包括探头载体轴以及第一、第二两超声探头组；

所述探头载体轴居中插设在模拟地层中的套管内，所述探头载体轴顶部设置有带刻度的可旋转罗盘；所述可旋转罗盘尺寸与模拟地层井口尺寸相匹配，用于带动所述探头载体轴在所述模拟地层内部任意旋转，并与所述探头载体轴的旋转角度一致；

所述第一超声探头组垂直间隔固定设置在所述探头载体轴上，所述第一超声探头组中任意两个探头均能够构成第一超声探测组合，每一所述第一超声探测组合中的两个超声探头分别作为发射探头和接收探头；

所述第二超声探头组间隔设置在与所述第一超声探头组对侧的所述探头载体轴上，且所述第二超声探头组中各第二超声探头与所述探头载体轴均成角度设置，所述第二超声探头组中任意两个第二超声探头均能够构成第二超声探测组合，每一所述第二超声探测组合中的两个第二超声探头分别作为发射探头和接收探头。

3.如权利要求1所述的一种评价水泥环胶结质量的室内模拟装置，其特征在于：所述第二超声探头组中，各所述第二超声探头与所述探头载体轴之间的夹角为第二临界角。

4.如权利要求1所述的一种评价水泥环胶结质量的室内模拟装置，其特征在于：所述超声信号接收处理装置包括依次相连的数字示波器、脉冲发生接收仪、高速瞬态信号采集仪和计算机终端；

所述数字示波器通过信号线与所述超声探头组件相连，对接收的所述超声探头组件的声波波形进行显示；

所述脉冲发生接收仪对所述超声探头组件采集的待测点的声学特性进行评价和性能指标测试并将结果发送到所述高速瞬态信号采集仪；

所述高速瞬态信号采集仪对接收的信号进行模/数转换，把接收信号变为数值量并发送到所述计算机终端；

所述计算机终端对所述高速瞬态信号采集仪发送的待测点的固井声幅曲线进行分析处理，得到套管波、地层波、水泥环波数据。

5.一种采用如权利要求1所述装置的评价水泥环胶结质量的室内模拟方法，其特征在于包括以下步骤：

1)实验准备工作；

2)实验准备工作完成后，根据实际工况分别向第一环空、第二环空以及套管内注入相应实验介质；

3)利用脉冲发生接收仪测量待测时间点的固井声幅曲线，读出固井声幅曲线首波峰到达时间，测量的时间点根据实际情况进行调整；

4)根据固井声幅曲线，对水泥环胶结情况进行判断，得到水泥环胶结质量结果。