[发明专利]干热岩地层高温高压环境井筒套管-水泥环胶结面测试装置

权利要求书

1.干热岩地层高温高压环境井筒套管-水泥环胶结面测试装置，其特征在于：所述测试装置水平方向上以套管（3）为中心，由内到外依次包括套管（3）、水泥环（2）、地层岩石（1）、水平加载传力构件（8）和保温层（4）；所述保温层（4）的内侧均匀设置加热装置（5）；所述水平加载传力构件（8）是工字型截面的方型结构，所述水平加载传力构件（8）包括方形构件I、方形构件III和连接二者的连接构件II；所述方形构件I位于保温层（4）内部，所述方形构件III位于保温层（4）外部，所述连接构件II穿透保温层（4）；所述水平加载传力构件（8）通过方形构件I对地层岩石（1）施加压力；所述测试装置的上下两端均设置垂向加载传力构件（7），所述垂向加载传力构件（7）包括方形构件IV、方形构件VI和连接二者的连接构件V，所述连接构件V由四根柱状结构组成；所述方形构件IV位于保温层（4）内部，方形构件VI位于保温层（4）外部，所述连接构件V穿透保温层（4）；所述垂向加载传力构件（7）通过方形构件IV与水泥环（2）以及地层岩石（1）相连接以施加垂向压力。

2.根据权利要求1所述的干热岩地层高温高压环境井筒套管-水泥环胶结面测试装置，其特征在于：所述水平加载传力构件（8）通过方形构件III与液压油缸（9）相连接获取水平方向的压力；所述垂向加载传力构件（7）通过方形构件VI与万能试验机相连获取垂直方向的压力。

3.根据权利要求2所述的干热岩地层高温高压环境井筒套管-水泥环胶结面测试装置，其特征在于：所述地层岩石（3）水平截面的外围为正方形，所述地层岩石（3）垂直方向四个侧面的尺寸与水平加载传力构件（8）的方形构件II相匹配，以实现水平方向压力的均匀施加；所述垂向加载传力构件（7）的方形构件IV与水泥环及地层岩石（1）上、下两个端面的形状相匹配,，以实现垂直方向压力的均匀施加。

4.根据权利要求2所述的干热岩地层高温高压环境井筒套管-水泥环胶结面测试装置，其特征在于：所述液压油缸（9）通过油缸固定结构（10）和垫片（11）与T型钢梁（6）固定连接。

5.根据权利要求3或4所述的干热岩地层高温高压环境井筒套管-水泥环胶结面测试装置，其特征在于：所述套管（3）的上下两端均连接水管，通过水管与水泵相连，组成循环系统。

6.根据权利要求5所述的干热岩地层高温高压环境井筒套管-水泥环胶结面测试装置，其特征在于：所述测试装置包括结构对称且可拆分的上、下两部分。

7.根据权利要求5所述的干热岩地层高温高压环境井筒套管-水泥环胶结面测试装置，其特征在于：所述加热装置（5）采用电热合金丝为加热元件，所述保温层（4）采用陶瓷纤维板-微孔绝热板为保温材料。

8.根据权利要求5所述的干热岩地层高温高压环境井筒套管-水泥环胶结面测试装置，其特征在于：所述测试装置还包括渗漏测试系统，所述渗漏测试系统包括渗漏测试接口（12）、压力表（13）、阀门（14）和压力泵（15）；所述渗漏测试接口（12）设置在水泥环（2）中，并通过管道依次与压力表（13）、阀门（14）和压力泵（15）相连接。

9.如权1-8所述的干热岩地层高温高压环境井筒套管-水泥环胶结面测试装置的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：制备长方体岩石试样并在试样中间钻孔，钻孔中心放入套管（3），将水泥混合搅拌倒入岩石和套管（3）之间的环空区域；在岩石试样侧面位置钻孔，将渗漏测试接口（12）通过该孔埋入环空区域靠近套管外壁处；然后将试样放入环境箱内部，用水平加载传力构件（8）和垂向加载传力构件（7）固定；所述环境箱包括保温层（4）和设置在保温层（4）内部的加热装置（5）；所述水平加载传力构件（8）与液压油缸（9）相连接获取水平方向的压力；所述垂向加载传力构件（7）与万能试压机试验机相连接获取垂直方向的压力。

10.如权9所述的干热岩地层高温高压环境井筒套管-水泥环胶结面测试装置的使用方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

（一）启动加热装置（5），将环境温度加热到干热岩地层温度，保持温度恒定，进行试样养护；

（二）启动液压油缸（9），通过水平加载传力构件（8）施加地层水平方向上的两个主应力；启动万能试压机试验机，通过垂向加载传力构件（7）施加垂向应力；三个方向的主应力同时缓慢施加，直至达到试验要求；

（三）利用渗漏测试系统进行套管-水泥环间的胶结面胶结强度测试，具体为：打开阀门（14），将压力泵（15）中的气体充渗漏测试接口（12）的端部，观测压力表（13）的变化，并记录压力值P1；

（四）关掉阀门（14），设定水箱（17）中水的温度，打开水泵连接阀门，开启水泵（16），使套管（3）内的水循环，实现套管温度变化，持续一段时间后关掉水泵（16），关闭水泵连接阀门；重复上述操作直至达到试验设计次数；

（五）按照步骤（三），打开阀门（14），将压力泵（15）中的气体经过渗漏测试接口的埋入端部充到套管和水泥环胶结面的位置，观测压力表（13）的变化，并记录压力值P2；

（六）关掉阀门（14），设定水箱（17）中水的温度，打开水泵连接阀门，开启水泵（16），设定水泵输出功率，达到试验要求的套管内压；调整水泵输出功率可实现套管内压的变化；

（七）按照步骤（三），打开阀门（14），将压力泵（15）中的气体经过渗漏测试接口的埋入端部充到套管和水泥环胶结面的位置，观测压力表（13）的变化，并记录压力值P3；

（八）在试验过程中，将环境箱的上下部分分开，将X-CT机器的X射线发射端放置在试样的中间位置，从而实时扫描套管-水泥环胶结面和水泥环裂缝扩展过程。