[发明专利]一种模拟地层水渗流水侵固井水泥浆的装置及方法

权利要求书

1.利用装置模拟地层水渗流水侵固井水泥浆的方法，该装置包括氮气瓶（10）、地层水容器（11）、釜体（1）、围压泵（16）、滤液收集瓶（19），所述釜体（1）有左釜盖（2）和右釜盖（3），左釜盖与釜体以及右釜盖与釜体之间通过橡胶垫片（6）进行螺纹连接；左釜盖（2）设有注水口（5），该注水口通过管线依次连接地层水容器（11）、氮气瓶（10）；所述釜体外侧包裹有加热套（12）；所述釜体上端中部设有围压接口（15），该接口通过管线依次连接泄压阀（17）、围压泵（16）；所述釜体内侧有橡胶套（4），釜体与橡胶套之间形成围压腔；所述釜体内装有模拟岩心（8）和水泥浆（7）；右釜盖（3）设有滤液口（9），釜体流出的滤液通过该滤液口进入滤液收集瓶（19），该方法依次包括以下步骤：

（1）将模拟岩心从径向中部垂直钻通一个圆孔，使用防水胶布把圆孔下部封堵，将水泥浆从上部灌入后再使用防水胶布对其封堵，即为模拟试样；

（2）将模拟试样放入釜体内，将温度控制在井下实际温度T；

（3）打开围压泵，通过围压接口对模拟试样施加围压，打开氮气瓶，对地层水容器中地层水施加恒定压力P₁，P₁为井下实际压力，地层水在压差作用下从注水口流入釜体内，经过模拟岩心、水泥浆、模拟岩心后，从滤液口流出，进入滤液收集瓶；

（4）待水泥浆凝固成水泥石后，关闭氮气瓶、加热套以及围压泵，将围压通过泄压阀卸掉，打开釜体取出模拟试样；

（5）测试模拟岩心与水泥石接触面的液压密封能力，过程如下：使用手动打压泵对模拟岩心与水泥石缓慢打压，当数据采集器中显示压力突然下降，且模拟试样下端有地层水流出，说明模拟岩心与水泥石二界面窜通，此时的压力就是固井二界面的窜通压力P₂，即模拟岩心与水泥石接触面的液压密封能力；

（6）将模拟试样置于抗折抗压试验机下压力板正中，在水泥石上部放置与水泥石尺寸相同的垫块，在垫块上端面施加一定的压力，缓慢将水泥石从模拟岩心中压出，模拟岩心与水泥石界面脱落时试验机显示仪上显示的值就是模拟岩心与水泥石接触面的剪切力F，从而计算固井二界面的剪切胶结强度P₃；

（7）通过液压密封能力与剪切胶结强度来评价水泥浆抗水侵能力：液压密封能力越好、剪切胶结强度越大，说明该水泥浆的抗水侵能力越好，反之越差。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测试模拟岩心与水泥石接触面的液压密封能力，通过液压密封测试装置进行，该装置由手动打压泵（21）、密封罐（24）、压力传感器（26）、支撑底座（27）和数据采集器（28）组成，所述手动打压泵（21）通过管道与密封罐（24）连接，该管道设有压力传感器（26），压力传感器连接数据采集器（28）；所述密封罐（24）为圆柱体，其直径比水泥石直径大2厘米；水泥石上下两端放上密封橡胶圈（25），密封橡胶圈内径与水泥石直径一致，其上端密封橡胶圈连接密封罐（24），下端密封橡胶圈置于支撑底座（27）上。