[发明专利]一种用于测试水泥环密封完整性的实验装置及方法

说明书

本发明提供了一种用于测试水泥环密封完整性的实验装置及方法，包括由内至外依次间隔套设的套管、模拟围岩和釜体，套管和模拟围岩之间形成水泥环空，模拟围岩和釜体之间形成围压腔；下釜盖，密封固定在釜体下端，第一管路上设有第一增降压阀门，第二管路上设有第二增降压阀门；调压上釜盖，用于可拆卸地密封固定在釜体的上端，第三管路上设有第三增降压阀门，第四管路上设有第四增降压阀门；测试上釜盖，用于可拆卸地密封固定在釜体的上端，测试上釜盖连接有气体流量检测器；轴向加载装置，与套管连接。本发明能够模拟井下不同作业工况引起的套管轴向形变对水泥环密封完整性的影响，为探明套管轴向形变对水泥环密封完整性的损伤机理研究奠定基础。

技术领域

本发明涉及石油固井技术领域，尤其是一种用于测试水泥环密封完整性的实验装置及方法。

背景技术

油气井固井作业是指将设计的水泥浆注入井下套管与围岩间的环形空间，水泥浆逐渐凝固形成水泥环的过程。套管-水泥环-围岩形成良好的密封完整性是有效封隔围岩，防止井下流体窜流的重要因素，也是油气井后续钻进、压裂、酸化、生产等一系列作业工况的基础。

影响固井后水泥环密封完整性的主要因素包括：

①水泥环自身结构；

②水泥环与套管胶结界面(通常称之为“一界面”)的密封能力；

③水泥环与围岩胶结界面(通常称之为“二界面”)的密封能力。

目前，国内外学者从水泥浆自身角度出发开展了大量研究，形成了不同类型水泥浆体系，以满足不同井下复杂情况的要求，例如韧性水泥浆体系、防窜水泥浆体系、抗高温水泥浆体系等，也形成了不同类型的水泥环密封完整性评价装置和方法。但现有技术对水泥环密封完整性进行测试时，考虑的影响因素较片面。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于测试水泥环密封完整性的实验装置及方法，以解决现有技术对水泥环密封完整性进行测试时，考虑的影响因素较片面的问题。

为达到上述目的，本发明提出一种用于测试水泥环密封完整性的实验装置，包括：由内至外依次间隔套设的套管、模拟围岩和釜体，所述套管和所述模拟围岩之间形成用于容置水泥环的水泥环空，所述模拟围岩和所述釜体之间形成环形的围压腔；下釜盖，密封固定在所述釜体下端，所述下釜盖连接有与所述水泥环空连通的第一管路、以及与所述围压腔连通的第二管路，所述第一管路上设有第一增降压阀门，所述第二管路上设有第二增降压阀门；调压上釜盖，用于可拆卸地密封固定在所述釜体的上端，所述调压上釜盖连接有与所述水泥环空连通的第三管路、以及与所述套管的内腔连通的第四管路，所述第三管路上设有第三增降压阀门，所述第四管路上设有第四增降压阀门；测试上釜盖，用于可拆卸地密封固定在所述釜体的上端，所述测试上釜盖连接有与所述水泥环空连通的气体流量检测器；轴向加载装置，与所述套管连接，用于使所述套管产生轴向形变。

如上所述的实验装置，其中，所述实验装置还包括：位移传感器，用于测量所述轴向加载装置的轴向位移；多个应力应变片，设于所述套管的侧壁上；数据采集系统，与所述位移传感器、所述应力应变片和所述气体流量检测器电连接。

如上所述的实验装置，其中，所述实验装置还包括：联接头，用于连接所述轴向加载装置和所述套管，所述位移传感器设于所述联接头上。

如上所述的实验装置，其中，所述数据采集系统为计算机。

如上所述的实验装置，其中，所述实验装置还包括：加热保温套，固定套设于所述釜体外。

如上所述的实验装置，其中，所述实验装置还包括：渗透性隔板，设于所述下釜盖与所述水泥环的下端面之间。

如上所述的实验装置，其中，所述套管的上端与所述调压上釜盖或所述测试上釜盖密封接触，所述套管的下端与所述下釜盖密封固定连接。

如上所述的实验装置，其中，所述轴向加载装置为万能试验机。