CN105422080A - 一种固井水泥胶结强度测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种固井水泥胶结强度测试装置，包括同轴的盖板和底板，盖板和底板之间通过多个连杆连接，盖板和底板之间设有与盖板同轴的岩芯和套管，套管外套在岩芯的外壁，套管的内壁与岩芯的外壁之间形成环形空间，且套管的内壁平行于岩芯的外壁，套管和岩芯的纵截面均呈梯形。本发明提供的这种固井水泥胶结强度测试装置，该装置可以在模拟地层真实条件下测试第一和第二界面的胶结强度，设备简单，操作方便，整体可拆卸成单个小部件，清洗方便，由于采用了斜向平行水泥环结构，倒模容易，仅单人就可完成水泥胶结强度测试，配合压力试验机使用，再现性好，数据准确。

Description

一种固井水泥胶结强度测试装置
技术领域
本发明涉及油气田固井技术领域，具体涉及一种固井水泥胶结强度测试装置。
背景技术
固井是向油气井内下入套管，并在井眼和套管之间的环形空间注入水泥浆的施工作业，是钻完井作业过程中一个不可缺少的重要环节。通常把套管与水泥环之间的胶结面称为固井一界面（第一界面）；把水泥环与地层之间的胶结面称为固井二界面（第二界面）。固井质量的测试手段主要有声幅变密度测井、六扇区（或八扇区）水泥胶结测井、声波-伽马密度测井及套后成像等，但这些均是固井完成后的现场测试方法。目前，国内外室内评价水泥胶结强度的装置较少，且存在结构复杂、不易操作、误差大、价格高等诸多问题。因此，在固井设计时通常还是只能用水泥试块的抗压强度来替代水泥胶结强度，给设计带来很大误差，不能保证良好的固井质量。
目前的水泥胶结强度测试装置主要存在以下问题：一是仅能测试第一界面胶结强度，无法测试第二界面胶结强度。如“组合式水泥环胶结强度测试装置”（CN2127786Y）内管和外管均为套管材质，中间浇注水泥浆，固化后仅能得到第一界面的胶结强度。又如“固井界面胶结强度试验仪”（CN202381076U）只有一层外管为套管材质，也仅能测试第一界面的胶结强度。
二是由于水泥胶结强度大，倒模困难，单人无法独立完成，通常需要榔头、撬杠等工具，容易造成测试装置变形或损坏。如“固井水泥胶结强度测试装置”（CN201935846U）水泥浆在油管与套管之间，倒模困难，容易造成油管或套管变形和损坏。同时，该装置也是只能测试第一界面胶结强度。
三是虽然部分装置可以测试第一和第二界面的胶结强度，但结构比较复杂，操作不便。如“水泥环胶结强度评价装置”（CN203614095U）内设有岩芯夹持器，可以安装人造岩芯或地层岩芯，外部为套管，养护完成后，可以分别测得两个界面的胶结强度。但该装置有多条管路，组件多达30余件，装卸复杂，操作不便。
发明内容
本发明的目的是解决现有的水泥胶结强度测试装置结构复杂、不易操作、误差大的问题。
为此，本发明提供了一种固井水泥胶结强度测试装置，包括平行且同轴的盖板和底板，盖板和底板之间通过多个连杆连接，盖板和底板之间设有与盖板同轴的岩芯和套管，套管外套在岩芯的外壁，套管的内壁与岩芯的外壁之间形成环形空间，且套管的内壁平行于岩芯的外壁，套管和岩芯的纵截面均呈梯形。
所述套管的内壁或者岩芯的外壁与水平方向的夹角是80度。
所述盖板与套管或者岩芯接触的一面开设有用于嵌入套管顶端的套管上凹槽，和用于嵌入岩芯顶端的岩芯上凹槽。
所述底板与套管或者岩芯接触的一面开设有用于嵌入套管底端的套管下凹槽，和用于嵌入岩芯底端的岩芯下凹槽。
所述套管的端部与盖板、底板之间均设有密封垫片。
本发明的有益效果：本发明提供的这种固井水泥胶结强度测试装置，该装置可以在模拟地层真实条件下测试第一和第二界面的胶结强度，设备简单，操作方便，整体可拆卸成单个小部件，清洗方便，由于采用了斜向平行水泥环结构，倒模容易，仅单人就可完成水泥胶结强度测试，配合压力试验机使用，再现性好，数据准确。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是固井水泥胶结强度测试装置的结构示意图。
图2是盖板的结构示意图。
图3是底板的示意图。
图4是固井水泥胶结强度测试装置所测强度与实际胶结强度受力分析图。
附图标记说明：1、连杆；2、螺帽；3、弹簧垫片；4、盖板；5、套管；6、岩芯；7、密封垫片；8、底板；9、垫片；10、套管上凹槽；11、岩芯上凹槽；12、环形空间；13、第一通孔；14、螺母；15、套管下凹槽；16、第二通孔；17、岩芯下凹槽。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，本发明提供了一种固井水泥胶结强度测试装置，包括平行且同轴的盖板4和底板8，盖板4和底板8之间通过多个连杆1连接，盖板4和底板8之间设有与盖板4同轴的岩芯6和套管5，套管5外套在岩芯6的外壁，套管5的内壁与岩芯6的外壁之间形成环形空间12，且套管5的内壁平行于岩芯6的外壁，套管5和岩芯6的纵截面均呈梯形。
固井水泥胶结强度测试装置的使用过程是：首先将多个连杆1的端部固定在底板4上，并将底板4置于平整地面上，将岩芯6和套管5放在底板4上，套管5套在岩芯6的外壁，注意岩芯6和套管5与底板4同轴，然后将制备好的固井水泥试样缓慢倒入岩芯6和套管5形成的环形空间12内，直至灌满环形空间12。接着用木棒在环形空间12内连续搅动，使环形空间12内气泡自由上升，排出空间。待无气泡冒出后，盖上盖板4，通过连杆1将盖板4和底板8连接起来，最后将装置放置于养护箱内，调至目标温度进行养护，并记录养护时间；待养护完成后，抽出连杆1，拆除盖板4、底板8，将其他部件依次拆除，并清洗干净，仅留下套管5、岩芯6以及水泥环，然后将其放置与压力试验机的测试台上，通过不同的压力加载方式，测试梯形第一、第二界面胶结水泥剥离时的压力F11和F12。
参阅图4，根据受力分析可得：
（公式1）
由公式1可得垂直方向实际的第一、第二界面水泥剥离压力F1和F2。测量计算出胶结面积S，则可得实际第一、第二界面的胶结强度。
（公式2）
本发明提供的这种固井水泥胶结强度测试装置，该装置可以在模拟地层真实条件下测试第一和第二界面的胶结强度，设备简单，操作方便，整体可拆卸成单个小部件，清洗方便，由于采用了斜向平行水泥环结构，倒模容易，仅单人就可完成水泥胶结强度测试，配合压力试验机使用，再现性好，数据准确。
实施例2：
在实施例1的基础上，如图1所示，所述套管5的内壁或者岩芯6的外壁与水平方向的夹角是80度。套管5和岩芯6侧面平行，形成了环形空间12、第一界面和第二界面，且环形空间12与地面形成80°夹角，为斜向平行的水泥环结构，使倒模容易，仅单人即可完成。在此夹角下，由压力试验机测得的数值为实际胶结强度的分量，根据受力分析，很容易得到实际数值。
实施例3：
如图2所示，所述盖板4与套管5或者岩芯6接触的一面开设有用于嵌入套管5顶端的套管上凹槽10，和用于嵌入岩芯6顶端的岩芯上凹槽11。如图3所示，所述底板8与套管5或者岩芯6接触的一面开设有用于嵌入套管5底端的套管下凹槽15，和用于嵌入岩芯6底端的岩芯下凹槽17。
固井水泥胶结强度测试装置的使用过程是：首先将多个连杆1的端部固定在底板4上，并将底板4置于平整地面上，将岩芯6的底端卡在岩芯下凹槽17内，岩芯6的顶端卡在岩芯上凹槽11，套管5的底端卡在套管下凹槽15内，套管5的顶端卡在套管上凹槽10内，套管5套在岩芯6的外壁，注意岩芯6和套管5与底板4同轴，然后将制备好的固井水泥试样缓慢倒入岩芯6和套管5形成的环形空间12内，直至灌满环形空间12。接着用木棒在环形空间12内连续搅动，使环形空间12内气泡自由上升，排出空间。待无气泡冒出后，盖上盖板4，通过连杆1将盖板4和底板8连接起来，最后将装置放置于养护箱内，调至目标温度进行养护，并记录养护时间；待养护完成后，抽出连杆1，拆除盖板4、底板8，将其他部件依次拆除，并清洗干净，仅留下套管5、岩芯6以及水泥环，然后将其放置与压力试验机的测试台上，通过不同的压力加载方式，测试梯形第一、第二界面胶结水泥剥离时的压力F11和F12。
参阅图4，根据受力分析可得：
（公式1）
由公式1可得垂直方向实际的第一、第二界面水泥剥离压力F1和F2。测量计算出胶结面积S，则可得实际第一、第二界面的胶结强度。
（公式2）
实施例4：
如图1所示，所述套管5的端部与盖板4、底板8之间均设有密封垫片7，即密封垫片7分别放在岩芯下凹槽17、岩芯上凹槽11、套管下凹槽15、套管上凹槽10内，可以保护套管5和岩芯6，减少磨损。
需要说明的是，盖板4沿周向均匀开设有多个第一通孔13，每一个连杆1的顶端穿过与其对应的第一通孔13，连杆1通过螺帽2、弹簧垫片3与盖板4固定连接，弹簧垫片3设在螺帽2和盖板4之间，底板8沿周向均匀开设有多个第二通孔16，每一个连杆1的底端穿过与其对应的第二通孔16，连杆1通过螺母14、垫片9与底板8固定连接，垫片9设在螺母14和底板8之间。
固井水泥胶结强度测试装置的使用过程是：首先将多个连杆1的端部固定在底板4上，并将底板4置于平整地面上，分别在岩芯下凹槽17、岩芯上凹槽11、套管下凹槽15、套管上凹槽10内放置密封垫片7，将岩芯6的底端卡在岩芯下凹槽17内，岩芯6的顶端卡在岩芯上凹槽11，套管5的底端卡在套管下凹槽15内，套管5的顶端卡在套管上凹槽10内，套管5套在岩芯6的外壁，注意岩芯6和套管5与底板4同轴，然后将制备好的固井水泥试样缓慢倒入岩芯6和套管5形成的环形空间12内，直至灌满环形空间12。接着用木棒在环形空间12内连续搅动，使环形空间12内气泡自由上升，排出空间。待无气泡冒出后，盖上盖板4，使连杆1穿过盖板4上的第一通孔13，用螺帽2和弹簧垫片3、螺母14和垫片9将整个装置紧固起来，通过连杆1将盖板4和底板8连接起来，最后将装置放置于养护箱内，调至目标温度进行养护，并记录养护时间；待养护完成后，拆除螺帽2和弹簧垫片3、螺母14和垫片9，抽出连杆1，拆除盖板4、底板8，将其他部件依次拆除，并清洗干净，仅留下套管5、岩芯6以及水泥环，然后将其放置与压力试验机的测试台上，通过不同的压力加载方式，测试梯形第一、第二界面胶结水泥剥离时的压力F11和F12。
参阅图4，根据受力分析可得：
（公式1）
由公式1可得垂直方向实际的第一、第二界面水泥剥离压力F1和F2。测量计算出胶结面积S，则可得实际第一、第二界面的胶结强度。
（公式2）
本发明提供的这种固井水泥胶结强度测试装置，该装置可以在模拟地层真实条件下测试第一和第二界面的胶结强度，设备简单，操作方便，整体可拆卸成单个小部件，清洗方便，由于采用了斜向平行水泥环结构，倒模容易，仅单人就可完成水泥胶结强度测试，配合压力试验机使用，再现性好，数据准确。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (5)

1.一种固井水泥胶结强度测试装置，其特征在于，包括平行且同轴的盖板（4）和底板（8），盖板（4）和底板（8）之间通过多个连杆（1）连接，盖板（4）和底板（8）之间设有与盖板（4）同轴的岩芯（6）和套管（5），套管（5）外套在岩芯（6）的外壁，套管（5）的内壁与岩芯（6）的外壁之间形成环形空间（12），且套管（5）的内壁平行于岩芯（6）的外壁，套管（5）和岩芯（6）的纵截面均呈梯形。
2.如权利要求1所述的一种固井水泥胶结强度测试装置，其特征在于，所述套管（5）的内壁或者岩芯（6）的外壁与水平方向的夹角是80度。
3.如权利要求1所述的一种固井水泥胶结强度测试装置，其特征在于，所述盖板（4）与套管（5）或者岩芯（6）接触的一面开设有用于嵌入套管（5）顶端的套管上凹槽（10），和用于嵌入岩芯（6）顶端的岩芯上凹槽（11）。
4.如权利要求3所述的一种固井水泥胶结强度测试装置，其特征在于，所述底板（8）与套管（5）或者岩芯（6）接触的一面开设有用于嵌入套管（5）底端的套管下凹槽（15），和用于嵌入岩芯（6）底端的岩芯下凹槽（17）。
5.如权利要求1所述的一种固井水泥胶结强度测试装置，其特征在于，所述套管（5）的端部与盖板（4）、底板（8）之间均设有密封垫片（7）。
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