CN111896339B - 一种水泥石养护模具及动态气体腐蚀实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水泥石养护模具包括顶板、若干分隔板、底板、连接杆和养护筒；由于顶板、若干分隔板和底板两两之间均夹设有一个养护筒，对应的两个板上的灌浆孔与养护筒相连通，那么在进行水泥石养护时，从顶板上的灌浆孔浇筑水泥，水泥会将整个模具内的所有养护筒填满，然后可以通过连接杆将各个板压紧锁死从而保证水泥成型的密封性，水泥养护成型后拆下连接杆并依次敲除顶板和各个分隔板，可以得到结构完整的水泥石；而及动态气体腐蚀实验装置包括养护釜、旋转底座、加热器和如上述的水泥石养护模具，将结构完整的水泥石在动态气体腐蚀实验装置中进行试验，能够更真实的反映实际地层中注入固井水泥浆的腐蚀情况和使用寿命。

Description

一种水泥石养护模具及动态气体腐蚀实验装置

技术领域

本发明涉及水泥石养护技术领域，尤其涉及一种水泥石养护模具及动态气体腐蚀实验装置。

背景技术

现如今，油气资源的开采需要钻开地层，建立地面至储层的油气通道。在钻开地层的过程中，为了稳固井壁、封隔地层流体，需要在套管与地层之间的间隙注入固井水泥浆，形成固井水泥石，以保护井眼，使钻井工作顺利进行。由于地层中含有大量的腐蚀性介质，腐蚀性介质与固井水泥石发生化学反应，导致水泥石的渗透率和孔隙度增大，水泥石的结构完整性被破坏，然后腐蚀性介质进一步渗透，腐蚀井下的油套管柱，造成油套管柱的抗挤强度降低，影响井筒的完整性，威胁到了油气井安全生产。因此，对水泥石的腐蚀研究是油气田开发中亟待解决的问题。

目前常规的水泥石养护模具，在进行三轴力学测试中往往需要进行岩心钻取，这一过程往往会对水泥石的结构造成一定的破坏，该破坏在外观上有时无法辨别，从而影响后续对水泥石性能测试实验的准确性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种无需岩心钻取、能够保证水泥石的结构完成的水泥石养护装置以及能够利用结构完整的水泥石进行腐蚀试验的动态气体腐蚀实验装置。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

在一个总体方面，提供一种水泥石养护模具，包括顶板、若干分隔板、底板、连接杆和养护筒，其中：

顶板、若干分隔板和底板从上至下平行且依次间隔设置，顶板和若干分隔板上均开设有若干灌浆孔，顶板上的灌浆孔和若干分隔板上的灌浆孔从上至下一一对应地同轴设置；顶板、若干分隔板和底板上均开设有若干连接孔，顶板上的连接孔和若干分隔板上的连接孔从上至下一一对应地同轴设置；

每一个灌浆孔的下方均设置有一个养护筒，灌浆孔连通相对应的养护筒的内部，每一个养护筒的两端分别与相邻的两个板面抵接；

连接杆依次穿过同轴设置的连接孔，连接杆的一端与顶板连接，连接杆的另一端与底板连接，连接杆位于养护筒的外部。

可选的，顶板、若干分隔板和底板朝向相对应的养护筒的端面均开设有环形的防漏槽，养护筒的两端分别嵌设在相对应的防漏槽内。

可选的，水泥石养护模具还包括中空螺杆，顶板上的每一个灌浆孔的内表面均设置有螺纹，顶板上的每一个灌浆孔均螺接有一个中空螺杆，每一个中空螺杆中沿轴向开设有积液管道，积液管道与相对应的灌浆孔相连通；中空螺杆的中部设置有游离液箱，游离液箱与积液管道相连通。

可选的，水泥石养护模具还包括若干嵌顶，若干嵌顶分别可操作性地插设在若干灌浆孔内。

可选的，顶板和若干分隔板上均开设有三个灌浆孔，位于同一块板上的三个灌浆孔环绕水泥石养护模具的转动中心等角度间隔设置；顶板、若干分隔板和底板上均开设有三个连接孔，位于同一块板上的三个连接孔环绕水泥石养护模具的转动中心等角度间隔设置；且位于同一块板上的三个灌浆孔和三个连接孔依次间隔设置。

在另一个总体方面，提供一种动态气体腐蚀实验装置，包括养护釜、旋转底座、加热器和如上述的水泥石养护模具，其中：

养护釜包括釜体、通气管和釜盖，釜盖盖设在于釜体的上端，通气管的一端穿过釜盖连通至釜体的内部；

旋转底座包括座体和旋转轴，座体位于釜体内部，座体通过旋转轴转动连接釜体的底部；

加热器的加热丝缠绕釜体设置；

水泥石养护模具的底板可拆卸连接于座体的上端面。

可选的，养护釜还包括辅助盖，辅助盖连接于釜盖的内表面且辅助盖的侧环面与釜体的内壁相抵接，通气管的一端穿过辅助盖。

可选的，釜盖的内表面具有环绕辅助盖设置的凸环，釜体的上端插设在凸环和辅助盖之间，凸环和釜体的外壁螺接。

可选的，釜体的内壁上设置有耐腐蚀层，且釜体的材料均采用耐温耐腐金属。

可选的，养护釜还包括三通阀和压力表，通气管的另一端连通三通阀的第一流出口，压力表连通三通阀的第二流出口，三通阀的第一进气口用于通入腐蚀性气体。

本发明提供了一种水泥石养护模具及动态气体腐蚀实验装置，由于顶板、若干分隔板和底板两两之间均夹设有一个养护筒，并且养护筒的两端与对应的两个板相抵接，而对应的两个板上的灌浆孔与养护筒相连通，那么在进行水泥石养护时，从顶板上的灌浆孔浇筑水泥，水泥会顺着灌浆孔和养护筒流到底板上然后慢慢堆积直至将整个模具内的所有养护筒填满，然后就可以通过连接杆将各个板压紧锁死从而保证水泥成型的密封性，而水泥养护成型后，拆下连接杆，依次敲除顶板和各个分隔板，则可以得到结构完整的水泥石，并且通过结构完整的水泥石在动态气体腐蚀实验装置中进行试验，能够更真实的反映实际地层中注入固井水泥浆的腐蚀情况和使用寿命，具备很好的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的水泥石养护模具的剖视图；

图2是图1中A-A方向的剖视图；

图3是图2中B-B方向的剖视图；

图4是本发明的动态气体腐蚀实验装置的剖视图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

先结合图4，本发明实施例公开的一种动态气体腐蚀实验装置，包括养护釜1、旋转底座2、加热器3和水泥石养护模具4，其中养护釜1包括釜体11、通气管13和釜盖12；釜盖12盖设在于釜体11的上端，能够和釜体11形成一个封闭的气体腐蚀空间。通气管13的一端穿过釜盖12连通至釜体11的内部，通气管13的另一端用于接通供气设备，用于向釜体11内部输送腐蚀性气体。而水泥石养护模具4则通过旋转底座2可转动设置在釜体11内部，从而通过旋转底座2的转动带动水泥石养护模的转动，实现水泥石表面与腐蚀性气体的相对流动，既能使腐蚀性气体与水泥石充分接触，又能真实模拟水泥石动态腐蚀这一过程。加热器3的加热丝31缠绕釜体11设置，能够加热釜体11从而改变釜体11内部的温度，并且加热器3的温度传感器32穿过釜体11进入釜体内部，能够准确的检测釜体11内的温度。

进一步的，本实施例的旋转底座2包括座体21和旋转轴22，座体21位于釜体11内部，座体21通过旋转轴22转动连接釜体11的底部，旋转轴22垂直穿过釜体11底部后与外部的驱动电机连接，旋转底座2从而在外部驱动电机的带动下转动。而水泥石养护模具4的底板则通过螺栓可拆卸连接于旋转底座2的座体21的上端面，因此水泥石养护模具4也能随着旋转底座2以其平稳的转动。外部电机的传动方式可以采用电机皮带驱动，从而可以对釜内模具进行调速旋转，能更为准确和真实地反应釜内水泥石动态腐蚀情况，当然，根据实际需要也可以选择其他传动方式。

更进一步的，养护釜1还包括辅助盖14，辅助盖14连接于釜盖12的内表面且辅助盖14的侧环面与釜体11的内壁相抵接，通气管13的一端则穿过辅助盖14进入到釜体11内部。与辅助盖14相配合的，釜盖12的内表面具有环绕辅助盖14设置的凸环15，釜体11的上端插设在凸环15和辅助盖14之间，凸环15和釜体11的外壁螺接。也即是说，进行实验时釜体11的上端内外两面同时被釜盖12上的凸环15和辅助盖14封闭，保证了实验过程中的气密性，并且在釜盖12的内表面与釜体11的上端相对应的部位设置有第一O形密封圈16，在辅助盖14的侧环面上设置有第二O形密封圈17，实现了多级密封，最大化提高了釜体11气密性。

更进一步的，釜体11的材料采用耐温耐腐金属，例如釜体11通体采用HastelloyC-276哈氏合金材料，且釜体11的内壁上设置有耐腐蚀层18，该耐腐蚀层18的材质为耐高温树脂或塑料，例如本实施例中采用的聚四氟乙烯。聚四氟乙烯具有耐高温和耐腐蚀性的特点，可以在加热器3的加热作用下保持稳定，也不会被釜体11内的腐蚀性气体腐蚀；同时它的摩擦系数极低，所以可以起到润滑的作用，使旋转底座2在转动过程中更顺滑。

更进一步的，本实施例的养护釜1还包括三通阀19和压力表110，通气管13的另一端连通三通阀19的第一流出口，压力表110连通三通阀19的第二流出口，三通阀19的第一进气口用于通入腐蚀性气体。压力表110可以监测釜体11内的压力，与加热器3配合使用，可以真实反映出温度180℃，压力21MPa，酸性气体环境下水泥石的动态腐蚀状态。

下面结合图1、图2和图3所示，本实施例的水泥石养护模具4包括顶板41、三个分隔板42、底板43、三个连接杆44和十二个养护筒45，其中顶板41、三个分隔板42和底板43从上至下平行且依次间隔设置；也即是说，顶板41、三个分隔板42和底板43之间形成了四层养护层。而十二个养护筒45中，每三个为一组，共分成四组分别布置在四个容纳层中。

具体来说，顶板41和三个分隔板42上均开设有三个灌浆孔46，顶板41、若干分隔板42和底板43上均开设有三个连接孔47，位于同一块板上的三个灌浆孔46环绕水泥石养护模具4的转动中心等角度间隔设置；顶板41、若干分隔板42和底板43上均开设有三个连接孔47，位于同一块板上的三个连接孔47环绕水泥石养护模具4的转动中心等角度间隔设置。而对于不同板上的灌浆孔46和连接孔47的位置关系，具体是顶板41上的灌浆孔46和三个分隔板42上的灌浆孔46从上至下一一对应地同轴设置；顶板41上的连接孔47和若干分隔板42上的连接孔47从上至下一一对应地同轴设置。而每一个灌浆孔46的下方均设置有一个养护筒45，灌浆孔46连通相对应的养护筒45的内部，每一个养护筒45的两端分别与相邻的两个板面抵接；即位于其中一个容纳层中的三个养护筒45的两端分别与对应连接的两个板上的灌浆孔46相互连通，从而将四层养护层中的同轴布置的养护筒45依次贯通，那么在进行水泥浆料浇筑时，从顶板41上的一个灌浆孔46浇筑水泥，水泥会顺着灌浆孔46和养护筒45流到底板43上然后慢慢堆积直至将模具内与该灌浆孔46相连通的所有养护筒45填满。在本实施例中，需要浇灌顶板41上的三个灌浆孔46。三个连接杆44则分别依次穿过三组同轴设置的连接孔47，连接杆44的两端都设置有螺纹，因此连接杆44的一端穿过顶板41的连接孔47以后，通过螺母锁定从而与顶板41相连接，而连接杆44的另一端穿过底板43的连接孔47以后，通过螺母48锁定从而与底板43相连接，连接杆44的两端的螺母48越靠近，连接杆44的锁紧力越强，使得各个板夹紧养护筒45的两端，避免灌浆时漏液，值得注意的是，连接杆44位于养护筒45的外部，本实施例中位于同一块板上的三个灌浆孔46和三个连接孔47依次间隔设置。需要说明的是，分隔板42、养护筒45。连接杆44以及灌浆孔46和连接孔47的数量是可以根据实际需要进行选择的。

更进一步的，顶板41、若干分隔板42和底板43朝向相对应的养护筒45的端面均开设有环形的防漏槽49，养护筒45的两端则设置有防漏凸环410，养护筒45两端的防漏凸环410分别嵌设在相对应的防漏槽49内。防漏凸环410和防漏槽49的截面可以是矩形，也可以是本实施例中采用的半椭圆形。正是由于这一嵌口结构，与不设置防漏槽49和防漏凸环410时养护筒45的端面与板面接触相比，半椭圆形的曲面接触有更大的接触面，在防止水泥浆料漏液的过程中，能够减少所需封涂的油脂量，从而减少对养护水泥石的影响，配合连接杆44的锁紧作用，使得本实施例的水泥石养护模具4具有较好的密封性，确保水泥浆料不会因为倾斜或釜内加压过程中震荡漏失。同时，由于无游离液槽口的设置，进一步保证了养护过程中的基体密封性，能够更为真实准确地模拟地层下水泥石固化成型状态。

更进一步的，水泥石养护模具4还包括中空螺杆412，顶板41上的每一个灌浆孔46的内表面均设置有螺纹，顶板41上的每一个灌浆孔46均螺接有一个中空螺杆412，每一个中空螺杆412中沿轴向开设有积液管道，积液管道与相对应的灌浆孔46相连通；中空螺杆412的中部设置有游离液箱413，游离液箱413与积液管道相连通。通过中空螺杆412能够对养护筒45内进行灌浆，并且还能通过游离液箱413存储一定的水泥浆料对养护箱内的水泥浆料进行保压，保证水泥浆料能够完全充填满各个养护筒45。

值得注意的是，本实施例的养护筒45采用圆柱筒，能够养护形成圆柱状水泥石样块，便于进行三轴应力测试及渗透率评测。

也即是说，本实施例的水泥石养护模具4的具体灌浆养护过程为：在配制水泥浆进行灌模前，先将连接杆44装于底板43上，并拧紧连接杆44下端的螺母48，在养护筒45的内壁、顶板41、底板43以及各个垫板防漏槽49内均匀涂抹少量油脂，随后固定养护筒45，灌浆至养护筒45的内部顶口处(勿漫浆)，盖上分隔板42，重复该操作，继续逐层累加至顶板41处，由于灌浆口使各个养护筒45相连通，之前未灌满的养护筒45逐渐灌满，封至顶板41时，拧上带游离液箱413的中空螺杆412，向游离液箱413内继续灌以一定量水泥，继而拧紧连接杆44上端的螺母48，将顶板41、底板43以及各个垫板压紧固定。而在脱模环节中，待水泥石养护成型后，松开连接杆44两端的螺母48，于各个板之间取出养护筒45，敲除灌浆孔46中阻塞的固化水泥石，随后将养护筒45内的水泥石顶出即可。

本实施例的水泥石养护模具4能取得的效果为：在水泥石养护成型阶段，该模具具有体积小，无需钻取岩心，稳定性高，同一釜体11可以根据需要容纳多组样本的优势；并且该模具具有多根连接杆44加固，更为稳定，有效避免侧滑漏浆的发生。即使模具倾斜，模具所养护的水泥石也不会出现顶面倾斜固化或漏失风险。同时，该模具每层底板43无需设置游离液槽，而是采用顶部贯通式灌浆模式，在顶部预留游离液舱的方式进行养护，确保了每层模具所获得的样本均是规整的同时最大化节省了配浆原料，釜体11可养护更多实验样本，大大缩短了测试周期，有效降低了成本；在养护筒45与各个板的连接上，嵌口结构能最小化油封过程中多余油脂对水泥石所带来的影响，只需轻微抹上一点，不容易造成溢出油脂侵占水泥石空间。最大化节省了配浆原料，釜体11可养护更多实验样本，大大缩短了测试周期，有效降低了成本。

更进一步的，本实施例的水泥石养护模具4还包括若干嵌顶411，若干嵌顶411分别可操作性地插设在若干灌浆孔46内。嵌顶411用于动态气体腐蚀阶段，即水泥石养护成型且敲除灌浆孔46中阻塞的固化水泥石之后，将嵌顶411设置在灌浆孔46中，嵌顶411的两端分别突出于灌浆孔46，而成型的水泥石的两端则分别抵接上下相邻的两个嵌顶411，从而使水泥石的上下两个表面与各个板分离，那么在动态气体腐蚀试验过程中，水泥石的上下两个表面也能够与腐蚀性气体接触，能够实现最大化溶液接触面，避免了局部腐蚀情况的发生，使试验结果更准确。

本实施例提供的一种水泥石养护模具4及动态气体腐蚀实验装置，由于顶板41、若干分隔板42和底板43两两之间均夹设有一个养护筒45，并且养护筒45的两端与对应的两个板相抵接，而对应的两个板上的灌浆孔46与养护筒45相连通，那么在进行水泥石养护时，从顶板41上的灌浆孔46浇筑水泥，水泥会顺着灌浆孔46和养护筒45流到底板43上然后慢慢堆积直至将整个模具内的所有养护筒45填满，然后就可以通过连接杆44将各个板压紧锁死从而保证水泥成型的密封性，而水泥养护成型后，拆下连接杆44，依次敲除顶板41和各个分隔板42，则可以得到结构完整的水泥石，并且通过结构完整的水泥石在动态气体腐蚀实验装置中进行试验，能够更真实的反映实际地层中注入固井水泥浆的腐蚀情况和使用寿命，具备很好的实用性。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种水泥石养护模具，其特征在于，包括顶板、若干分隔板、底板、连接杆和养护筒，其中：

所述顶板、若干所述分隔板和所述底板从上至下平行且依次间隔设置，所述顶板和若干所述分隔板上均开设有若干灌浆孔，所述顶板上的灌浆孔和若干所述分隔板上的灌浆孔从上至下一一对应地同轴设置；所述顶板、若干所述分隔板和所述底板上均开设有若干连接孔，所述顶板上的连接孔和若干所述分隔板上的连接孔从上至下一一对应地同轴设置；

每一个所述灌浆孔的下方均设置有一个所述养护筒，所述灌浆孔连通相对应的所述养护筒的内部，每一个所述养护筒的两端分别与相邻的两个板面抵接；

所述连接杆依次穿过同轴设置的所述连接孔，所述连接杆的一端与所述顶板连接，所述连接杆的另一端与所述底板连接，所述连接杆位于所述养护筒的外部；

所述水泥石养护模具还包括中空螺杆，所述顶板上的每一个灌浆孔的内表面均设置有螺纹，所述顶板上的每一个灌浆孔均螺接有一个所述中空螺杆，每一个所述中空螺杆中沿轴向开设有积液管道，所述积液管道与相对应的所述灌浆孔相连通；所述中空螺杆的中部设置有游离液箱，所述游离液箱与所述积液管道相连通。

2.根据权利要求1所述的水泥石养护模具，其特征在于，所述顶板、若干所述分隔板和所述底板朝向相对应的所述养护筒的端面均开设有环形的防漏槽，所述养护筒的两端分别嵌设在相对应的所述防漏槽内。

3.根据权利要求1所述的水泥石养护模具，其特征在于，还包括若干嵌顶，若干所述嵌顶分别可操作性地插设在若干所述灌浆孔内，其中，嵌顶的两端分别突出于灌浆孔，成型的水泥石的两端分别抵接上下相邻的两个嵌顶，使水泥石的上下两个表面与各个板分离。

4.根据权利要求1所述的水泥石养护模具，其特征在于，所述顶板和若干所述分隔板上均开设有三个所述灌浆孔，位于同一块板上的三个所述灌浆孔环绕所述水泥石养护模具的转动中心等角度间隔设置；所述顶板、若干所述分隔板和所述底板上均开设有三个所述连接孔，位于同一块板上的三个所述连接孔环绕所述水泥石养护模具的转动中心等角度间隔设置；且位于同一块板上的三个所述灌浆孔和三个所述连接孔依次间隔设置。

5.一种动态气体腐蚀实验装置，其特征在于，包括养护釜、旋转底座、加热器和如权利要求1~4任一项所述的水泥石养护模具，其中：

所述养护釜包括釜体、通气管和釜盖，所述釜盖盖设在于所述釜体的上端，所述通气管的一端穿过所述釜盖连通至所述釜体的内部；

所述旋转底座包括座体和旋转轴，所述座体位于所述釜体内部，所述座体通过所述旋转轴转动连接所述釜体的底部；

所述加热器的加热丝缠绕所述釜体设置；

所述水泥石养护模具的底板可拆卸连接于所述座体的上端面。

6.根据权利要求5所述的动态气体腐蚀实验装置，其特征在于，所述养护釜还包括辅助盖，所述辅助盖连接于所述釜盖的内表面且所述辅助盖的侧环面与所述釜体的内壁相抵接，所述通气管的一端穿过所述辅助盖。

7.根据权利要求6所述的动态气体腐蚀实验装置，其特征在于，所述釜盖的内表面具有环绕所述辅助盖设置的凸环，所述釜体的上端插设在所述凸环和所述辅助盖之间，所述凸环和所述釜体的外壁螺接。

8.根据权利要求5所述的动态气体腐蚀实验装置，其特征在于，所述釜体的内壁上设置有耐腐蚀层，且所述釜体的材料均采用耐温耐腐金属。

9.根据权利要求5所述的动态气体腐蚀实验装置，其特征在于，所述养护釜还包括三通阀和压力表，所述通气管的另一端连通所述三通阀的第一流出口，所述压力表连通所述三通阀的第二流出口，所述三通阀的第一进气口用于通入腐蚀性气体。