CN114279936A - 一种油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置及方法，该装置包含：密封浆杯、上端压力控制系统、下端微流量控制系统、温控系统、环空注排系统和计算机控制采集系统。其中，密封浆杯用于内盛装待测水泥浆；上端压力控制系统用于在待测水泥浆上端施加压力；下端微流量控制系统用于控制测试介质在待测水泥浆内部微渗流；温控系统用于对待测水泥浆加热测温；环空注排系统用于为密封浆杯内注排加热介质。本发明以微渗流方式监测水泥浆凝固过程中渗透率发展的过程，测试介质以微弱的流量渗过水泥浆，不影响水泥浆水化胶凝结构形成；测试介质使用配浆水，不影响水泥浆水化，能够模拟水泥浆在温度、压力下井筒中水化凝固。

Description

一种油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种动态渗透率测试装置，具体涉及一种油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置及方法。

背景技术

在固井施工过程中，水泥浆填充在套管与地层岩石之间的环形空间之中，凝固之后形成水泥环，主要作用是层间封隔，保护套管，延长井筒的使用寿命。水泥浆在注入环空后，经历从液态、液塑态到固态的水化凝结过程，在此期间水泥浆必须压稳地层防止地层气体及液体窜入，由于水泥浆存在“失重”，要求水泥浆的胶凝结构发展迅速，在浆柱压力降低的同时，水泥浆能快速形成结构降低渗透性，防止流体的窜入破坏水泥环，特别是气体的侵入。如果能测试水泥浆在凝固过程中渗透率的变化，将能有效预测气窜的风险，指导水泥浆防气窜材料的设计、防气窜水泥浆体系的调配以及防气窜固井工艺的优化，这对固井防气窜有重要的意义。

目前，已有部分专利探讨了固井后油井水泥渗透率的测试，例如，中国专利CN103512839A，公开了一种胶凝态水泥浆渗透率的测试方法，基于静胶凝强度、浆体滤失性能与渗透率之间的关系测定水泥浆的渗透率，该方法是一种间接测渗透率的方法，测试的是水泥浆液塑态某一段时间内的渗透率，但目前对于液态水泥浆的渗透率是否存在还具有争议。又如，中国专利CN209858395U(一种快速便捷的固井水泥石渗透率测试装置)、中国专利CN110954463A(CO₂腐蚀后垂直腐蚀方向水泥石等效渗透率评价方法)、中国专利CN210803222U(一种水泥石渗透率物理检测装置)，以上几种装置原理与岩心渗透率测定原理相同，测试的仅是水泥凝固后的渗透率。因此，急需一种水泥渗透率动态测试装置，能够测定一定温度、压力条件下，测试水泥浆凝固过程中的渗透率变化，同时在测试过程中测试介质不能影响水泥浆水化及内部结构的形成。

发明内容

本发明的目的是提供一种油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置及方法，解决了油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试的问题，能够模拟水泥浆在温度、压力下井筒中的凝固过程，有效地测试水泥浆凝固过程中渗透率的变化。

为了达到上述目的，本发明提供了一种油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置，该装置包含：密封浆杯，其包含两端均密封的内筒和外筒，且内筒和外筒均具有圆柱形空腔，外筒的内径大于内筒的内径，且内筒置于外筒内，内筒和外筒的中轴线处于同一位置处，内筒的外壁和外筒的内壁之间形成环形空间，内筒的空腔用于盛装待测水泥浆；上端压力控制系统，其与所述密封浆杯的上端连接，用于在待测水泥浆上端施加压力，其包含：上端压力施加接口、上端压力控制装置、传压介质供给容器和上端压力传感器，其中，所述上端压力施加接口的端部与内筒的上端相连通；所述传压介质供给容器内盛装有传压介质，传压介质供给容器和上端压力施加接口之间通过第一液压管线连通，且上端压力控制装置设置在第一液压管线上，所述上端压力控制装置用于控制并稳定待测水泥浆上端面压力；所述上端压力控制装置和上端压力施加接口之间的管线上设置有第七阀门，所述传压介质供给容器和上端压力控制装置之间的管线上设置有第八阀门；所述上端压力传感器的信号采集端与上端压力控制装置连接，信号输出端与计算机控制采集系统连接；下端微流量控制系统，其与所述密封浆杯的下端连接，用于控制测试介质在待测水泥浆内部微渗流，其包含：下端微流量控制接口、下端压力传感器和下端微流量控制容器，其中，所述下端微流量控制接口的端部与内筒的下端相连通；所述下端微流量控制容器和下端微流量控制接口之间通过第二液压管线连通，该第二液压管线上设置有第六阀门，且所述下端微流量控制容器通过渗漏管线与外界空气连接；所述下端压力传感器的信号采集端与下端微流量控制容器连接，其信号输出端与计算机控制采集系统连接；所述下端微流量控制容器内沿其周向间隔设置有若干平行的滤芯，且若干滤芯的渗透率依次降低；温控系统，其用于对待测水泥浆加热测温，其包含：加热套、外耦温度传感器、内耦温度传感器、温度控制装置和加热介质，其中，所述加热套套置在外筒的外壁上；所述外耦温度传感器设置在加热套上；所述内耦温度传感器插置在待测水泥浆内；所述加热介质处于内筒的外壁和外筒的内壁之间形成环形空间内，加热介质分为升温介质和稳温介质，升温介质为升温阶段注入环形空间的介质流体，稳温介质为升温稳定后注入环形空间的介质，且所述升温介质的导热系数大于稳温介质的导热系数；所述内耦温度传感器、外耦温度传感器的信号输出端以及加热套均与温度控制装置连接，温度控制装置的信号输出端与计算机控制采集系统连接；环空注排系统，其与密封浆杯连接，用于为密封浆杯内注排加热介质，其包含：环空上端接口、环空下端接口、惰性气体瓶、升温介质供给容器和稳温介质供给容器，其中，所述环空上端接口设置在外筒的上端，与所述环形空间连通，并通过第一气体传输管线与惰性气体瓶连接；所述环空下端接口设置在外筒的下端，与所述环形空间连通，并通过第二气体传输管线后分流连接至升温介质供给容器和稳温介质供给容器，所述升温介质供给容器和稳温介质供给容器为并联关系，所述升温介质供给容器用于盛装升温介质，所述稳温介质供给容器用于盛装稳温介质，所述升温介质供给容器和稳温介质供给容器与第一气体传输管线汇流连接至惰性气体瓶；且，所述第二气体传输管线分流至升温介质供给容器的管线上设置有第三阀门，所述第二气体传输管线分流至稳温介质供给容器的管线上设置有第四阀门；所述升温介质供给容器与汇流点之间的管线上设置有第一阀门，所述稳温介质供给容器与汇流点之间的管线上设置有第二阀门，所述在环空上端接口与汇流点之间的第一气体传输管线上依次设置有第二三通阀和第五阀门，该第二三通阀的一个端口与大气连通；以及计算机控制采集系统，其与所述上端压力传感器的信号输出端、所述下端压力传感器的信号输出端和所述温度控制装置的信号输出端连接。

优选地，所述下端微流量控制容器在5～10MPa压力下的流量为0.01～0.005cm³/s。下端微流量控制容器内设置的若干平行的滤芯，沿下端微流量控制容器的轴向设置，渗透率逐级降低减压控流，满足流动不影响水泥浆的水化及结构的形成。

优选地，所述升温介质的导热系数为0.55～0.65W/m·K，所述稳温介质的导热系数为0.015～0.025W/m·K。

优选地，所述内筒和外筒的高度相一致，内筒和外筒的上端和下端分别通过顶盖和底座密封，顶盖和底座通过密封胶圈设置在与内筒和外筒接触的部位，并可拆卸地将顶盖和底座固定在内筒和外筒的两端。

优选地，所述上端压力施加接口通过螺纹连接在顶盖上，且端部与内筒的上端相连通；所述下端微流量控制接口通过螺纹连接在底座上，且端部与内筒的下端相连通。

优选地，所述环空上端接口螺纹连接在顶盖上，与所述环形空间连通；所述环空下端接口通过螺纹连接在底座上，与所述环形空间连通。

优选地，所述上端压力施加接口、下端微流量控制接口内部均含有滤芯。

优选地，所述传压介质供给容器内盛装的传压介质选用配浆水。

优选地，所述内耦温度传感器的表面涂有耐高温润滑油。

优选地，所述第二气体传输管线通过第一三通阀分流连接至升温介质供给容器和稳温介质供给容器；所述升温介质供给容器和稳温介质供给容器与第一气体传输管线通过四通阀汇流连接至惰性气体瓶。

本发明的另一目的是提供一种油井水泥凝固过程中渗透率动态测试方法，该方法包含：将待测水泥浆盛装于密封浆杯的内筒，将内筒置于外筒内，内筒和外筒的中轴线处于同一位置处，内筒的外壁和外筒的内壁之间形成环形空间，将内筒和外筒的上下两端密封；使外筒与内筒之间形成的环形空间内注满升温介质，从待测水泥浆上端注入传压介质，施加压力，直至升至目标压力，并实时监测上端压力，并使待测水泥浆下端以恒定微流速将传压介质流出，实时监测下端压力，同时对密封浆杯加热，监测外筒和待测水泥浆内的温度；待所述待测水泥浆升至预设温度后，将升温介质从环形空间排出，向环形空间内注满稳温介质；根据测试温度下，待测水泥浆在水化过程中压力的变化，辅助渗透率的测试，待测水泥浆在凝固过程中某一时刻的渗透率为：

式中，k为某一时刻待测水泥浆的渗透率；a为下端微流量控制容器控制的配浆水流出容器的恒定微流速；μ为测试温度下通过待测水泥浆的配浆水粘度；C_w为配浆水压缩系数；h₁为待测水泥浆的高度；A为垂直于流体流动方向待测水泥浆的横截面积；V_下为下端微流量控制接口至下端微流量控制容器之间的体积；p_{下端压力变化前}为某一时刻前的下端压力；p_{下端压力变化后}为某一时刻后的下端压力；p_上端压力为某一时刻的上端压力。

优选地，该方法采用所述的油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置测试，其包含：将待测水泥浆盛装于密封浆杯的内筒，将内筒置于外筒内，内筒和外筒的中轴线处于同一位置处，内筒的外壁和外筒的内壁之间形成环形空间，将内筒和外筒的上下两端密封；使惰性气体瓶、第一阀门、第三阀门和环空下端接口之间连通，使惰性气体瓶中的气体将升温介质供给容器中的升温介质从环空下端接口向外筒与内筒之间形成的环形空间内注满，并将环形空间内的气体从环空上端接口经第一气体传输管线和第二三通阀后排出至外界空气，然后关闭第一阀门和第二三通阀；启动上端压力控制装置，设置目标压力，通过上端压力施加接口向待测水泥浆上端注入传压介质，施加压力，直到升至目标压力；并且，启动下端压力传感器，利用下端微流量控制容器，控制配浆水以恒定微流速流出容器；同时，打开温度控制装置，预设加热温度和加热速率，打开计算机控制采集系统开始记录待测水泥浆温度以及上下端压力变化；待所述待测水泥浆温度升至预设加热温度后，使惰性气体瓶、第五阀门、第二三通阀和环空上端接口连通，通过氮气源将环空升温介质压入升温介质供给容器，然后关闭第五阀门和第三阀门；使惰性气体瓶、第二阀门、第四阀门和环空下端接口之间连通，使惰性气体瓶中的气体将稳温介质供给容器中的稳温介质从环空下端接口向外筒与内筒之间形成的环形空间内注满，并将环形空间内的气体从环空上端接口经第一气体传输管线和第二三通阀后排出至外界空气，然后关闭第二阀门和第二三通阀。

优选地，待测试结束后，关闭温度控制装置，等到密封浆杯降至常温以后，使用上端压力控制装置卸掉待测水泥浆上端压力，然后关闭上端压力控制装置；使惰性气体瓶、第五阀门、第二三通阀和环空上端接口连通，将环空稳温介质压入稳温介质供给容器，关闭惰性气体瓶和第四阀门，打开第二三通阀，卸掉管线中的压力。

本发明的油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置及方法，解决了油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试的问题，具有以下优点：

(1)本发明的油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置，通过密封浆杯、上端压力控制系统、下端微流量控制系统、温控系统和环空注排系统的设计，能够模拟水泥浆在温度、压力下井筒中的凝固过程，通过以微渗流方式监测其凝固过程中渗透率的发展过程，不会影响水泥浆内部结构的形成，有效地测试水泥浆凝固过程中渗透率的变化，可以指导水泥浆防气窜材料的设计、防气窜水泥浆体系的调配以及防气窜固井工艺的优化，有效的预了气窜风险；

(2)本发明的油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置，以水泥浆为待测目标，同时测试介质使用配浆水，不影响水泥浆的水化；

(3)本发明的油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置，利用温度传感器测试水泥浆的水化过程温度变化，监测水化放热过程，辅助渗透的测试及解释。

附图说明

图1为本发明的油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置的结构示意图。

图2为本发明实施例1在常温情况下水泥浆凝固过程中渗透率动态测试结果示意图。

图3为本发明实施例1在60℃情况下水泥浆凝固过程中渗透率动态测试结果示意图。

具体实施方式

下面将对本发明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。

实施例1

一种油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置，该装置包含：密封浆杯、上端压力控制系统、下端微流量控制系统、温控系统、环空注排系统和计算机控制采集系统。其中，密封浆杯用于内盛装待测水泥浆6；上端压力控制系统与密封浆杯的上端连接，用于在待测水泥浆6上端施加压力；下端微流量控制系统与密封浆杯的下端连接，用于控制测试介质在待测水泥浆6内部微渗流；温控系统用于对待测水泥浆6加热测温；环空注排系统与密封浆杯连接，用于为密封浆杯内注排加热介质；且上端压力控制系统、下端微流量控制系统、温控系统均与计算机控制采集系统20连接。

上述密封浆杯包含：内筒5和外筒4，其中，内筒5和外筒4均具有圆柱形空腔，外筒4的内径大于内筒5的内径，外筒4和内筒5的高度相一致，内筒5置于外筒4内，内筒5和外筒4的中轴线处于同一位置处，内筒5和外筒4的上端和下端均密封，内筒5的外壁和外筒4的内壁之间形成环形空间，该环形空间内通过环空注排系统注入加热介质。具体地，内筒5和外筒4的上端和下端分别通过顶盖1和底座2密封，顶盖1和底座2通过密封胶圈设置在与内筒5和外筒4接触的部位，并通过螺钉可拆卸地将顶盖1和底座2固定在内筒5和外筒4的两端。

上述上端压力控制系统包含：上端压力施加接口7、上端压力控制装置17、传压介质供给容器18和上端压力传感器21。其中，上端压力施加接口7内部含有滤芯，可以防止水泥浆进入第一液压管线，其通过螺纹连接在顶盖1上，且端部与内筒5的上端相连通。传压介质供给容器18内装有配浆水，水泥浆为水泥灰和配浆水混合均匀配制而成，传压介质使用配浆水，将不会影响测试过程中水泥浆的水化。上端压力施加接口7和传压介质供给容器18之间通过第一液压管线连通，且上端压力控制装置17设置在第一液压管线上，该压力控制装置17可以控制并稳定待测水泥浆6上端面压力，上端压力传感器21的信号采集端与上端压力控制装置17连接，信号输出端与计算机控制采集系统20连接。而且，在上端压力控制装置17和上端压力施加接口7之间的管线上设置有第七阀门30，在传压介质供给容器18和上端压力控制装置17之间的管线上设置有第八阀门31。上端压力控制装置17选用液体流量泵，第七阀门30所控制的管线为泵的排液管线，即施压管线；第八阀门31所控制的管线则是为泵提供液体的管线，即供液管线。

上述下端微流量控制系统包含：下端微流量控制接口12、下端压力传感器22和下端微流量控制容器19。其中，下端微流量控制接口12内部含有滤芯，可以防止水泥浆进入第二液压管线，其通过螺纹连接在底座2上，且端部与内筒5的下端相连通。下端微流量控制容器19，须满足流动不影响水泥浆的水化及结构的形成，通过管内充填、压制金属粉末形成渗透率固定的减压滤芯，多级滤芯沿下端微流量控制容器19的轴向间隔平行设置，渗透率逐级降低减压控流，在一定压力范围下(5～10MPa)将流量控制为0.01～0.005cm³/s微流量渗滤，其通过渗漏管线与外界空气连接。下端微流量控制容器19和下端微流量控制接口12之间通过第二液压管线连通。下端压力传感器22的信号采集端与下端微流量控制容器19连接，其信号输出端与计算机控制采集系统20连接。在下端微流量控制接口12和下端微流量控制容器19之间的第二液压管线上设置有第六阀门29。

上述温控系统包含：加热套3、外耦温度传感器10、内耦温度传感器8、温度控制装置16和加热介质。其中，加热套3套置在外筒4的外壁上，用于对外筒4进行加热。外耦温度传感器10设置在加热套3上，用于测量加热套的温度。内耦温度传感器8插置在待测水泥浆6内，用于测量待测水泥浆的温度，内耦温度传感器8与水泥浆6直接接触，为了拆卸方便，可在其表面涂一层耐高温润滑油。加热介质处于内筒5的外壁和外筒4的内壁之间形成环形空间内，加热介质分为升温介质和稳温介质，升温介质为升温阶段注入环形空间的介质流体，稳温介质为升温稳定后注入环形空间的介质，升温介质能够加速待测水泥浆的升温过程，稳温介质能够维持待测水泥浆温度的稳定，二者导热能力不同，升温介质导热能力较强，可以快速加温，稳温介质导热能力弱，可以保持温度稳定，减少波动，具体地，升温介质的导热系数在0.6W/m·K左右，稳温介质的导热系数在0.02W/m·K左右。内耦温度传感器8、外耦温度传感器10的信号输出端以及加热套3均与温度控制装置16连接，温度控制装置16的信号输出端与计算机控制采集系统20连接，温度控制装置16选用温控仪。

上述环空注排系统包含：环空上端接口9、环空下端接口11、惰性气体瓶13、升温介质供给容器14和稳温介质供给容器15。其中，环空上端接口9螺纹连接在顶盖1上，与内筒5和形成的环形空间连通，并通过第一气体传输管线与惰性气体瓶13(具体地可以采用氮气瓶)连接。环空下端接口11通过螺纹连接在底座2上，与内筒5和形成的环形空间连通，并通过第二气体传输管线后分流连接至升温介质供给容器14和稳温介质供给容器15，升温介质供给容器14和稳温介质供给容器15为并联关系，升温介质供给容器14用于盛装升温介质，稳温介质供给容器15用于盛装稳温介质，升温介质供给容器14和稳温介质供给容器15与第一气体传输管线汇流连接至惰性气体瓶13。具体地，第二气体传输管线通过第一三通阀32分流连接至升温介质供给容器14和稳温介质供给容器15。在第一三通阀32与升温介质供给容器14之间的管线上设置有第三阀门26，在第一三通阀32与稳温介质供给容器15之间的管线上设置有第四阀门27。升温介质供给容器14和稳温介质供给容器15与第一气体传输管线通过四通阀23汇流连接至惰性气体瓶13，在四通阀23与升温介质供给容器14之间的管线上设置有第一阀门24，在四通阀23与稳温介质供给容器15之间的管线上设置有第二阀门25。在环空上端接口9和四通阀23之间的第一气体传输管线上依次设置有第二三通阀33和第五阀门28，第二三通阀33的端口与外界空气连通。

一种油井水泥凝固过程中渗透率动态测试方法，通过上述油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置测试水泥浆凝固过程渗透率变化，测试时将待测水泥浆6盛装于密封浆杯的内筒5，将密封浆杯密封好，将内耦温度传感器8插入待测水泥浆6内，进行测试，具体包含：

确保所有阀门均关闭，打开惰性气体瓶13、四通阀23、第一阀门24、第三阀门26、第一三通阀32、第二三通阀33，使四通阀23和第一阀门24之间连通，第三阀门26和第一三通阀32之间连通，使惰性气体瓶13中的气体将升温介质供给容器14内的升温介质从环空下端接口11向外筒4与内筒5之间形成的环形空间内注满，然后关闭第一阀门24和第二三通阀33；

接着，打开第七阀门30和第八阀门31，启动上端压力控制装置17，设置好目标压力，利用上端压力控制装置17，通过上端压力施加接口7向待测水泥浆6上端连续均匀打压，直到升至目标压力(压力在5～10MPa范围内)；

然后，打开第六阀门29，启动下端压力传感器22，利用下端微流量控制容器19，控制配浆水以恒定微流速0.01～0.005cm³/s流出容器；打开温度控制装置16，预设加热温度和加热速率，打开计算机控制采集系统20开始记录水泥浆温度以及上下端压力，待水泥浆温度升至预设加热温度后，打开第五阀门28，使第五阀门28、第二三通阀33和环空上端接口9连通，通过氮气源将环形空间内的升温介质压入升温介质供给容器14，然后关闭第五阀门28和第三阀门26，打开第二阀门25、四通阀23、第四阀门27、第一三通阀32和第二三通阀33，使第二阀门25和四通阀23连通，第四阀门27和第一三通阀32连通，使惰性气体瓶13中的气体将稳温介质供给容器15中的稳温介质从环空下端接口11向外筒4与内筒5之间形成的环形空间内注满，然后关闭第二阀门25和第二三通阀33；

在实验结束后，计算机控制采集系统20保存好实验数据，关闭温度控制装置16，等到实验装置降至常温以后，使用上端压力控制装置17卸掉待测水泥浆6上端压力，然后关闭上端压力控制装置17、第七阀门30、第八阀门31；打开第五阀门28，将环空稳温介质压入稳温介质供给容器15，关闭惰性气体瓶13、第四阀门27，打开第二三通阀33，卸掉管线中的压力，关闭所有阀门，拆除各个装置及监测系统的管线，卸下顶盖1与底座2，取出待测水泥浆6。

油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试，某一时刻待测水泥浆的渗透率计算方法，为：

式中，k为某一时刻待测水泥浆的渗透率；a为下端微流量控制容器控制的配浆水流出容器的恒定微流速；μ为测试温度下通过待测水泥浆的配浆水粘度；C_w为配浆水压缩系数；h₁为待测水泥浆的高度；A为垂直于流体流动方向待测水泥浆的横截面积；V_下为下端微流量控制接口至下端微流量控制容器之间的体积(待测水泥浆底端液压管线及下端微流量控制容器的体积)；p_{下端压力变化前}为某一时刻前的下端压力；p_{下端压力变化后}为某一时刻后的下端压力；p_上端压力为某一时刻的上端压力。

式中，d为待测水泥浆直径。

本发明的方法以微渗流方式监测水泥浆凝固过程中渗透率的发展过程，还原水泥浆在实际井况下的凝固过程，测试介质以微弱的流量渗过水泥浆，实时测试其在凝固过程中的渗透率，测试介质使用配浆水，不影响水泥浆的水化，测试介质以微弱的流量渗过水泥浆，不影响水泥浆水化胶凝结构的形成，利用温度传感器测试水泥浆的温度，辅助监测水化放热过程，为渗透率变化过程的认识提供参考依据。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置，其特征在于，该装置包含：

密封浆杯，其包含两端均密封的内筒(5)和外筒(4)，且内筒(5)和外筒(4)均具有圆柱形空腔，外筒(4)的内径大于内筒(5)的内径，且内筒(5)置于外筒(4)内，内筒(5)和外筒(4)的中轴线处于同一位置处，内筒(5)的外壁和外筒(4)的内壁之间形成环形空间，内筒(5)的空腔用于盛装待测水泥浆(6)；

上端压力控制系统，其与所述密封浆杯的上端连接，用于在待测水泥浆(6)上端施加压力，其包含：上端压力施加接口(7)、上端压力控制装置(17)、传压介质供给容器(18)和上端压力传感器(21)，其中，所述上端压力施加接口(7)的端部与内筒(5)的上端相连通；所述传压介质供给容器(18)内盛装有传压介质，传压介质供给容器(18)和上端压力施加接口(7)之间通过第一液压管线连通，且上端压力控制装置(17)设置在第一液压管线上，所述上端压力控制装置(17)用于控制并稳定待测水泥浆(6)上端面压力；所述上端压力控制装置(17)和上端压力施加接口(7)之间的管线上设置有第七阀门(30)，所述传压介质供给容器(18)和上端压力控制装置(17)之间的管线上设置有第八阀门(31)；所述上端压力传感器(21)的信号采集端与上端压力控制装置(17)连接，信号输出端与计算机控制采集系统(20)连接；

下端微流量控制系统，其与所述密封浆杯的下端连接，用于控制测试介质在待测水泥浆(6)内部微渗流，其包含：下端微流量控制接口(12)、下端压力传感器(22)和下端微流量控制容器(19)，其中，所述下端微流量控制接口(12)的端部与内筒(5)的下端相连通；所述下端微流量控制容器(19)和下端微流量控制接口(12)之间通过第二液压管线连通，该第二液压管线上设置有第六阀门(29)，且所述下端微流量控制容器(19)通过渗漏管线与外界空气连接；所述下端微流量控制容器(19)内沿其周向间隔设置有若干平行的滤芯，且若干滤芯的渗透率依次降低；所述下端压力传感器(22)的信号采集端与下端微流量控制容器(19)连接，其信号输出端与计算机控制采集系统(20)连接；

温控系统，其用于对待测水泥浆(6)加热测温，其包含：加热套(3)、外耦温度传感器(10)、内耦温度传感器(8)、温度控制装置(16)和加热介质，其中，所述加热套(3)套置在外筒(4)的外壁上；所述外耦温度传感器(10)设置在加热套(3)上；所述内耦温度传感器(8)插置在待测水泥浆(6)内；所述加热介质处于内筒(5)的外壁和外筒(4)的内壁之间形成环形空间内，加热介质分为升温介质和稳温介质，升温介质为升温阶段注入环形空间的介质流体，稳温介质为升温稳定后注入环形空间的介质，且所述升温介质的导热系数大于稳温介质的导热系数；所述内耦温度传感器(8)、外耦温度传感器(10)的信号输出端以及加热套(3)均与温度控制装置(16)连接，温度控制装置(16)的信号输出端与计算机控制采集系统(20)连接；

环空注排系统，其与密封浆杯连接，用于为密封浆杯内注排加热介质，其包含：环空上端接口(9)、环空下端接口(11)、惰性气体瓶(13)、升温介质供给容器(14)和稳温介质供给容器(15)，其中，所述环空上端接口(9)设置在外筒(4)的上端，与所述环形空间连通，并通过第一气体传输管线与惰性气体瓶(13)连接；所述环空下端接口(11)设置在外筒(4)的下端，与所述环形空间连通，并通过第二气体传输管线后分流连接至升温介质供给容器(14)和稳温介质供给容器(15)，所述升温介质供给容器(14)和稳温介质供给容器(15)为并联关系，所述升温介质供给容器(14)用于盛装升温介质，所述稳温介质供给容器(15)用于盛装稳温介质，所述升温介质供给容器(14)和稳温介质供给容器(15)与第一气体传输管线汇流连接至惰性气体瓶(13)；且，所述第二气体传输管线分流至升温介质供给容器(14)的管线上设置有第三阀门(26)，所述第二气体传输管线分流至稳温介质供给容器(15)的管线上设置有第四阀门(27)；所述升温介质供给容器(14)与汇流点之间的管线上设置有第一阀门(24)，所述稳温介质供给容器(15)与汇流点之间的管线上设置有第二阀门(25)，所述在环空上端接口(9)与汇流点之间的第一气体传输管线上依次设置有第二三通阀(33)和第五阀门(28)，该第二三通阀(33)的一个端口与大气连通；以及

计算机控制采集系统，其与所述上端压力传感器(21)的信号输出端、所述下端压力传感器(22)的信号输出端和所述温度控制装置(16)的信号输出端连接。

2.根据权利要求1所述的油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置，其特征在于，所述内筒(5)和外筒(4)的高度相一致，内筒(5)和外筒(4)的上端和下端分别通过顶盖(1)和底座(2)密封，顶盖(1)和底座(2)通过密封胶圈设置在与内筒(5)和外筒(4)接触的部位，并可拆卸地将顶盖(1)和底座(2)固定在内筒(5)和外筒(4)的两端。

3.根据权利要求2所述的油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置，其特征在于，所述上端压力施加接口(7)通过螺纹连接在顶盖(1)上，且端部与内筒(5)的上端相连通；所述下端微流量控制接口(12)通过螺纹连接在底座(2)上，且端部与内筒(5)的下端相连通。

4.根据权利要求2所述的油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置，其特征在于，所述环空上端接口(9)螺纹连接在顶盖(1)上，与所述环形空间连通；所述环空下端接口(11)通过螺纹连接在底座(2)上，与所述环形空间连通。

5.根据权利要求1所述的油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置，其特征在于，所述上端压力施加接口(7)、下端微流量控制接口(12)内部均含有滤芯。

6.根据权利要求1所述的油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置，其特征在于，所述传压介质供给容器(18)内盛装的传压介质选用配浆水。

7.根据权利要求1所述的油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置，其特征在于，所述内耦温度传感器(8)的表面涂有耐高温润滑油。

8.根据权利要求1所述的油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置，其特征在于，所述第二气体传输管线通过第一三通阀(32)分流连接至升温介质供给容器(14)和稳温介质供给容器(15)；所述升温介质供给容器(14)和稳温介质供给容器(15)与第一气体传输管线通过四通阀(23)汇流连接至惰性气体瓶(13)。

9.一种油井水泥凝固过程中渗透率动态测试方法，其特征在于，该方法包含：

将待测水泥浆(6)盛装于密封浆杯的内筒(5)，将内筒(5)置于外筒(4)内，内筒(5)和外筒(4)的中轴线处于同一位置处，内筒(5)的外壁和外筒(4)的内壁之间形成环形空间，将内筒(5)和外筒(4)的上下两端密封；

使外筒(4)与内筒(5)之间形成的环形空间内注满升温介质，从待测水泥浆(6)上端注入传压介质，施加压力，直至升至目标压力，并实时监测上端压力，并使待测水泥浆(6)下端以恒定微流速将传压介质流出，实时监测下端压力，同时对密封浆杯加热，监测外筒(4)和待测水泥浆(6)内的温度；

待所述待测水泥浆(6)升至预设温度后，将升温介质从环形空间排出，向环形空间内注满稳温介质；

根据测试温度下，待测水泥浆(6)在水化过程中压力的变化，辅助渗透率的测试，待测水泥浆(6)在凝固过程中某一时刻的渗透率为：

式中，k为某一时刻待测水泥浆的渗透率；a为下端微流量控制容器控制的配浆水流出容器的恒定微流速；μ为测试温度下通过待测水泥浆的配浆水粘度；C_w为配浆水压缩系数；h₁为待测水泥浆的高度；A为垂直于流体流动方向待测水泥浆的横截面积；V_下为下端微流量控制接口至下端微流量控制容器之间的体积；p_{下端压力变化前}为某一时刻前的下端压力；p_{下端压力变化后}为某一时刻后的下端压力；p_上端压力为某一时刻的上端压力。

10.根据权利要求9所述的油井水泥凝固过程中渗透率动态测试方法，其特征在于，该方法采用如权利要求1-8中任意一项所述的油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置测试，其包含：

将待测水泥浆(6)盛装于密封浆杯的内筒(5)，将内筒(5)置于外筒(4)内，内筒(5)和外筒(4)的中轴线处于同一位置处，内筒(5)的外壁和外筒(4)的内壁之间形成环形空间，将内筒(5)和外筒(4)的上下两端密封；

使惰性气体瓶(13)、第一阀门(24)、第三阀门(26)和环空下端接口(11)之间连通，使惰性气体瓶(13)中的气体将升温介质供给容器(14)中的升温介质从环空下端接口(11)向外筒(4)与内筒(5)之间形成的环形空间内注满，并将环形空间内的气体从环空上端接口(9)经第一气体传输管线和第二三通阀(33)后排出至外界空气，然后关闭第一阀门(24)和第二三通阀(33)；

启动上端压力控制装置(17)，设置目标压力，通过上端压力施加接口(7)向待测水泥浆(6)上端注入传压介质，施加压力，直到升至目标压力；并且，启动下端压力传感器(22)，利用下端微流量控制容器(19)，控制配浆水以恒定微流速流出容器；同时，打开温度控制装置(16)，预设加热温度和加热速率，打开计算机控制采集系统(20)开始记录待测水泥浆(6)温度以及上下端压力变化；

待所述待测水泥浆(6)温度升至预设加热温度后，使惰性气体瓶(13)、第五阀门(28)、第二三通阀(33)和环空上端接口(9)连通，通过氮气源将环空升温介质压入升温介质供给容器(14)，然后关闭第五阀门(28)和第三阀门(26)；使惰性气体瓶(13)、第二阀门(25)、第四阀门(27)和环空下端接口(11)之间连通，使惰性气体瓶(13)中的气体将稳温介质供给容器(15)中的稳温介质从环空下端接口(11)向外筒(4)与内筒(5)之间形成的环形空间内注满，并将环形空间内的气体从环空上端接口(9)经第一气体传输管线和第二三通阀(33)后排出至外界空气，然后关闭第二阀门(25)和第二三通阀(33)。

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