CN205955722U - 一种模拟地应力作用的固井水泥胶结强度测试仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种模拟地应力作用的固井水泥胶结强度测试仪，其特征在于，该测试仪包括支架、滑座、高压釜和模拟装置；支架顶部内侧设置压力传感器，支架底部设置滑槽，滑槽内活动连接滑座，滑座螺纹连接高压釜，高压釜的侧壁设置通管；高压釜内固定设置模拟装置，模拟装置包括截面为T型的液压升降台、金属环、固井水泥‑地层胶结体和顶柱，固井水泥‑地层胶结体包括模拟地层和固井水泥；液压升降台底部固定连接滑座，液压升降台顶部固定设置金属环，金属环顶部环设模拟地层，模拟地层顶部固定设置顶柱，模拟地层与顶柱底部形成的柱形腔体内充满固井水泥，顶柱穿出高压釜固定连接压力传感器，本实用新型可以广泛应用于固井水泥胶结强度测试中。
Description
技术领域
本实用新型是关于一种模拟地应力作用的固井水泥胶结强度测试仪，属于钻井技术领域。
背景技术
固井过程中，水泥材料在井下环境中凝固形成具有一定胶结能力的水泥环，地应力对固井水泥的胶结面剪切强度(简称胶结强度)有一定的影响，为了更真实地模拟固井水泥与地层之间的胶结情况，需要测试地应力存在条件下的固井水泥胶结强度，从而优选出合适的固井水泥，这对固井作业尤为重要。
现有技术测试装置由于结构限制，没有考虑地应力的作用，导致固井水泥胶结强度测试结果明显偏低，且对固井水泥胶结强度的测试不符合实际情况。
发明内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种胶结强度测试准确且符合实际情况的模拟地应力作用的固井水泥胶结强度测试仪。
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种模拟地应力作用的固井水泥胶结强度测试仪，其特征在于，该测试仪包括支架、滑座、高压釜和模拟装置；所述支架顶部内侧设置有压力传感器，所述支架底部设置有滑槽，所述滑槽内活动连接所述滑座，所述滑座螺纹连接所述高压釜，所述高压釜的侧壁设置有用于连接外部液压泵的通管；所述高压釜内固定设置有所述模拟装置，所述模拟装置包括截面为T型的液压升降台、金属环、固井水泥-地层胶结体和顶柱，所述固井水泥-地层胶结体包括模拟地层和固井水泥，所述模拟装置中各器件的轴线均在同一条直线上；所述液压升降台的底部固定连接所述滑座，所述液压升降台的T型顶板顶部固定设置所述金属环，所述金属环的顶部环设所述模拟地层，所述模拟地层顶部固定设置截面为倒T型的所述顶柱，所述模拟地层与所述顶柱底部形成的柱形腔体内充满所述固井水泥，所述顶柱穿出所述高压釜固定连接所述压力传感器。
优选地，所述固井水泥-地层胶结体通过固井水泥-地层制造模具制成，所述固井水泥-地层制造模具包括一内部为环形腔体的圆筒和一底座，所述圆筒的底部嵌设固定所述底座，所述圆筒的环形腔体顶部设置有第一通孔。
优选地，所述高压釜底部设置有内螺纹，所述滑座顶部设置有环形凹槽，所述环形凹槽的内径设置有与所述内螺纹相配合使用的外螺纹。
优选地，所述模拟地层和金属环的外部与所述液压升降台之间套设一塑料管。
优选地，所述固井水泥-地层胶结体的直径是其高度的1～2倍。
优选地，所述金属环外径和内径与所述模拟地层的外径和内径相同。
优选地，所述固井水泥的直径与所述顶柱底板的直径相同。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型由于在高压釜内部设置有由固井水泥和模拟地层胶结形成的固井水泥-地层胶结体，可以解决现有技术中固井水泥胶结强度与实际情况不符的技术问题。2、本实用新型由于通过提供围压的矿物油模拟地应力，并通过液压升降台与顶柱使固井水泥-地层胶结体在模拟地应力的作用下产生胶结面剪切力，可以提高固井水泥胶结强度测试时的准确性。3、本实用新型通过固井水泥-地层制造模具制造固井水泥-地层胶结体，操作方便，可以广泛应用于固井水泥胶结强度测试中。
附图说明
图1是本实用新型的固井水泥胶结强度测试仪的整体结构示意图；
图2是本实用新型的液压升降台的装配位置示意图；
图3是本实用新型的水泥-地层制造模具的主视示意图；
图4是本实用新型的高压釜的局部结构示意图；
图5是本实用新型的固井水泥-地层胶结体的结构示意图；
图6是本实用新型的固井水泥与顶柱的装配位置示意图。
具体实施方式
以下结合附图来对本实用新型进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本实用新型，它们不应该理解成对本实用新型的限制。
如图1～2所示，本实用新型的模拟地应力作用的固井水泥胶结强度测试仪包括支架1、滑座2、高压釜3和模拟装置4，模拟装置4包括截面为T型的液压升降台41、金属环42、固井水泥-地层胶结体43和顶柱44，固井水泥-地层胶结体43包括模拟地层431和固井水泥432，模拟装置4中各器件的轴线均在同一条直线上；
支架1是由一顶板11、两立板12和一底板13一体成型的框架结构，支架1的顶板11底部设置有压力传感器5，支架1的底板13顶部设置有滑槽，滑槽内活动连接滑座2，滑座2的顶部设置有用于固定高压釜3的环形凹槽，高压釜3的底部通过螺纹连接环形凹槽，高压釜3的侧壁设置有通管31，通管31通过截止阀32连接外部液压泵的出液口；
高压釜3内固定设置有模拟装置4，液压升降台41的底部固定连接滑座2，液压升降台41的T型顶板顶部设置有用于放置金属环42的圆形凹槽411，金属环42的顶部环设模拟地层431，模拟地层431的顶部固定设置截面为倒T型的顶柱44底部，模拟地层431与顶柱44底部形成的柱形腔体内充满固井水泥432，高压釜3顶部设置有用于穿设顶柱44的第二通孔，顶柱44的上部穿过第二通孔与压力传感器5贴合。
如图3所示，本实用新型的固井水泥-地层胶结体43通过固井水泥-地层制造模具制成，固井水泥-地层制造模具包括一内部为环形腔体的圆筒6和一底座7，圆筒6的底部嵌设固定底座7，圆筒6的环形腔体顶部设置有一用于向圆筒6内注入模拟地层原浆材料的第一通孔61。
如图4所示，本实用新型的高压釜3底部设置有内螺纹，环形凹槽的内径设置有与内螺纹相配合使用的外螺纹，高压釜3内的矿物油通过高压釜3螺纹连接环形凹槽进行密封。
如图5所示，本实用新型的金属环42外径和内径与模拟地层431的外径和内径相同；模拟地层431和金属环42的外部周向设置有用于保护固井水泥-地层胶结体43的塑料管45，且塑料管45的底部嵌设在金属环42与圆形凹槽411之间。
在一个优选的实施例中，固井水泥-地层胶结体43的直径是其高度的1～2倍。
如图6所示，本实用新型的固井水泥432的直径与顶柱44底板的直径相同。
下面通过具体实施例详细说明本实用新型的模拟地应力作用的固井水泥胶结强度测试仪的测试方法：
1)在底座7顶部涂抹非胶结材料，将圆筒6嵌设在底座7上，然后将模拟地层原浆材料倒入第一通孔61中，经高温高压养护一段时间后取出圆筒6，向环形模拟地层431与底座7顶部形成的腔体内倒入固井水泥432，待模拟地层431与固井水泥432充分胶结后形成固井水泥-地层胶结体43。
2)将金属环42放置在圆形凹槽411内，并将固井水泥-地层胶结体43放置在金属环42上，用塑料软管45围设固定；将高压釜3与环形凹槽固定连接，并将滑座2推至顶柱44与压力传感器5进行贴合。
3)液压控制系统控制液压泵通过截止阀32和通管31向高压釜3内部注入提供围压的矿物油，使高压釜3内部的压力达到预定值作为模拟地应力，进而推动液压升降台41向上运动，当固井水泥432受到顶柱44的抵挡作用时，固井水泥432与模拟地层431的胶结面开始产生剪切作用，直至固井水泥432与模拟地层431之间产生松动。
4)压力采集系统通过压力传感器5采集固井水泥-地层胶结体43的胶结面从产生剪切作用开始到产生松动整个过程的实时压力值数据，并进行记录。
5)根据所得压力值数据和公式(1)计算获得固井水泥胶结强度：
τs＝Fmax/A (1)
其中，τs表示胶结强度，Fmax表示采集到的压力峰值，即固井水泥-地层胶结体胶结面的最大剪切力，A表示固井水泥的侧面积。
6)剪切力F与矿物油施加的围压p具有特定的函数关系式(2)：
F＝μpA+Fmax (2)
其中，μ表示模拟地层431与固井水泥432之间的摩擦系数，该系数是一个与这两材料有关的常数；根据公式(1)和公式(2)可以获得围压p相同时不同固井水泥与相同模拟地层之间的胶结强度，并得到具有最大胶结强度的固井水泥；根据公式(1)和公式(2)还可以获得围压p不同时相同固井水泥与相同模拟地层之间的胶结强度，并得到固井水泥胶结强度随地应力变化的规律。
上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
Claims (7)
1.一种模拟地应力作用的固井水泥胶结强度测试仪，其特征在于，该测试仪包括支架、滑座、高压釜和模拟装置；所述支架顶部内侧设置有压力传感器，所述支架底部设置有滑槽，所述滑槽内活动连接所述滑座，所述滑座螺纹连接所述高压釜，所述高压釜的侧壁设置有用于连接外部液压泵的通管；
所述高压釜内固定设置有所述模拟装置，所述模拟装置包括截面为T型的液压升降台、金属环、固井水泥-地层胶结体和顶柱，所述固井水泥-地层胶结体包括模拟地层和固井水泥，所述模拟装置中各器件的轴线均在同一条直线上；所述液压升降台的底部固定连接所述滑座，所述液压升降台的T型顶板顶部固定设置所述金属环，所述金属环的顶部环设所述模拟地层，所述模拟地层顶部固定设置截面为倒T型的所述顶柱，所述模拟地层与所述顶柱底部形成的柱形腔体内充满所述固井水泥，所述顶柱穿出所述高压釜固定连接所述压力传感器。
2.如权利要求1所述的一种模拟地应力作用的固井水泥胶结强度测试仪，其特征在于，所述固井水泥-地层胶结体通过固井水泥-地层制造模具制成，所述固井水泥-地层制造模具包括一内部为环形腔体的圆筒和一底座，所述圆筒的底部嵌设固定所述底座，所述圆筒的环形腔体顶部设置有第一通孔。
3.如权利要求1所述的一种模拟地应力作用的固井水泥胶结强度测试仪，其特征在于，所述高压釜底部设置有内螺纹，所述滑座顶部设置有环形凹槽，所述环形凹槽的内径设置有与所述内螺纹相配合使用的外螺纹。
4.如权利要求1所述的一种模拟地应力作用的固井水泥胶结强度测试仪，其特征在于，所述模拟地层和金属环的外部与所述液压升降台之间套设一塑料管。
5.如权利要求2所述的一种模拟地应力作用的固井水泥胶结强度测试仪，其特征在于，所述固井水泥-地层胶结体的直径是其高度的1～2倍。
6.如权利要求4所述的一种模拟地应力作用的固井水泥胶结强度测试仪，其特征在于，所述金属环外径和内径与所述模拟地层的外径和内径相同。
7.如权利要求1～6任一项所述的一种模拟地应力作用的固井水泥胶结强度测试仪，其特征在于，所述固井水泥的直径与所述顶柱底板的直径相同。
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|---|---|---|---|---|
| CN110630248A (zh) * | 2019-10-29 | 2019-12-31 | 西南石油大学 | 固井二界面胶结质量评价装置及方法 |
| CN111208281A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-29 | 西南石油大学 | 水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置及方法 |
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