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原文传递一种模拟高温高压井下工况下水泥石胶结强度原位测试装置及方法

专利名称：	一种模拟高温高压井下工况下水泥石胶结强度原位测试装置及方法
摘要：	本发明提供了一种模拟高温高压井下工况下水泥石胶结强度原位测试装置及方法，装置主要包括：密封釜盖、密封釜体、顶柱、活动式底座、套管、密封盖板、加热保温装置、传感器、采集控制系统等。本发明利用密封釜模拟井下工况，通过密封盖板、活动式底座和套管形成水泥养护腔，水泥在养护腔内进行养护，养护结束后，进行水泥石胶结强度测试工作，从采集控制系统显示的力‑位移曲线上获取数据，以此数据为基础计算得到高温高压条件下水泥石的胶结强度。本发明可在原始状态下测试水泥石在模拟井下工况下的胶结性能，为优选固井水泥浆、提高固井质量提供技术支撑。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	四川;51
申请人：	西南石油大学
发明人：	曾德智;臧硕;喻智明;戚亚东;彭政德;张新;罗江;张思松
专利状态：	有效
申请日期：	2019-09-12T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910865675.5
公开号：	CN110470596A
分类号：	G01N19/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N19
申请人地址：	610500 四川省成都市新都区新都大道8号
主权项：	1.一种模拟高温高压井下工况下水泥石胶结强度原位测试装置，其特征在于：该装置由密封釜、水泥浆养护装置和胶结强度测试装置所构成；所述的密封釜由密封釜盖(1)、密封釜体(2)、固定螺栓(3)、固定螺栓垫圈(4)、橡胶密封垫片(5)、顶柱(9)、上螺母(10)、上垫圈(11)、上压盖(12)、上盘根(14)、上盘根盒(15)、活动式底座(16)、下螺母(17)、下垫圈(18)、下压盖(19)、下盘根(21)、下盘根盒(22)、进气口(25)、出气口(26)、上凹槽(32)、下凹槽(33)组成，密封釜盖(1)通过固定螺栓(3)固定在密封釜体(2)上，固定螺栓(3)施加压力将橡胶密封垫片(5)压紧在密封釜盖(1)和密封釜体(2)之间；密封釜盖(1)中心存在上凹槽(32)，顶柱(9)由上螺母(10)、上垫圈(11)、上压盖(12)及上盘根(14)辅助固定在上凹槽(32)中；密封釜体(2)底部中心存在下凹槽(33)，活动式底座(16)由下螺母(17)、下垫圈(18)、下压盖(19)及下盘根(21)辅助固定在下凹槽(33)中；密封釜体(2)底部开有进气口(25)，密封釜盖(1)开有出气口(26)；所述的水泥浆养护装置由外筒(6)、套管(7)、密封盖板(8)、活动式底座(16)、上层橡胶密封件(23)、下层橡胶密封件(24)组成，套管(7)固定于外筒(6)内，上层橡胶密封件(23)嵌于套管(7)内壁上，下层橡胶密封件(24)套在活动式底座(16)上，套管(7)、密封盖板(8)与活动式底座(16)形成水泥养护腔(31)；所述的胶结强度测试装置由套管(7)、密封盖板(8)、顶柱(9)、上螺母(10)、上垫圈(11)、活动式底座(16)、下螺母(17)、下垫圈(18)、上层橡胶密封件(23)、下层橡胶密封件(24)、加热保温装置(27)、温度传感器(28)、压力传感器(29)、采集控制系统(30)组成，加热保温装置(27)包络在密封釜体(2)外壁，温度传感器(28)及压力传感器(29)所产生的数据由采集控制系统(30)进行采集及整合。 2.根据权利要求1所述的一种模拟高温高压井下工况下水泥石胶结强度原位测试装置，其特征在于：所述的橡胶密封垫片(5)、上盘根(14)、下盘根(21)、上层橡胶密封件(23)、下层橡胶密封件(24)均为聚四氟乙烯材料，固定螺栓垫圈(4)、上垫圈(11)、下垫圈(18)为哈氏合金材料，上盘根(14)与下盘根(21)为梯形盘根，盘根中设置存有润滑剂的上储存腔(13)及下储存腔(20)。 3.根据权利要求1所述的一种模拟高温高压井下工况下水泥石胶结强度原位测试装置，其特征在于：密封盖板(8)直径D1较套管(7)内径D小0.7mm-1mm，活动式底座(16)直径D2较套管(7)内径D小0.7mm-1mm，套管(7)外径D3较外筒(6)内径D4小1mm-1.5mm。 4.根据权利要求1所述的一种模拟高温高压井下工况下水泥石胶结强度原位测试装置，其特征在于：装置装配之后，密封盖板(8)与顶柱(9)间的距离不超过20mm，活动式底座(16)与密封釜体(2)底部间的距离保持为8mm-10mm，顶柱(9)可依靠外部装置向下移动，下移速度为2mm/min，行程最高为30mm。 5.根据权利要求1所述的一种模拟高温高压井下工况下水泥石胶结强度原位测试装置，其特征在于：采集控制系统(30)的数据采集周期为5s。 6.根据权利要求1所述的一种模拟高温高压井下工况下水泥石胶结强度原位测试装置的测试方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，将下储存腔(20)内存有润滑剂的下盘根(21)放置在密封釜体(2)底部的下盘根盒(22)中，随后将下压盖(19)放置在下盘根(21)上方，并将套有下层橡胶密封件(24)的活动式底座(16)套入至密封釜体(2)底部，活动式底座(16)刻有螺纹，通过下螺母(17)、下垫圈(18)、下压盖(19)及下盘根(21)对活动式底座(16)进行辅助固定；步骤二，将内壁上嵌有上层橡胶密封件(23)的套管(7)放置在密封釜体(2)底部，注意保持活动式底座(16)与套管(7)相套合，将外筒(6)套放在套管(7)外部；步骤三，将配制好的水泥浆倒入套管(7)内，保持水泥浆上液面与套管(7)内壁上的上层橡胶密封件(23)高度一致，将密封盖板(8)放置在套管(7)内部，使密封盖板(8)恰好位于上层橡胶密封件(23)的高度；步骤四，将上储存腔(13)内存有润滑剂的上盘根(14)放置在密封釜盖(1)的上盘根盒(15)中，并将上压盖(12)放置在上盘根(14)上方，随后将顶柱(9)套入至密封釜盖(1)中，顶柱(9)刻有螺纹，将上垫圈(11)套放在上压盖(12)上方，拧动上螺母(10)，上垫圈(11)压顶上压盖(12)，上压盖(12)随即压顶上盘根(14)，上盘根(14)在挤压状态下抱紧顶柱(9)；步骤五，加模拟地层水，使模拟地层水液面高度恰好高于密封盖板(8)高度，随后将涂抹有黄油的橡胶密封垫片(5)放置在密封釜体(2)的凹槽内，将套放有顶柱(9)的密封釜盖(1)坐放在密封釜体(2)上方，上紧固定螺栓(3)，将密封釜盖(1)紧固在密封釜体(2)上，通过信号线连接密封釜体(2)、加热保温装置(27)、温度传感器(28)和采集控制系统(30)，通过信号线连接顶柱(9)、压力传感器(29)和采集控制系统(30)，启用采集控制系统(30)，使加热保温装置(27)运行以进行加热，水泥浆在预设温度压力条件下养护24小时；步骤六，水泥养护结束后，拧动下螺母(17)，使活动式底座(16)下移，随后拧动上螺母(10)，并辅以外部装置对顶柱(9)施加力，使顶柱(9)匀速下移，速度保持为2mm/min，在采集控制系统(30)生成的曲线上记录下顶柱(9)开始移动时的力，记为顶柱(9)与装置部件之间的摩擦力Ff；步骤七，在采集Ff后，顶柱(9)继续匀速移动，从而使顶柱(9)压顶密封盖板(8)，密封盖板(8)继而压顶水泥石，直至采集控制系统(30)采集出最大力Fmax；步骤八，通过公式(1)计算获得水泥石的胶结强度M：式中：Fmax是水泥石与套管(7)内壁间出现相对滑动时的最大力，N；Ff是顶柱(9)与装置部件间的摩擦力，N；π取3.14；D是套管(7)内径，mm；h是水泥石试样高度，mm；M是水泥石的胶结强度，MPa。
所属类别：	发明专利