一種hthp固井水泥環(huán)完整性模擬評(píng)價(jià)試驗(yàn)儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于石油鉆井技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種HTHP (high temperature highpressure高溫高壓)固井水泥環(huán)完整性模擬評(píng)價(jià)試驗(yàn)儀。
【背景技術(shù)】
[0002]在固井施工中，固井水泥漿被注入套管與地層之間的環(huán)空，水泥漿要經(jīng)受井下環(huán)境而最終凝固形成具有一定膠結(jié)能力和硬度的水泥環(huán)。井內(nèi)水泥環(huán)具有有效地封隔地層和支撐、保護(hù)套管的功能。為了穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)，各油田都相繼進(jìn)行注水、壓裂、酸化、補(bǔ)孔等提高生產(chǎn)壓差等井下工程作業(yè)，不同的作業(yè)過(guò)程必然使井眼條件發(fā)生改變，套管內(nèi)壓改變、地層圍巖壓力變化以及井眼溫度改變引起的溫度應(yīng)力等作用，使水泥環(huán)受力狀態(tài)發(fā)生改變，可能導(dǎo)致水泥環(huán)產(chǎn)生裂紋，使水泥環(huán)的封隔作用失效，造成地下油氣水層之間的竄流和套管的腐蝕破壞，嚴(yán)重時(shí)造成油氣井報(bào)廢(汪漢花，高莉莉.固井水泥石力學(xué)性能研究現(xiàn)狀淺析.西部探礦工程，2010，4:70-74)。
[0003]隨著小眼井、分支井、側(cè)鉆井和薄油層井、熱采井?dāng)?shù)量的增多，對(duì)固井質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。對(duì)于小間隙環(huán)空和薄油層固井，因水泥環(huán)很薄，水泥石的完整性必須得到保證，否則油井壽命將受到嚴(yán)重影響；開窗側(cè)鉆井、大斜度井、大位移井和分支井中造斜段的水泥環(huán)經(jīng)常遭受繼續(xù)鉆進(jìn)時(shí)鉆頭、鉆桿的撞擊和震動(dòng)，以及熱采井中熱沖擊應(yīng)力對(duì)水泥環(huán)產(chǎn)生的破壞，都要求研究和改善固井水泥環(huán)的力學(xué)性能，降低水泥環(huán)的脆性，增強(qiáng)水泥環(huán)的韌性(勵(lì)爭(zhēng)，蘇先基.水泥石動(dòng)態(tài)斷裂韌性的實(shí)驗(yàn)研究[J].力學(xué)與實(shí)踐，1999，21(1):41-44)。
[0004]因此，研究固井水泥石力學(xué)性能，提高水泥環(huán)本體的完整性對(duì)生產(chǎn)及油水井的長(zhǎng)期壽命具有重要的意義。
[0005]有關(guān)油井水泥石力學(xué)性能方面的研究一般都集中在水泥石的強(qiáng)度方面，一般都將水泥石的單軸抗壓強(qiáng)度作為主要工程性能指標(biāo)并對(duì)其實(shí)施重點(diǎn)檢測(cè)和分析(張景富，林波，王珣等人.單軸應(yīng)力條件下水泥石強(qiáng)度與彈性模量的關(guān)系.科學(xué)技術(shù)與工程，2010，10(21):5249-5253)。
[0006]常規(guī)水泥石力學(xué)性能評(píng)價(jià)方法基本上借鑒了混凝土、建筑水泥等材料力學(xué)中無(wú)機(jī)非金屬的力學(xué)評(píng)價(jià)方法，其中常用的萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)可直接測(cè)得抗拉、抗折、抗剪切等力學(xué)性能，但不能模擬各種井下環(huán)境和工況對(duì)水泥石完整性的影響。因此，目前水泥石力學(xué)性能的研究多是針對(duì)于特定水泥漿體系形成水泥石的性能評(píng)價(jià)，而缺乏對(duì)水泥石力學(xué)性能受井下環(huán)境影響的規(guī)律性認(rèn)識(shí)(汪漢花，高莉莉.固井水泥石力學(xué)性能研究現(xiàn)狀淺析.西部探礦工程，2010，4:70-74)。
[0007]近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)水泥石完整性的評(píng)價(jià)與研究越來(lái)越重視，并把在室內(nèi)模擬井下環(huán)境對(duì)水泥石力學(xué)性能的影響研究試驗(yàn)作為考察水泥石完整性的主要技術(shù)手段。目前研究方法都力爭(zhēng)盡可能地模擬固井水泥環(huán)的井下受力情況，但存在的問(wèn)題是試驗(yàn)裝置復(fù)雜龐大，試驗(yàn)成本高。更關(guān)鍵的是:作為固井水泥環(huán)的完整性和可靠性，其關(guān)鍵的力學(xué)性能指標(biāo)應(yīng)該是固井水泥環(huán)在油氣井長(zhǎng)期的開發(fā)過(guò)程中的層間封隔的可靠性能，即對(duì)油氣水等井下流體的抗竄強(qiáng)度。現(xiàn)有的這些方法只能測(cè)定特定條件下固井水泥環(huán)的力學(xué)性能，不能定量分析測(cè)定井下壓力變化對(duì)固井水泥環(huán)抗竄強(qiáng)度的變化，難以認(rèn)識(shí)問(wèn)題的本質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種HTHP固井水泥環(huán)完整性模擬評(píng)價(jià)試驗(yàn)儀，能夠較好地模擬固井水泥環(huán)所處的井下的環(huán)境條件，模擬井下溫度對(duì)固井水泥環(huán)的影響，測(cè)定不同井下溫度條件下固井水泥環(huán)抗竄強(qiáng)度的變化情況，從而準(zhǔn)確評(píng)價(jià)固井水泥環(huán)在不同井下溫度壓力條件下的封隔可靠性，即完整性；具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，操作方便，試驗(yàn)漿體用量小，試驗(yàn)數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好，短時(shí)間內(nèi)可以開展大量試驗(yàn)工作的特點(diǎn)。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0010]一種HTHP固井水泥環(huán)完整性模擬評(píng)價(jià)試驗(yàn)儀，包括釜體5和釜蓋3，釜蓋3頂部中心處通過(guò)螺紋一 71連接壓頭2，壓頭2頂部留有高壓管線接頭母扣，用于連接高壓管線并施加驅(qū)替壓力，底部為錐形尖頭，錐面打磨光滑與壓桿4頂部錐形凹槽實(shí)現(xiàn)鏡面密封；壓桿4安裝于釜蓋3的中心孔處，在中心孔上下滑動(dòng)，壓桿4通過(guò)桿上安裝的密封圈一 81實(shí)現(xiàn)與爸蓋3之間的滑動(dòng)密封，壓桿4下端加工有安放鋼管試樣6的凹槽，在鋼管試樣6與壓桿4之間放置銅質(zhì)密封墊片一 91，鋼管試樣6下端放置于釜體5內(nèi)底部凹槽，凹槽內(nèi)同樣放置銅質(zhì)密封墊片二 92。
[0011]所述釜蓋3兩斜側(cè)通過(guò)螺紋緊扣有安裝桿1，用于旋緊釜蓋3與釜體5的螺紋二72連接。
[0012]所述鋼管試樣6所使用鋼管是外徑為25?26_，內(nèi)徑為20?21_，長(zhǎng)度為79?81mm的不銹鋼鋼管13。通過(guò)不同的制作方法將水泥石12固結(jié)于鋼管內(nèi)部可制作成微裂縫和微間隙試樣，以模擬不同水泥環(huán)損傷類型。
[0013]所述爸體5為外徑110mm的空心圓柱筒，內(nèi)筒底部有深3mm，直徑26mm的凹槽，用于安放銅質(zhì)密封墊片二 92，筒內(nèi)側(cè)頂部車有螺紋二 72及密封圈二 82安裝槽用于安裝和密封釜蓋3。
[0014]所述壓桿4為直徑25mm的中空?qǐng)A柱桿，桿身加工有兩道寬3臟，深2mm凹槽，用于安裝密封圈一 81，桿底端內(nèi)徑26mm，用于安裝銅質(zhì)密封墊片一 91密封桿底與鋼管試樣6上端，桿頂部加工有錐形凹槽，凹槽面經(jīng)過(guò)鏡面拋光處理，實(shí)現(xiàn)與壓頭2的鏡面密封連接。
[0015]所述釜蓋3頂部加工有直徑15mm，深20mm的螺紋一 71孔眼，用于裝配壓頭2，釜蓋3上還加工有圍壓通道11，通道頂部加工有高壓管線接頭母扣用于連接圍壓管線，兩側(cè)加工有安裝桿母扣用于安裝安裝桿1，中部為螺紋二 72用于連接釜體5，下部留有密封圈二82安裝凹槽，與釜體5相配合，用于密封與釜體5的連接，底部加工有直徑26mm的中心孔，為壓桿4的上下活動(dòng)通道，孔內(nèi)壁經(jīng)過(guò)拋光處理，便于與壓桿密封圈一 81實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)密封。
[0016]所述壓頭2為中空絲桿，桿身直徑25_，與釜蓋3頂部孔眼相配合，壓頭2頂端留有高壓管線安裝母扣用于連接驅(qū)替壓力通道10管線，底部為錐形尖頭，錐面經(jīng)過(guò)鏡面拋光處理便于實(shí)現(xiàn)與壓桿頂部凹槽的鏡面密封連接。
[0017]裝配時(shí)首先將鋼管試樣6放置于釜體5內(nèi)底部凹槽的銅質(zhì)密封墊片二 92上，然后將壓桿4放置有銅質(zhì)密封墊片一 91的底端放置于鋼管試樣上端，并向釜體內(nèi)腔加入環(huán)空加壓流體，將釜蓋3保持豎直與釜體5旋緊，壓桿4便伸入釜蓋3中心孔中，繼續(xù)將壓頭2旋入釜蓋3并擰緊，此時(shí)壓頭抵緊壓桿4實(shí)現(xiàn)壓頭2與壓桿4之間的密封連接，同時(shí)向下滑動(dòng)的壓桿4壓緊鋼管試樣6借助銅質(zhì)密封墊片一 91達(dá)到試樣與壓桿4和釜體5的密封，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)替通道的聯(lián)通和密封。將圍壓管線和驅(qū)替管線跟別連接至釜蓋3和壓頭2頂部，將儀器放置于加熱套內(nèi)，通過(guò)控制模擬在不同溫度和圍壓的井底條件下測(cè)量鋼管試樣的抗竄強(qiáng)度。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0019]1.可以實(shí)現(xiàn)鋼管試樣中心的驅(qū)替通道與周向的圍壓通道的獨(dú)立密封，打破傳統(tǒng)夾持器圍壓必須大于驅(qū)替壓力的條件，可以更好的模擬底層應(yīng)力對(duì)固井水泥環(huán)的作用。
[0020]2.可以實(shí)現(xiàn)高溫條件下抗竄強(qiáng)度的測(cè)量，更好的模擬水泥環(huán)所處的井下高溫高壓條件。
[0021]3.通過(guò)控制圍壓與溫度的變化可實(shí)現(xiàn)多種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量工作，滿足水泥環(huán)損傷修復(fù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的各種要求。
[0022]本實(shí)用新型HTHP固井水泥環(huán)完整性模擬評(píng)價(jià)試驗(yàn)儀能夠模擬水泥固化體所處的井下實(shí)際高溫高壓環(huán)境，并能同時(shí)在該條件下測(cè)定固化體樣品微裂縫及微間隙的自修復(fù)能力，比常規(guī)常溫評(píng)價(jià)方法更符合井下實(shí)際情況。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、操作方便，試驗(yàn)漿體用量小，試驗(yàn)工作時(shí)間短的特點(diǎn)，能夠真實(shí)模擬井下水泥環(huán)所處的高溫高壓環(huán)境，是評(píng)價(jià)研究固井水泥環(huán)完整性的可靠試驗(yàn)手段。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本實(shí)用新型HTHP固井水泥環(huán)完整性模擬評(píng)價(jià)試驗(yàn)儀剖面圖。
[0024]圖2是本實(shí)用新型HTHP固井水泥環(huán)完整性模擬評(píng)價(jià)試驗(yàn)儀示意圖。
[0025]圖3是本實(shí)用新型壓頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖4是本實(shí)用新型壓桿結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖5是本實(shí)用新型釜蓋結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖6是本實(shí)用新型釜體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖7是本實(shí)用新型鋼管試樣結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施方式。
[0031]參見附圖1?2，安裝桿1通過(guò)螺紋緊扣于釜蓋3兩斜側(cè)，用于旋緊釜蓋3與釜體5的螺紋連接；壓頭2設(shè)置在釜蓋3頂部中心處，通過(guò)絲扣與釜蓋3連接，壓頭2頂部留有高壓管線接頭母扣，用于連接高壓管線并施加驅(qū)替壓力，底部為錐形尖頭，錐面打磨光滑與壓桿4頂部錐形凹槽實(shí)現(xiàn)鏡面密封；壓桿4安裝于釜蓋中心孔處，并且可在中心孔上下滑動(dòng)，壓桿4通過(guò)桿上安裝的密封圈一 81實(shí)現(xiàn)與釜蓋3之間的滑動(dòng)密封，壓桿4下端加工