一种含水合物、冰地层固井水泥环二界面胶结强度测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种固井水泥质量检测的设备，特别涉及一种含水合物、冰地层固井水泥环二界面胶结强度测试装置。
【背景技术】
[0002]随着油气田对固井质量要求越来越高，相应的水泥浆固结性能测试评价受到越来越多的关注，尤其是二界面胶结强度被格外重视。目前，国内外在此方面仅从声波/电磁波测井等地球物理技术方面予以评价，而在实验室内的模拟评价装置很少，即使有也非常简陋，常见的就是用带有一定孔隙的厚壁水泥砂浆管(厚度一般为15?20cm)充当模拟地层，然后在水泥环内壁浸泡钻井液，之后向水泥砂浆管内注入要测试的固井水泥浆，待固结后，用万能材料试验机的压头对管中的水泥柱加压，测试其极限剪切力。此方法虽然可模拟固井水泥浆的固结过程，但是由于模拟地层与实际地层物性相差较大，钻井液浸泡也是在常温常压下进行，故与实际情况出入较大，因此，得到的检测结构与实际偏差较大，测试结果准确度较低，对于井下实际作业的参考价值有限。
[0003]此外，近些年来，天然气水合物作为一种清洁新能源，广泛分布于陆上冻土带和海底沉积物中，以其巨大资源储量被誉为21世纪极具潜力的洁净新能源，对于缓解日益严重的全球能源危机具有举足轻重的作用。众所周知，陆上多年冻土带所蕴藏的天然气水合物资源非常丰富，加快冻土区天然气水合物的勘探与开发已越来越受到相关国家的重视。由于多年冻土区存在较厚的不稳定地层，加之天然气水合物仅在低温高压条件下稳定存在，在固井过程中应严格控制水泥浆水化热和井内温度以确保井壁附近地层中水合物和冰的稳定，从而保证固井质量。因此，如何在如此低温情况下安全高效固井则是天然气水合物勘探与开发研究中的一个新热点，尤其是如何保证水泥环与井壁的胶结质量则直接决定了水合物能否安全、顺利开采。因此，需要开发相应的固井质量模拟测试装置，从而为固井液体系设计及其施工工艺选择提供预评价的技术平台。在此方面，目前国内外还没有相应的实验评价装置，主要是因为难于解决水合物生成和井壁临时密封支撑的问题。本实用新型立足于此问题，在国内外首次创造了聚乙烯醇膜管充当带泥皮临时井壁技术，较好地解决了水合物密封生成与水泥浆注入解封接触的问题，实现了可模拟含有水合物和冰的低温地层原位固井二界面胶结质量的定量试验评价，为今后冻土区天然气水合物勘探与开发、工程基础施工以及地下空间加固等领域的工程施工提供了有力的实验技术支持。
[0004]基于此，有必要开发出能够模拟井下实际作业环境的含水合物、冰地层固井水泥浆二界面胶结强度测试装置，为冻土区水合物地层固井生产和工程施工提供更为科学合理的评价数据。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种含水合物、冰地层固井水泥环二界面胶结强度测试装置，填补了当前天然气水合物勘探与开发固井评价技术的空白，且相对于现有的常规油气井固井二界面胶结质量评价实验仪器不论在设计原理上、还是测试精度上以及与实际情况的吻合度上，都取得了创新性的技术突破，首次全方位考虑了井下温度、压力和地层结构与组分的影响，能够在整个实验过程中模拟出井下温度和压力，从而使固井质量评价更真实，数据更可靠。
[0006]本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:一种含水合物、冰地层固井水泥环二界面胶结强度测试装置，包括釜壳底座和模拟套管，上述模拟套管竖直设置在上述釜壳底座的中部，上述模拟套管外围设有聚乙烯醇膜管，上述模拟套管与聚乙烯醇膜管之间形成环状的空腔，上述釜壳底座顶部外边沿处围设有控温循环浴密封罩，上述控温循环浴密封罩与聚乙烯醇膜管之间填充有模拟地层，上述模拟地层顶部压覆有地层釜盖，上述模拟套管顶部压覆有加压釜盖，上述加压釜盖覆盖住上述空腔的顶部，上述加压釜盖上方设有用于对加压釜盖加压的压力装置。
[0007]本实用新型的有益效果是:结构简单，使用操作方便，生产成本低，与含水合物冻土层固井的实际井下状况非常接近，通过控温循环浴和气体增压系统对模拟地层和固井水泥浆进行温度和压力控制，充分模拟地下的实际温压条件，使测试环境与实际接近，测量结果准确可靠。
[0008]在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
[0009]进一步，上述压力装置为液压油缸，并通过支架固定在上述地层釜盖上，且其液压推动端压覆上述加压釜盖。
[0010]采用上述进一步方案的有益效果是安装使用较为方便。
[0011]再进一步，上述压力装置还通过液压管路连接液压栗。
[0012]采用上述进一步方案的有益效果是便于向液压油缸内注入油液，推动液压油缸。
[0013]进一步，还包括后台主机，上述后台主机通过线路连接液压栗，用于控制液压栗运作以实现液压油缸的加压或卸压。
[0014]采用上述进一步方案的有益效果是通过智能化控制，降低人工控制的误差，使测量结果更准确。
[0015]进一步，上述控温循环浴密封罩外壁上分别设有连通控温循环浴密封罩内部的进液口和出液口。
[0016]采用上述进一步方案的有益效果是采用循环浴方式对整个反应釜内的模拟地层和固井水泥浆进行温度控制，使其温度与实际地层接近，减小实验条件误差。
[0017]进一步，上述模拟套管底部设有圆形的承压缓冲板，上述模拟套管下方的釜壳底座上开有与上述承压缓冲板匹配的圆柱形的安装槽，上述安装槽的直径与上述聚乙烯醇膜管的外径和承压缓冲板的直径相等，上述承压缓冲板底部与上述安装槽的底部之间设有弹
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[0018]采用上述进一步方案的有益效果是在实验过程中，减小测试压力对釜壳底座的冲击力，避免模拟地层的沙土进入釜壳底座导致安装槽壁损伤，同时也有利于试验后清理釜内模拟地层和水泥渣环。
[0019]进一步，上述釜壳底座上设有导入口，上述导入口伸入模拟地层内，上述地层釜盖上设有与导入口对应的导出口，上述导出口伸入模拟地层内，用于通过降温加压法在模拟地层中生成甲烷水合物和冰。
[0020]采用上述进一步方案的有益效果是便于对模拟地层内部进行加压，使其充分模拟实际地址环境，降低实验误差。
[0021]进一步，上述加压釜盖上设有连通上述环状的空腔内部的气流通道，在水泥浆注入该环状的空腔之后，可通过该气流通道通入氮气对水泥浆进行加压。
[0022]采用上述进一步方案的有益效果是使水泥浆生成环境与实际固井作业中井下高压环境相符合，提高测量准确性。
[0023]进一步，上述套管管口处的内壁上对称开有凹槽。
[0024]采用上述进一步方案的有益效果是便于在测试结束后通过该凹槽将套管拉出，以便内部清洗再利用。
[0025]进一步，上述基座底部设置有多个行走轮。
[0026]采用上述进一步方案的有益效果是便于移动整个装置。
【附图说明】
[0027]图1为本实用新型的含水合物、冰地层固井水泥环二界面胶结强度测试装置结构示意图。
[0028]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0029]1、釜壳底座，2、模拟套管，3、聚乙烯醇膜管，4、控温循环浴密封罩，5、模拟地层，6、压力装置，7、液压栗，8、行走轮，9、导入口，10、导出口，11、安装槽，12、气流通道，21、加压釜盖，22、承压缓冲板，23、弹簧，24、凹槽，41、进液口，42、出液口，51、地层釜盖。
【具体实施方式】
[0030]以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0031]实施例:如图1所示，本实施例的含水合物、冰地层固井水泥环二界面胶结强度测试装置包括釜壳底座I和模拟套管2，上述模拟套管2竖直设置在上述釜壳底座I的中部，上述模拟套管2外围设有聚乙烯醇膜管3，上述模拟套管2与聚乙烯醇膜管3之间形成环状的空腔，上述釜壳底座I顶部外边沿处围设有控温循环浴密封罩4，上述控温循环浴密封罩4与聚乙烯醇膜管3之间填充有模拟地层5，上述模拟地层5顶部压覆有地层釜盖51，上述模拟套管2顶部压覆有加压釜盖21，上述加压釜盖21覆盖住上述空腔的顶部，上述加压釜盖21上方设有用于对加压釜盖21加压的压力装置6。
[0032]上述的模拟地层5可选用不同材料或采集待测试的目标地层材料来作为填充物，模拟不同环境和地质条件下的地层，使检测结果更为准确。
[0033]其中，聚乙烯醇具有很好的水溶性，普遍以粉末和薄膜的状态存在，通过增长分子链，加厚分子层的方式对聚乙烯醇进行改性，可以使其呈不同厚度、不同形状的片状或条带状，再用纳米矿物颗粒表面处理后所获得的改性聚乙烯醇的状