一种自愈合水泥浆模拟评价装置的制作方法

本实用新型属于石油钻井用模拟评价装置领域，尤其是涉及一种自愈合水泥浆模拟评价装置。

背景技术：

随着新的钻井技术的不断出现，天然气、煤层气、地热井等资源的不断的被重视，要求的不断提高、深层的能源和难开采储量的开发，对固井的质量有了更高的要求，尤以油气井开采过程中防气窜问题提出更加严苛的要求。目前，国内外并没有一个完整装置来评价自愈合水泥浆。故急需研发设计一种新型油气田固井自愈合水泥浆，以应对水泥浆因应力所产生的环隙结构问题，使之能够自行愈合。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种自愈合水泥浆模拟评价装置，以克服现有技术缺陷，能够真实的模拟油井工况，评价自愈合水泥浆的自愈合效果。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种自愈合水泥浆模拟评价装置，包括筒体、支撑单元和弹性橡胶筒；

所述筒体上部和下部分别螺纹连接有上部油气控制单元和下部油气控制单元；所述筒体内设有所述弹性橡胶筒，所述弹性橡胶筒与所述上部油气控制单元和下部油气控制单元三者形成封闭空间；所述封闭空间内设有所述支撑单元；

所述支撑单元上端内侧和下端内侧分别螺纹连接所述上部油气控制单元和下部油气控制单元，且三者连通；所述支撑单元上端外侧和下端外侧分别紧贴所述弹性橡胶筒；所述支撑单元内部中空，且侧壁上设有若干第一通孔；

所述弹性橡胶筒侧壁与所述支撑单元侧壁之间留有间距；所述弹性橡胶筒内套有开缝钢筒，且两者紧贴；所述弹性橡胶筒外壁与所述筒体内壁之间构成注水泥环空单元。

开缝钢筒是一个薄壁筒，可由筒内施压向外扩张1～5μm，但不会在筒外压力作用下向内收缩。

进一步的，所述筒体侧壁顶部设有凸台；所述凸台延伸至所述筒体内，且两者一体成型；所述注水泥环空单元的顶部和底部分别设有第一环形滤网和第二环形滤网；所述第一环形滤网紧贴所述上部油气控制单元的底部，且所述第一环形滤网延伸至所述凸台顶部、弹性橡胶筒顶部和支撑单元顶部；所述凸台顶部、弹性橡胶筒顶部和所述支撑单元顶部三者平齐；所述第二环形滤网紧贴所述下部油气控制单元的顶部，且所述第二环形滤网延伸至所述弹性橡胶筒底部和支撑单元底部；所述弹性橡胶筒底部和所述支撑单元底部平齐。凸台的作用是支撑第一环形滤网。

进一步的，所述上部油气控制单元包括上塞头；所述上塞头中间部位螺纹连接所述支撑单元，所述上塞头边缘部位螺纹衔接所述筒体；所述上塞头上设有第二通孔和第三通孔，所述第二通孔和第三通孔内分别设有油气出口控制阀杆和围压进油气控制阀杆；所述下部油气控制单元包括下塞头；所述下塞头中间部位螺纹连接所述支撑单元，所述下塞头边缘部位螺纹连接所述筒体；所述下塞头上设有第四通孔和第五通孔，所述第四通孔和第五通孔内分别内设有油气进口控制阀杆和围压卸油气控制阀杆；所述第一环形滤网紧贴所述上塞头的底部，所述第二环形滤网紧贴所述下塞头的顶部。

进一步的，所述第二通孔和第四通孔均部分正对所述注水泥环空单元；所述第三通孔和第五通孔分别位于所述上塞头的中间部位和下塞头的中间部位；所述第三通孔和第五通孔均与所述支撑单元内部连通。

进一步的，所述上塞头和下塞头均伸入所述支撑单元内部，且与所述支撑单元螺纹连接。

进一步的，所述上塞头与所述支撑单元、筒体的螺纹连接处均设有O型密封圈；所述下塞头与所述支撑单元、筒体的螺纹连接处均设有O型密封圈。

进一步的，所述油气出口控制阀杆连接有流量监测装置。

进一步的，所述筒体材质为不锈钢；所述支撑单元为支撑钢筒。

进一步的，所述弹性橡胶筒靠近所述上部油气控制单元和下部油气控制单元处的外圆周上均设有凹槽，所述两个凹槽内均设有紧固钢环。

本实用新型所述的一种自愈合水泥浆模拟评价装置的安装操作方法如下：

(1)将开封钢筒装入弹性橡胶筒内，然后将支撑单元装入弹性橡胶筒内部，并在弹性橡胶筒上的两个凹槽内用紧箍钢环密封固定；

(2)将支撑单元与下塞头旋入支撑单元内，连接处用O型圈密封；

(3)将下塞头与筒体采用螺纹连接，筒体底部内侧开螺纹与下塞头连接，连接处用O型圈密封。

(4)将上塞头旋入支撑单元内，连接处用O型圈密封；上塞头与筒体采用螺纹连接，筒体上部外侧开螺纹，连接处用O型圈密封。

本实用新型所述的一种自愈合水泥浆模拟评价装置所依据的模拟情景：

井下水泥环会与井壁及套管形成立柱桩井身结构，自愈合水泥环一旦形成微环隙或微裂缝后，在井下遇到油、气层压力作用下窜流的介质时会自发愈合，堵塞油气窜流通道。

本实用新型所述的一种自愈合水泥浆模拟评价装置的评价水泥浆自愈合性能的工作原理：

向注水泥环空单元注入水泥浆，再从围压进油气控制阀杆充入油气，通过支撑单元侧壁上的若干第一通孔将油气送入供围压油气间隙处，开缝钢筒与弹性橡胶筒受压向外膨胀至水泥浆凝固，形成水泥环；待水泥浆凝固形成水泥环后，停止围压油气的进入，开缝钢筒和弹性橡胶筒会收缩，将在弹性橡胶筒与水泥环之间形成微环隙，一旦形成微环隙，将由油气进口控制阀杆向水泥环微环隙充入可使水泥石自愈合组分自发发生膨胀的液体或气体，自愈合组分膨胀后会自发封堵微环隙从而达到水泥环自愈合的目的；或者，不加压的状态下注入适量的水泥浆，待水泥浆凝固后再进行加压，水泥环受压会产生微裂缝，一旦形成微裂缝，将由油气进口控制阀杆向水泥环裂缝中充入可使水泥石自愈合组分自发发生膨胀的液体或气体，自愈合组分膨胀后会自发封堵微裂缝从而达到水泥环自愈合的目的。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种自愈合水泥浆模拟评价装置具有以下优势：

本实用新型所述的一种自愈合水泥浆模拟评价装置，向弹性橡胶筒通入油气，模拟井下油气的压力和工况，在弹性橡胶筒膨胀的状态下向注水泥环空单元注入水泥浆，待水泥浆凝固，再将开缝钢环里的油气排出，弹性橡胶筒收缩，水泥石和弹性橡胶筒之间便产生微环隙，随后进行自愈合实验。

本实用新型所述的一种自愈合水泥浆模拟评价装置，围压油气采用上进下出，通过控制阀杆调节围压大小，以调节微环隙的大小，或者微裂缝，自愈合油气采用下进上出，通过控制阀杆调节进油气量(压力范围：不小于0.1MPa)及流率(流量1.2m/s以下)，不仅可用于评价自愈合水泥浆微环隙模拟自愈合性能测试，还可用于模拟其微裂缝自愈合性能测试。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的一种自愈合水泥浆模拟评价装置剖视示意图；

图2为图1中A部分的放大示意图。

附图标记说明：

1-筒体；2-支撑单元；3-弹性橡胶筒；4-第一通孔；5-开缝钢筒；6-注水泥环空单元；7-凸台；8-第一环形滤网；9-第二环形滤网；10-上塞头；11-油气出口控制阀杆；12-围压进油气控制阀杆；13-下塞头；14-油气进口控制阀杆；15-围压卸油气控制阀杆；16-O型密封圈；17-紧固钢环。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1、图2所示，一种自愈合水泥浆模拟评价装置，包括筒体1、支撑单元2和弹性橡胶筒3；

所述筒体1上部和下部分别螺纹连接有上部油气控制单元和下部油气控制单元；所述筒体1内设有所述弹性橡胶筒3，所述弹性橡胶筒3与所述上部油气控制单元和下部油气控制单元三者形成封闭空间；所述封闭空间内设有所述支撑单元2；

所述支撑单元2上端内侧和下端内侧分别螺纹连接所述上部油气控制单元和下部油气控制单元，且三者连通；所述支撑单元2上端外侧和下端外侧分别紧贴所述弹性橡胶筒3；所述支撑单元2内部中空，且侧壁上设有若干第一通孔4；

所述弹性橡胶筒3侧壁与所述支撑单元2侧壁之间留有间距；所述弹性橡胶筒3内套有开缝钢筒5，且两者紧贴；所述弹性橡胶筒3外壁与所述筒体1内壁之间构成注水泥环空单元6。

所述筒体1侧壁顶部设有凸台7；所述凸台7延伸至所述筒体1内，且两者一体成型；所述注水泥环空单元6的顶部和底部分别设有第一环形滤网8和第二环形滤网9；所述第一环形滤网8紧贴所述上部油气控制单元的底部，且所述第一环形滤网8延伸至所述凸台7顶部、弹性橡胶筒3顶部和支撑单元2顶部；所述凸台7顶部、弹性橡胶筒3顶部和所述支撑单元2顶部三者平齐；所述第二环形滤网9紧贴所述下部油气控制单元的顶部，且所述第二环形滤网9延伸至所述弹性橡胶筒3底部和支撑单元2底部；所述弹性橡胶筒3底部和所述支撑单元2底部平齐。

所述上部油气控制单元包括上塞头10；所述上塞头10中间部位螺纹连接所述支撑单元2，所述上塞头10边缘部位螺纹衔接所述筒体1；所述上塞头10上设有第二通孔和第三通孔，所述第二通孔和第三通孔内分别设有油气出口控制阀杆11和围压进油气控制阀杆12；所述下部油气控制单元包括下塞头13；所述下塞头13中间部位螺纹连接所述支撑单元2，所述下塞头13边缘部位螺纹连接所述筒体1；所述下塞头13上设有第四通孔和第五通孔，所述第四通孔和第五通孔内分别内设有油气进口控制阀杆14和围压卸油气控制阀杆15；所述第一环形滤网8紧贴所述上塞头10的底部，所述第二环形滤网9紧贴所述下塞头13的顶部。

所述第二通孔和第四通孔均部分正对所述注水泥环空单元6；所述第三通孔和第五通孔分别位于所述上塞头10的中间部位和下塞头13的中间部位；所述第三通孔和第五通孔均与所述支撑单元2内部连通。

所述上塞头10和下塞头13均伸入所述支撑单元2内部，且与所述支撑单元2螺纹连接。

所述上塞头10与所述支撑单元2、筒体1的螺纹连接处均设有O型密封圈16；所述下塞头13与所述支撑单元2、筒体1的螺纹连接处均设有O型密封圈16。

所述油气出口控制阀杆11连接有流量监测装置。

所述筒体1材质为不锈钢；所述支撑单元2为支撑钢筒。

所述弹性橡胶筒3靠近所述上部油气控制单元和下部油气控制单元处的外圆周上均设有凹槽，所述两个凹槽内均设有紧固钢环17。

本实施例的工作过程：

使用时，先将所述油气出口控制阀杆11、围压进油气控制阀杆10、上塞头10、上塞头10附近O型密封圈16、第一环形滤网8去掉，从所述注水泥环空单元6顶部注入待评价自愈合水泥浆，之后依次安装所述第一环形滤网8、上塞头10附近O型密封圈16、上塞头10、围压进油气控制阀杆10和油气出口控制阀杆11；从所述围压进油气控制阀杆12处注入围压油气，围压油气通过所述若干第一通孔4流至支撑单元2与开缝钢筒5之间的间隙，使所述开缝钢筒5和弹性橡胶筒3向靠近所述注水泥环空单元6的方向扩张，保持弹性橡胶筒3处于膨胀状态直至水泥浆凝固，将围压油气从围压卸油气控制阀杆15处放出，卸掉围压，弹性橡胶筒3收缩，弹性橡胶筒3与水泥环之间形成微环隙；然后使自愈合油气从所述油气进口控制阀杆14进入环状缝隙，从所述油气出口控制阀杆11出去，进行水泥自愈合试验。整个试验过程中所述流量监测装置可测量或记录压力和流量，不间断检测，无气压或液体流出后，即水泥环已实现自愈合功能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。