一种水泥石完整性及抗窜能力评价装置的制作方法

本申请涉及但不限于油井测试评价装置，特别是一种水泥石完整性及抗窜能力评价装置。

背景技术：

近年来，随着石油天然气勘探的进一步深入，边际油田被提上大开发的议程，投入与产出存在一定的不均衡，为了扩大高温高压井及稠油热采井的正常开采时间，需要检验井下水泥石的抗高温性能以及保持特定温度压力条件下的完整性，需要一定的评价手段与工具，目前常规固井实验尚不能完全模拟，没有完善的测试评价装置。

技术实现要素：

本申请提供了一种水泥石完整性及抗窜能力评价装置，可真实模拟井下套管-水泥环-地层的环境，形成水泥石并对其完整性及抗窜能力进行测试评价。

本申请提供了一种水泥石完整性及抗窜能力评价装置，评价装置包括外筒、内管、顶盖和底盖，

所述外筒套设在所述内管外部，所述顶盖设置在所述外筒上端，所述底盖设置在所述外筒下端，所述内管靠近下端位置处设置有连通孔，

所述顶盖上设置有上通气孔，所述上通气孔位于所述外筒和所述内管之间，所述上通气孔内安装有上堵头；所述底盖上设置有下通气孔，所述下通气孔位于所述外筒和所述内管之间，所述下通气孔内安装有下堵头。

相比于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请提供的水泥石完整性及抗窜能力评价装置，通过设置内管和外筒，可真实模拟井下注水泥施工过程，并对用该装置形成的水泥石直接进行完整性及抗窜能力测试评价，过程简单方便，测试结果贴近实际情况，增加了测试结果的准确性。此外，本申请提供的评价装置结构相对简单，工作可靠性高，使用寿命长，大大提高了该评价装置的实用性。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请实施例所述的水泥石完整性及抗窜能力评价装置的结构示意图；

图2为图1中a-a剖面图(略去上堵头)。

图示说明：

1-外筒，2-内管，21-连通孔，3-顶盖，31-上通气孔，32-上堵头，4-底盖，41-下通气孔，42-验窜阀杆。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

对于含浅层气井热采井，现有技术中一般只关注24h的防窜性能，忽略了高温后水泥环完整性及抗窜能力的情况，尽管有时我们用直观的方式观察判断水泥石完整性，但抗窜能力不能量化。当前热采井固井水泥石评价主要是测量水泥石抗压强度以及渗透率，忽略了和套管交界面的情况。井下流体的运移通道大体应该有三个途径：第一、二界面以及水泥石内部，单单检验水泥石渗透性往往不是全面的检测方法，而一、二界面的运移更为常见。

本申请实施例提供了一种水泥石完整性及抗窜能力评价装置，如图1和图2所示，评价装置包括外筒1、内管2、顶盖3和底盖4，外筒1套设在内管2外部，顶盖3设置在外筒1上端，底盖4设置在外筒1下端，内管2靠近下端位置处设置有连通孔21，顶盖3上设置有上通气孔31，上通气孔31位于外筒1和内管2之间，上通气孔31内安装有上堵头32；底盖4上设置有下通气孔41，下通气孔41位于外筒1和内管2之间，下通气孔41内安装有下堵头。该评价装置可实现350℃内的温度适用范围实验条件，之后在井下条件下养护成水泥环并进行检验评价。检验的方法是，可观察水泥环高温后的完整性，可通气验窜高温养护后水泥石的抗窜能力。

首先将底盖4安装在外筒1下方，可通过螺纹连接的方式固定，即：外筒1下端内侧设置有内螺纹，底盖4外侧设置外螺纹，外筒1与底盖4螺纹连接。然后将内管2套设在外筒1内部，并固定在底盖4上。评价装置装配完成后，将配置好的一定量的水泥浆从内管2中间倒入，模拟井下注水泥过程，水泥浆通过内管2靠近下端位置处的连通孔21进入内管2与外筒1之间的位置。在内管2中缓慢下入密封塞(图中未示出，密封塞可以是软木塞或橡胶塞，用于模拟套管胶塞)，密封塞的直径略大于内管2内径(保证密封塞与内管2接触处密封)，用木棍(或其他构件)慢慢施压推动密封塞下行至预定位置，模拟固井作业的碰压现象，并将内管2中的水泥浆压入内管2与外筒1之间的空间内。将顶盖3安装在外筒1上方，可通过螺纹连接的方式固定，即：外筒1上端内侧设置有内螺纹，顶盖3外侧设置外螺纹，外筒1与顶盖3螺纹连接。根据具体温度情况确定顶盖3的上通气孔31是否需要用上堵头32堵住(温度较高时，保持上通气孔31开放，即不用上堵头32堵住，防止养护升温时装置内部憋压)。将评价装置放入预先设定好升温升压程序的常压养护箱或增压养护釜(满足热采井高达350℃的温度养护要求)中进行养护。到达养护时间后，取出评价装置，进行相关实验评价。在实验测试评价中，可以先观察水泥石完整性，后进行抗窜能力评价试验。

注入的水泥浆在一定温度压力养护条件下，经一定时间后会凝固，此时拆开顶盖3和底盖4(或只拆下上堵头32和下堵头)，在装置上方缓缓注入适量水，观察装置底部漏水情况，在一定时间内没有发现漏水现象，则认为水泥石是完整的。

注入的水泥浆在一定养护温度压力经一定时间凝固后，将上下堵头更换成验窜阀杆42(即：上下堵头和验窜阀杆42之间可根据测试时需要进行交替更换)，验窜阀杆42中间设有通道，可通过旋转验窜阀杆42控制该通道的打开和闭合，把评价装置固定到高温高压失水仪中(或类似失水试验)的装置里，接通外部氮气源进行验窜，最大可以进行7mpa的验窜能力实验。如果顶部压力表没有发生变化或底部没有接收到气体的逸出，则认为该压力下该水泥石的抗窜能力没有问题。该项完成后，可继续进行其他项的验窜能力评价。

在一示例性实施例中，圆形凹槽(图中未进行标号)内设置有内螺纹，内管2的下端设置有外螺纹，内管2的下端通过螺纹连接的方式插入圆形凹槽中。

将内管2的下端安插在底盖4上的圆形凹槽中，此处可以是过盈配合，也可以在圆形凹槽内设置内螺纹，在内管2下端设置外螺纹，使内管2下端通过螺纹连接的方式插入圆形凹槽中，以使内管2安装稳定可靠。

在一示例性实施例中，如图1和图2所示，上通气孔31的数量为两个，下通气孔41的数量为两个，连通孔21的数量为两个。

上通气孔31、下通气孔41以及连通孔21的数量均设置为两个，以保证通气或水泥浆流动的效率。

在一示例性实施例中，外筒1、内管2、顶盖3和底盖4的材料为不锈钢。

整体装置需可经受350℃高温及7mpa的压力，因此，装置材料需耐温耐压，外筒1、内管2、顶盖3和底盖4的材料可选用304不锈钢，在保证材料满足参数要求的同时可有效降低材料成本。

在本申请中的描述中，需要说明的是，术语“多个”是指两个或更多个，“上”、“下”、“上端”、“下端”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”、“装配”、“安装”应做广义理解，例如，术语“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请描述的实施例是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。

本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的技术方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它技术方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的技术方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。