一种测量固井水泥环微环隙的仪器的制作方法

本申请涉及油气田固井技术领域，具体涉及一种测量固井水泥环微环隙的仪器。

背景技术：

解决油气田固井水泥浆防窜问题是提高固井质量、保护油气层的关键。

固井候凝过程中，水泥浆水化分胶凝阶段和硬化两个阶段。

胶凝阶段，水泥浆不断失重，当水泥浆失重后的有效液柱压力小于地层流体压力时，地层流体就窜入井内水泥浆中。解决此阶段防窜流的主要手段是提高压稳系数的浆柱结构、使用防窜能力强的水泥浆体系，使用水泥窜流仪模拟评价。

硬化阶段，一般水泥的体积都会收缩，使套管与水泥的第一界面、水泥与地层的第二界面出现微环空间隙，破坏了密封完整性，导致层间窜流，甚至井口环空带压，给生产带来严重的安全隐患。防止水泥环微环空间隙的有效手段是在水泥浆中加入合适种类、合适量的水泥膨胀剂。

水泥的水化反应是非常复杂的物理和化学反应，有些水泥浆轴向膨胀了，但径向收缩；有些水泥浆外径膨胀了，内径也膨胀变大了，即第一界面发生微环隙；有些水泥浆外径膨胀变大，内径膨胀变小，双界面都没有微环隙。固井工程追求的是在井下温压情况下，第一界面和第二界面都没有微环隙，且有微膨胀的水泥浆配方。

目前评价水泥浆膨胀能力的膨胀仪主要为“低温开口环法”、“体积膨胀法”、“轴向位移法”三类。它们从不同维度评价水泥的膨胀能力，但都存在与井下实际工况对应性差、无法在高温高压下评价最具密封本质特色的“微环空间隙”的缺点。

技术实现要素：

本申请一实施例提供一种测量固井水泥环微环隙的仪器，包括养护釜、温压调节系统、水泥模具和微环隙测量装置；所述温压调节系统用于调节所述养护釜内的温度和压力；所述水泥模具位于所述养护釜内，所述水泥模具包括两个套管，两个套管之间设有底端封闭的环形空间，所述环形空间用于在其内进行水泥浆的固化过程；所述微环隙测量装置包括探头和探头位移测量装置，所述探头包括杆体和连接于杆体一端的座体，所述座体位于所述环形空间内并靠近其中一个所述套管的管壁设置，所述杆体另一端沿所述环形空间的径向从靠近座体的所述套管上设置的开孔中活动穿出；所述探头位移测量装置用于测量水泥浆固化过程中所述杆体在所述环形空间的径向上的位移。

有益效果：

本申请实施例的测量固井水泥环微环隙的仪器，测量的是水泥浆凝固后水泥环的径向位移，即水泥环的径向收缩量，径向收缩量也即水泥环与内套管或与外套管之间的“微环空间隙”(即微环隙)值。较之现有的水泥膨胀能力评价方法，本申请实施例所测得的水泥环径向位移，即可评价最具密封本质特色的“微环空间隙”，与井下实际工况相对应，对固井水泥浆膨胀收缩能力的评价更为准确。

此外，本申请实施例的测量固井水泥环微环隙的仪器可连续测量水泥环的径向位移，可获知水泥环内外直径的变化过程。

本申请实施例的测量固井水泥环微环隙的仪器，通过调节养护釜内的温度和压力，可模拟水泥浆在实际井下工况条件下的固化过程，所测得的水泥环径向位移更能评价水泥浆在实际井下工况条件下的膨胀性能。

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为本申请一实施例的测量固井水泥环微环隙的仪器的结构示意图；

图2为本申请一实施例中位移测量装置安装在养护釜上的结构示意图；

图3为本申请一实施例中探头安装于水泥模具上的结构示意图；

图4为图3中第二探头及第二弹性限位装置的安装结构示意图；

图5为本申请一实施例的水泥模具的截面结构示意图；

图6为图5的水泥模具的外套管在水泥环膨胀过程中发生变形的截面结构示意图；

附图标记为：1、水泥模具，11、环形空间，12、外套管，13、内套管，14、底座，15、隔离套，16、吊装部，17、环形凸起，201、中空本体，202、铁芯组件，203、调零弹簧，204、感应组件，205、调零螺母，21、第二探头位移测量装置，22、第二探头，221、第二探头的杆体，222、第二探头的座体，23、第一探头位移测量装置，24、第一探头，241、第一探头的杆体，242、第一探头的座体，25、参考位移测量装置，31、第二衬套，32、第二压紧帽，33、第二弹性件，41、第一连接座，42、第二连接座，43、弹簧，44、螺母，45、连接杆，5、养护釜，51、釜壁，6、温度测量装置，71、进液管路，72、排液管路，81、进气管路，82、恒压阀，83、加压泵，84、气源，9、加热装置，10、监控装置。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本申请的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。

如图1所示，本申请一实施例提供一种测量固井水泥环微环隙的仪器，包括养护釜5、温压调节系统、水泥模具1和微环隙测量装置。

所述温压调节系统用于调节所述养护釜5内的温度和压力，使得本测量仪器能够满足在高温高压条件下进行固井水泥环微环隙测量的要求。

所述水泥模具1位于所述养护釜5内，所述水泥模具1包括两个套管，分别为内套管13和外套管12，内套管13和外套管12之间设有底端封闭的环形空间11，所述环形空间11用于在其内进行水泥浆的固化过程。环形空间11的环宽可以与固井环空间隙相同，比如可以取20mm。

水泥浆在水化至终凝失去流动性后，可能发生晶格收缩(则水泥环收缩)或者晶格膨胀(则水泥环膨胀)。如果发生晶格收缩，则凝固形成的水泥环会脱离内套管13或/和外套管12的管壁，从而形成第一界面微环隙或/和第二界面微环隙。如果发生晶格膨胀，则凝固形成的水泥环的内环面或/和外环面会与内套管13或/和外套管12的管壁胶结在一起，两个界面处不会产生微环隙。如果发生晶格膨胀，则一般需要测量水泥环外环面的膨胀量(即水泥环外径的膨胀量)。因此，为使本实施例的测量固井水泥环微环隙的装置能够测量第一界面微环隙或/和第二界面微环隙的同时，还能够测量水泥环外环面的膨胀量，可选地，所述水泥模具的外套管12设置为可发生膨胀变形，以使其管径在水泥环膨胀力作用下变大。但是，可以理解的是，测量第一界面微环隙或/和第二界面微环隙，对外套管12是否能发生上述膨胀变形没有要求，即外套管12可以设置为同内套管13一样不能发生变形，或者外套管12也可以设置为能发生上述膨胀变形。

以下实施例中，以外套管12设置为可发生膨胀变形以使其管径在水泥环膨胀力作用下变大为例说明。

所述微环隙测量装置包括探头和探头位移测量装置，所述探头包括杆体和连接于杆体一端的座体，所述座体位于所述环形空间11内并靠近其中一个所述套管的管壁设置，所述杆体另一端沿所述环形空间11的径向从靠近座体的所述套管上设置的开孔中活动穿出。其中，所述座体用于在水泥浆固化成水泥环过程中固结于水泥环内部，所述座体在水泥环收缩或膨胀过程中能够带动所述杆体沿所述环形空间11的径向移动。所述探头位移测量装置用于测量水泥浆固化过程中所述杆体在所述环形空间11的径向上的位移，该位移即为固井水泥环的微环隙值或微膨胀值。

本实施例中，通过温压调节系统调节养护釜5内的温度和压力，可模拟水泥浆在实际井下工况条件下的固化过程，所测得的水泥环径向位移更能评价水泥浆在实际井下工况条件下的膨胀性能。

所述温压调节系统可以包括供液系统、供气系统和加热装置9，供液系统包括与养护釜5内部连通的进液管路71和排液管路72，分别用于向养护釜5内输送和排出液体(比如水)。加热装置9用于加热养护釜5内的所述液体，使养护釜5内能达到所需的温度，加热装置9可以设于养护釜5外部或内部。供气系统用于向养护釜5内输送气体(比如氮气)，用于使养护釜5内部能达到所需的压力。可以通过加热装置9来调节养护釜5内的温度高低，可通过供气系统调节养护釜5内的压力大小。

所述供气系统可以包括气源(可以为氮气源)84、进气管路81和加压泵83，所述进气管路81一端与所述气源84连通，另一端与所述养护釜5内部连通，所述加压泵83设于所述进气管路81上。所述加压泵83用于将来自气源84的气体加压后经所述进气管路81输送至所述养护釜5内。所述进气管路81上还可以设置恒压阀82、压力表等，恒压阀82可保证进入养护釜5的气体压力恒定。所述加压泵83可以为气动泵，采用压缩空气推动气动泵将来自高压氮气瓶中的氮气增压到预设的压力值。本实施例中，采用气体加压方式对养护釜5内部进行加压，则在整个测试过程中，即使有轻微渗漏，压力衰减也很小，测试过程中几乎不会再次启动加压泵83给系统补压，这样就避免了不必要的震动，进而保证了各位移测量装置精确测量。此外，加压泵83采用气动泵，也可以防止压力加载过程的震动过大对位移测量结果的影响。

本实施例的测量水泥微环隙的仪器还可以包括温度测量装置6和监控装置10，所述温度测量装置6用于测量养护釜5内的温度，并可以将所测数据发送至所述监控装置10。所述温度测量装置6可以采用热电偶。所述监控装置10监测养护釜5内的温度，并可以控制加热装置9的加热温度。所述监控装置10还可以监测各位移测量装置的测量结果。

在测量水泥微环隙过程中，养护釜5为密闭状态，水泥模具1处于养护釜5内的高温液体中，液面上方为气体保证养护釜5内的压力，使水泥模具1内的水泥浆处于实际井下工况的高温高压环境中。为满足此种测试环境，示例性地，如图1和图2所示，所述探头位移测量装置包括中空本体201、铁芯组件202和感应组件204；所述中空本体201一端开口，另一端封闭，所述中空本体201的开口端固定于所述养护釜5上并与养护釜5内部连通；所述铁芯组件202滑动设于所述中空本体201内部，所述铁芯组件202的一端伸出所述中空本体201的开口端，并设置为与所述探头的杆体另一端抵接或硬连接，从而能够在所述探头的杆体的推动或拉动作用下移动；所述感应组件204设于所述中空本体201外部，用于检测所述铁芯组件202的位移量。其中，所述中空本体201的开口端与所述养护釜5的釜壁51之间密封连接，防止釜内液体泄漏。在测量过程中，所述探头位移测量装置的中空本体201的内部与养护釜5的内部连通，中空本体201内部与养护釜5内部为同样的高温高压状态，铁芯组件202整体所处的温度压力状态一致，不会对铁芯组件202的移动造成影响，可避免影响测量结果，由此，本实施例的探头位移测量装置能够在高温高压下连续测量所述探头的杆体的径向位移。

所述探头位移测量装置可以安装于养护釜5的侧壁上，为使得水泥模具1在进入养护釜5后，水泥模具1内预先安装的探头的杆体与所述探头位移测量装置的测量端(即所述铁芯组件202的一端)位置对应，所述水泥模具1设有第一限位部，所述养护釜5设有第二限位部，所述第一限位部与所述第二限位部相配合用于使所述水泥模具1在送入养护釜5内时能够到达预定位置。示例性地，所述养护釜5的内壁上设有轨道，所述水泥模具1上设有用于与所述轨道滑动配合的滑槽，水泥模具1可以沿釜壁上的所述轨道滑入釜内，使得探头的杆体端部与探头位移测量装置的测量端接触。

所述铁芯组件202可以包括测杆和连接于测杆一端的铁芯，测杆另一端从所述中空本体201的开口端伸出，并设置为与所述探头的杆体另一端抵接(比如可以是采用磁铁吸引力紧密接触)或硬连接。测杆另一端与所述探头的杆体另一端硬连接，则在水泥膨胀或收缩过程中，探头会通过测杆带动铁芯移动，进而感应组件204测得探头的位移量。所述测杆另一端与所述探头的杆体另一端采用硬连接的连接方式，比如螺纹连接、采用连接件连接等，如此，所述探头的杆体的径向位移能够完全传递至铁芯组件202，测量更为精确，位移的微小变化也能测量。

所述感应组件204可以为电磁感应组件204，其能够根据铁芯移动时的磁场变化，输出电信号，即将铁芯的位移量转换成电信号输出。所述感应组件204可包括线圈框架和设于线圈框架上的初级线圈和次级线圈，其感应原理同差动变压器的原理相同。

所述探头位移测量装置还可以包括调零弹簧203和调零螺母205，所述感应组件204的线圈框架套设于所述中空本体201上，所述调零弹簧203一端限位于所述中空本体201外侧壁上设置的凸环处，另一端抵触在所述感应组件204的一端，所述调零螺母205螺纹连接于所述中空本体201上并对所述感应组件204的另一端进行限位。通过旋转所述调零螺母205可调节所述感应组件204的位置，实现调零目的。

所述微环隙测量装置用于测量水泥浆凝固后水泥环的径向收缩位移或膨胀位移。所述微环隙测量装置可以设置为两套，分别为第一微环隙测量装置和第二微环隙测量装置，第一微环隙测量装置可用于测量水泥浆凝固后水泥环与内套管13之间(即第一界面)的微环隙，第二微环隙测量装置可用于测量水泥浆凝固后水泥环与外套管12之间(即第二界面)的微环隙。两套微环隙测量装置的测量原理可以相同，两套微环隙测量装置独立测量。也可根据需要只设置一套微环隙测量装置测量水泥环与内套管13之间或者水泥环与外套管12之间的微环隙。

如图3所示，在一示例性实施例中，设置两套所述微环隙测量装置，第一微环隙测量装置包括第一探头24和第一探头位移测量装置23，第一探头24包括杆体241和连接于杆体241一端的座体242，第一探头的座体242位于所述环形空间11内并靠近内套管13的管壁设置，第一探头的杆体241另一端沿所述环形空间11的径向从内套管13上设置的开孔中活动穿出，并延伸至外套管12的外侧。其中，第一探头的杆体241另一端依次穿过内套管第一开孔、内套管第二开孔和外套管第一开孔。或者，第一探头的杆体241另一端沿所述环形空间11的径向从内套管13上设置的内套管第一开孔中活动穿出，并位于内套管13内。其中，第一探头的座体242用于在水泥浆固化成水泥环过程中固结于水泥环内部，第一探头的座体242在水泥环收缩过程中能够带动第一探头的杆体241沿所述环形空间11的径向移动。所述第一探头位移测量装置23用于测量第一探头的杆体241在所述环形空间11的径向上的位移。第一探头位移测量装置23可以测量第一探头的杆体241的另一端的径向位移量，比如将第一探头位移测量装置23的测量头与第一探头的杆体241的另一端连接或者抵接，第一探头的杆体241发生径向移动则可带动或推动第一探头位移测量装置23的测量头移动，进而可测得第一探头的杆体241的径向位移量。第一探头位移测量装置23可以采用差动变压器等可测线性位移的位移测量装置。

第一探头的杆体241另一端延伸至外套管12的外侧，为避免第一探头的杆体241与环形空间11内的水泥浆固结在一起，所述水泥模具1还包括隔离套15，所述隔离套15的两端分别设于内套管13和外套管12上设置的隔离套15安装孔内，第一探头的杆体241从所述隔离套15中活动穿过。其中，隔离套15的一端设于所述外套管第一开孔内，另一端可以设于所述内套管第一开孔内或者内套管第二开孔内。在安装过程中，可先将隔离套15插入内套管13和外套管12上设置的隔离套15安装孔内，再将第一探头的杆体241从隔离套15中插入到位，然后将第一探头的座体242螺纹连接于杆体241的一端。当隔离套15的另一端设于内套管第二开孔内时，可以在所述内套管第一开孔内设置第一衬套，该第一衬套可以凸出于内套管第一开孔设置，对第一探头的杆体241起到一定的支撑导向作用。

第二微环隙测量装置包括第二探头22和第二探头位移测量装置21，第二探头包括杆体221和连接于杆体一端的座体222，第二探头的座体222位于所述环形空间11内并靠近外套管12的管壁设置，第二探头的杆体221另一端沿所述环形空间11的径向从外套管12上设置的外套管第二开孔中活动穿出。其中，第二探头的座体222用于在水泥浆固化成水泥环过程中固结于水泥环内部，第二探头的座体222在水泥环收缩或膨胀过程中能够带动第二探头的杆体221沿所述环形空间11的径向移动。由于外套管12可发生膨胀变形，则在水泥环外径膨胀过程中水泥环能够推动所述外套管12并带动第二探头的杆体221一起沿环形空间11的径向移动。而在水泥环外径收缩时，水泥环则带动第二探头22同步一起沿环形空间11的径向向相反反向移动，水泥环外径与外套管12之间即第二界面出现微环隙。所述第二探头位移测量装置21用于测量第二探头的杆体221在所述环形空间11的径向上的位移。第二探头位移测量装置21可以测量第二探头的杆体221的另一端的径向位移量，比如将第二探头位移测量装置21的测量头与第二探头的杆体221的另一端连接或者抵接，第二探头的杆体221发生径向移动则可带动或推动第二探头位移测量装置21的测量头移动，进而可测得第二探头的杆体221的径向位移量。第二探头位移测量装置21可以采用差动变压器等可测线性位移的位移测量装置。

两套所述微环隙测量装置的两探头即第一探头24和第二探头22，两者在水泥模具上的安装高度可以相同或不同。

如图1所示，为减少系统因素造成的测量误差，所述微环隙测量装置还可以包括用于测量参考位移量的参考位移测量装置25，参考位移测量装置25用于测量系统因素产生的测量值，即参考位移量。参考位移测量装置25的自身结构和产品规格及其在养护釜5上的设置方式与第一探头位移测量装置23和第二探头位移测量装置21相同，区别在于，参考位移测量装置25测量的是系统因素产生的位移量，用于消除实验过程中环境温度变化、电磁环境变化造成的测量系统误差，其测量头伸入养护釜5内即可，不与探头抵接或硬连接。测量过程中，在养护釜5内水泥浆温度和压力升到设计实验值并恒定两小时后将三个位移测量装置均调零，消除因为釜体内高温高压造成的位移测量装置的测杆变长的误差。随后，第一探头位移测量装置23和第二探头位移测量装置21各自的测量值减去参考位移测量装置25的测量值，才是水泥环内外径真实的变化结果。

如图3和图4所示，两套微环隙测量装置还可以均包括弹性限位装置，所述弹性限位装置包括弹性件，所述弹性件用于使探头的座体在其弹力作用下抵触在相应套管的管壁上。设置弹性限位装置将探头的座体抵触在相应套管上或是其他部件上，如此，在每次水泥浆固化模拟测量过程中，探头的座体在径向上的位置是固定的，可以减小因其位置不固定产生的测量误差。示例性地，第一微环隙测量装置还包括第一弹性限位装置，第一弹性限位装置用于使第一探头的座体242在其弹力作用下抵触在内套管13的管壁上；第二微环隙测量装置还包括第二弹性限位装置，第二弹性限位装置用于使第二探头的座体222在其弹力作用下抵触在外套管12的管壁上。第一弹性限位装置和第二弹性限位装置两者结构可以相同。

如图4所示，第二弹性限位装置包括第二衬套31和第二弹性件33，所述第二弹性件33可以为弹簧，所述第二衬套31设于外套管12上设置的外套管第二开孔中，所述第二衬套31凸出于外套管第二开孔的部分(即第二衬套31凸出于外套管12外侧的部分)套设有所述弹簧，所述弹簧处于压缩状态，其一端固定在外套管12或第二衬套31上，另一端固定在第二探头的杆体221上。本实施例中，第二弹性限位装置利用其弹簧的弹力拉紧第二探头的杆体221，使得第二探头的座体222能够紧靠在外套管12的管壁上或者第二衬套31上。

为方便第二弹性限位装置的安装，所述第二弹性限位装置还包括第二压紧帽32，第二压紧帽32可以螺纹连接于第二探头的杆体221的另一端，所述弹簧的一端可抵触在外套管12的外侧壁上，另一端抵触在第二压紧帽32内。第二压紧帽32的端面与外套管12的外侧壁之间的间隙需不小于水泥的最大径向收缩量。安装过程中，可先将第二衬套31安装在外套管第二开孔内，第二衬套31内壁涂密封脂，将第二探头的杆体221从第二衬套31中穿出外套管12外侧，然后在第二衬套31上套上弹簧，然后把第二压紧帽32螺纹连接在第二探头的杆体221的另一端，安装完毕手动按压第二压紧帽32，应灵活，压紧和弹出不受限。

如图3所示，第一弹性限位装置可以安装在外套管第一开孔处，其设置方式类似于第二弹性限位装置，在第一弹性限位装置的实施方式中，所述隔离套15可类似于第二弹性限位装置的第二衬套31。示例性地，所述隔离套15的一端凸出于所述外套管12的外侧，所述隔离套15凸出于所述外套管12外侧的部分套设有弹簧，所述弹簧一端固定于第一探头的杆体241上，另一端固定在所述隔离套15或所述外套管12上，所述弹簧处于压缩状态并使第一探头的座体242抵触在所述内套管13的管壁上。同样地，为方便第一弹性限位装置的安装，第一弹性限位装置还包括第一压紧帽，第一压紧帽可以螺纹连接于第一探头的杆体241的另一端，所述弹簧的一端可抵触在第一压紧帽内，另一端抵触在外套管12的外侧壁上。第一弹性限位装置的其他设置及安装方式同第二弹性限位装置，不再赘述。

本实施例中，水泥浆在水泥模具1的环形空间11内进行固化，模拟井下固井水泥浆的固化过程。水泥浆凝固后为水泥，其在环形空间11内凝固，也即为水泥环。随着水泥硬化阶段的进行，水泥浆凝固成的水泥环体积会发生膨胀或收缩，从而产生一定的径向收缩或膨胀量。水泥环的径向收缩或膨胀量对水泥浆的防窜性能评价影响较大。

本实施例预先在水泥模具1的环形空间11内设置探头，随着水泥浆的凝固将探头的座体固接于水泥环内部，通过水泥环在收缩或膨胀过程中的收缩力或膨胀力带动探头的杆体在水泥环的径向方向上移动，并利用探头位移测量装置测得探头的杆体在水泥环的径向方向上的位移，进而可测得水泥环在径向上的收缩量或膨胀量，径向收缩量也即水泥环与套管之间的微环隙大小，与井下实际工况相对应，对固井水泥浆膨胀能力的评价更为准确。此外，本申请实施例的测量水泥微环隙的装置可连续测量探头的杆体的径向位移量，从而可获知水泥环径向收缩或膨胀量的变化过程。本实施例中，将探头的座体靠近套管壁设置，则所测得的水泥环的径向收缩量更为接近真实的水泥与套管之间的微环隙值。

如图3、图5和图6所示，本实施例中，所述水泥模具还包括底座14，内套管13和外套管12设置在底座14上形成所述环形空间11，所述外套管12设置为可发生膨胀变形，以使其管径在水泥环膨胀力作用下变大；在水泥环膨胀过程中水泥环能够推动所述外套管12并带动探头的杆体一起沿所述环形空间11的径向移动。关于外套管12的结构，示例性地，所述外套管12可以包括两个或两个以上数目的圆弧状板，两个或两个以上数目的圆弧状板围成所述外套管12，相邻的两个圆弧状板之间密封设置并采用连接组件连接；在水泥环膨胀力作用下，相邻的两个圆弧状板之间能够产生相对位移使所述外套管12的管径变大。

示例性地，所述圆弧状板的数目可以设置为两个，每个圆弧状板呈半圆形结构，两个圆弧状板的相接处设置所述连接组件。相邻的两个圆弧状板之间可以设置一个或多个所述连接组件。

本实施例中，内套管13和外套管12可均采用金属材料制成，比如不锈钢材料。所述连接组件在水泥浆还未凝固产生膨胀力时将相邻的两个圆弧状板紧密连接在一起，在后续水泥浆凝固产生膨胀力时能够使得相邻的两个圆弧状板之间产生相对位移使外套管12的管径变大，即外套管12发生膨胀变形。

示例性地，所述连接组件包括第一连接座41、第二连接座42、连接杆45和弹簧43，第一连接座41和第二连接座42分别设置在相邻的两个所述圆弧状板上，所述连接杆45一端固定在第一连接座41上，另一端活动穿过第二连接座42上设置的杆孔，所述弹簧43套设在所述连接杆45上并利用其自身弹力使相邻的两个所述圆弧状板的对接部紧贴在一起。

所述第一连接座41、第二连接座42可以相对设置，第一连接座41和第二连接座42可以设置为两者紧靠在一起时相邻的两个圆弧状板的对接部紧贴在一起，相邻的两个所述圆弧状板之间呈密封状态。相邻的两个所述圆弧状板的对接部(也即相接处)可以重叠设置，两者之间可以采用设置密封条等密封件，涂抹密封脂等方式进行密封，以防止水泥浆在凝固前泄露。

为便于所述连接组件安装和拆卸，所述连接杆45的另一端螺纹连接有螺母44，所述弹簧43呈压缩状态，其一端抵接在所述螺母44上，另一端抵接在第二连接座42上。其中，所述连接杆45一端可以螺纹连接于所述第一连接座41，端部可采用另一螺母紧固。

本实施例中，将水泥浆(初始为可流动的)注入水泥模具的环形空间11后，水泥浆开始固化。如图5所示，在水泥浆还未凝固产生膨胀力时，通过所述连接组件的弹簧43自身的弹力使相邻的两个所述圆弧状板的对接部紧贴在一起，各个相邻的两个所述圆弧状板之间紧密相接。如图6所示，随着水泥浆的固化，水泥浆在水化至终凝失去流动性后，发生晶格膨胀，则凝固产生的膨胀力克服所述连接组件的弹簧43的弹力，相邻的两个圆弧状板之间产生相对位移，外套管12发生膨胀变形，其管径变大，但不会漏浆(水泥浆已凝固)。如果发生晶格收缩，则凝固形成的水泥环会脱离外套管12的内壁，产生微环空间隙。

所述底座14顶面上设有环形凸起17，所述外套管12的底端放置于所述底座14顶面上，所述外套管12的内壁紧贴所述环形凸起17的外侧壁设置；所述内套管13的底端固接于所述底座14顶面上，所述内套管13的外壁紧贴所述环形凸起17的内侧壁设置。在水泥模具安装过程中，可以在内套管13和外套管12的底部，以及环形凸起17的内侧壁和外侧壁处涂抹密封脂，保证环形空间11的底部不会渗漏水泥浆。其中，所述环形凸起17可起到定位作用，便于对外套管12和内套管13在底座14上的安装位置进行定位，外套管12和内套管13可容易实现同轴设置。另外，环形凸起17还可起到限位作用，在水泥浆固化发生收缩时可限制外套管12向内侧移动，并限制内套管13向外侧移动，如此，不会对水泥收缩产生的两个界面的微环隙的大小造成影响，在测量水泥两个界面的微环隙时测量结果也更为准确。此外，环形凸起17可在水泥固化发生收缩时限制外套管12和内套管13的移动，而在水泥固化发生膨胀时，则不会限制外套管12向外侧移动，外套管12则能够受水泥环膨胀力发生膨胀变形(即管径变大)，不会影响水泥环膨胀量的测量。

所述底座14顶面上设有吊装部16，所述吊装部16位于所述内套管13内，用于连接吊装装置以在安置模具时将模具吊起。所述吊装部16可以为一个固定座，在该固定座上安装可拆卸的吊耳组件以与吊装装置连接。

本实施例的水泥模具1在水泥浆固化模拟测试中，可以在环形空间11内注入水泥浆后置于养护釜5内，通过调节养护釜5内的温度和压力状态，可模拟井下水泥浆固化的高温高压环境，测量结果也更为接近实际情况。

本实施例的水泥模具的外套管12为分体式结构，在水泥浆固化模拟测试后，可方便取出凝固的水泥环而重复利用水泥模具。

本申请的测量仪器可实现固井水泥浆固化模拟和水泥环内外径连续测量。其操作简单、重复性高、与井下工况匹配性好，适用于石油及天然气井固井的防微环隙窜流的膨胀水泥浆设计及水泥膨胀材料的开发研究。

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”、“固定连接”、“安装”、“装配”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；术语“安装”、“连接”、“固定连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或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实施例中的具体含义。