试样6与压杆之间放置铜质密封垫片一 91，钢管试样6下端放置于爸体5内底部凹槽，凹槽内同样放置铜质密封垫片二 92。
[0032]装配时首先将钢管试样6放置于釜体5内底部凹槽的铜质密封垫片二 92上，然后将压杆4放置有铜质密封垫片一 91的底端放置于钢管试样上端，并向釜体内腔加入环空加压流体，将釜盖3保持竖直与釜体5旋紧，压杆4便伸入釜盖3中心孔中，继续将压头2旋入釜盖3并拧紧，此时压头抵紧压杆4实现压头2与压杆4之间的密封连接，同时向下滑动的压杆4压紧钢管试样6借助铜质密封垫片一 91达到试样与压杆4和釜体5的密封，从而实现驱替通道10的联通和密封。将围压管线和驱替管线跟别连接至釜盖3和压头2顶部，将仪器放置于加热套内，通过控制模拟在不同温度和围压的井底条件下测量钢管试样的抗窜强度。
[0033]参见附图3，压头2为中空丝杆，杆身直径25_与釜盖顶部孔眼相配合，压头顶端留有高压管线安装母扣用于连接驱替压力管线。底部为锥形尖头，锥面经过镜面抛光处理便于实现与压杆顶部凹槽的镜面密封连接。
[0034]参见附图4，压杆4为25mm中空圆柱杆，杆身加工有两道宽3mm深2mm凹槽用于安装密封圈一 81，杆底端内径26mm可安装铜质密封垫片一 91用于密封杆与钢管试样上端。杆顶部加工有锥形凹槽，凹槽面经过镜面抛光处理，实现与压头的镜面密封连接。
[0035]参见附图5，釜盖3顶部加工有直径15mm深20mm螺纹孔眼用于装配压头，釜盖上还加工有围压通道11，通道顶部加工有高压管线接头母扣用于连接围压管线，两侧加工有安装杆母扣用于安装安装杆。中部为螺纹7连接用于连接釜体，下部留有密封圈二 82安装凹槽，与釜体相配合用于密封于釜体的连接。底部加工有直径26mm中心孔，为压杆上下活动通道，孔内壁经过抛光处理，便于与压杆密封圈一 81实现动态密封。
[0036]参见附图6，爸体5为外径110mm的空心圆柱筒，内筒底部有深3mm直径26mm的凹槽用于安放铜质密封垫片二 92，筒内侧顶部车有螺纹二 72及密封圈二 82安装槽用于安装和密封釜盖。
[0037]参见附图7，钢管试样6所使用钢管是外径为25?26mm，内径为20?21mm，长度为79?81_的不锈钢钢管13。通过不同的制作方法将水泥石12固结于钢管内部可制作成微裂缝和微间隙试样，以模拟不同水泥环损伤类型。
[0038]本发明的工作原理和试验流程是:
[0039]1、钢管试样6是HTHP固井水泥环完整性模拟试验仪的基本部件，不锈钢钢管13内部固结有水泥石12，按照不同实验要求制作微裂缝或微间隙钢管试样6备用。
[0040]2、将铜质密封垫片二 92置于釜体5底部凹槽中，将第一步制备好的钢管试样6放置于密封垫片二 92上并将压杆4与上密封垫片一 91套于钢管试样上端。将釜体空间加入增压流体自来水或油。
[0041]3、将釜盖3与釜体5旋紧，此时压杆4会伸入到釜盖3的中心孔中，并凭借压杆4上的密封圈一 81实现与釜盖3的动态密封。
[0042]4、将压头2旋入釜盖3上部螺纹孔眼中，直至接触压杆4，并继续旋紧使压杆4压紧钢管试样6，实现试样6与爸体5和压杆4间的密封。
[0043]5、将试验仪放入加热套中，然后将围压管线和驱替管线分别连接至釜盖3，建立驱替通道10与围压通道11。
[0044]a无围压常温试验
[0045]即不给试样施加围压(P2a= OMPa)的情况下常温测得的抗窜强度。直接施加水力压力Pi，测定仪器出口端滴出第一滴水时的水力压*P_a，即为油井水泥固化体样品无围压常温条件下的抗窜强度值。
[0046](b)带围压常温试验
[0047]即给试样施加一定围压的情况下常温测得的抗窜强度。首先，施加预定的围压值P2b，然后施加水力压力P，并测定样品的抗窜强度值P_b，即为油井水泥固化体样品在P2b围压常温条件下的抗窜强度值。
[0048](c)带围压高温试验
[0049]即给试样施加一定围压并在高温情况下测得的抗窜强度。首先封住围压通道与驱替通道，将仪器置于加热套中升温，随着温度的升高，由于釜体中传压流体的膨胀，围压会缓慢增长，到温度达到指定温度后，打开围压通道将围压增至指定围压P2。，然后按照b测试方法继续测试，测定样品的抗窜强度值P_。，即为油井水泥固化体样品在匕2围压常温条件下的抗窜强度值。
[0050]综上，本发明通过模拟井下温度变化对固井水泥环抗窜强度的影响规律，定量测定分析固井水泥环在不同井深温度条件下抗窜强度的变化情况，使测试数据能够真实、准确和完整地反应固井水泥环的完整性和力学性能，如水泥环在高温高压条件下的自修复性能等等，进而有针对性地提出改善固井水泥石力学性能的机理与措施，提高固井水泥石在井下条件的完整性和承载能力。该固井水泥环完整性模拟评价试验仪的研究对于准确评价固井水泥环的完整性，开展固井水泥环完整性与耐久性的研究，为固井设计提供可靠的设计依据，提高固井质量，延长油气井寿命具有重要的工程价值。
【主权项】
1.一种HTHP固井水泥环完整性模拟评价试验仪，包括釜体(5)和釜盖(3)，其特征在于，釜盖(3)顶部中心处通过螺纹一(71)连接压头(2)，压头(2)顶部留有高压管线接头母扣，用于连接高压管线并施加驱替压力，底部为锥形尖头，锥面打磨光滑与压杆(4)顶部锥形凹槽实现镜面密封；压杆(4)安装于釜盖(3)的中心孔处，在中心孔上下滑动，压杆(4)通过杆上安装的密封圈一(81)实现与釜盖(3)之间的滑动密封，压杆(4)下端加工有安放钢管试样(6)的凹槽，在钢管试样(6)与压杆(4)之间放置铜质密封垫片一(91)，钢管试样(6)下端放置于釜体(5)内底部凹槽，凹槽内同样放置铜质密封垫片二(91)。2.根据权利要求1所述ΗΤΗΡ固井水泥环完整性模拟评价试验仪，其特征在于，所述釜盖(3)两斜侧通过螺纹紧扣有安装杆(1)，用于旋紧釜盖(3)与釜体(5)的螺纹二(72)连接。3.根据权利要求1所述ΗΤΗΡ固井水泥环完整性模拟评价试验仪，其特征在于，所述钢管试样(6)所使用钢管是外径为25?26mm，内径为20?21mm，长度为79?81mm的不锈钢钢管(13)。4.根据权利要求1所述HTHP固井水泥环完整性模拟评价试验仪，其特征在于，所述釜体(5)为外径110mm的空心圆柱筒，内筒底部有深3mm，直径26mm的凹槽，用于安放铜质密封垫片二(91)，筒内侧顶部车有螺纹二(72)及密封圈二(82)安装槽用于安装和密封釜盖⑶。5.根据权利要求1所述HTHP固井水泥环完整性模拟评价试验仪，其特征在于，所述压杆(4)为直径25_的中空圆柱杆，杆身加工有两道宽3_，深2_凹槽，用于安装密封圈一(81)，杆底端内径26mm，用于安装铜质密封垫片一(91)密封杆底与钢管试样(6)上端，杆顶部加工有锥形凹槽，凹槽面经过镜面抛光处理，实现与压头(2)的镜面密封连接。6.根据权利要求1所述HTHP固井水泥环完整性模拟评价试验仪，其特征在于，所述釜盖(3)顶部加工有直径15mm，深20mm的螺纹一(71)孔眼，用于装配压头(2)，釜盖(3)上还加工有围压通道(11)，通道顶部加工有高压管线接头母扣用于连接围压管线，两侧加工有安装杆母扣用于安装安装杆(1)，中部为螺纹二(72)用于连接釜体(5)，下部留有密封圈二(82)安装凹槽，与釜体(5)相配合，用于密封与釜体(5)的连接，底部加工有直径26_的中心孔，为压杆(4)的上下活动通道，孔内壁经过抛光处理，便于与压杆密封圈一(81)实现动态密封。7.根据权利要求1所述HTHP固井水泥环完整性模拟评价试验仪，其特征在于，所述压头⑵为中空丝杆，杆身直径25_，与釜盖(3)顶部孔眼相配合，压头(2)顶端留有高压管线安装母扣用于连接驱替压力通道(10)管线，底部为锥形尖头，锥面经过镜面抛光处理便于实现与压杆顶部凹槽的镜面密封连接。
【专利摘要】一种HTHP固井水泥环完整性模拟评价试验仪，包括釜体和釜盖，釜盖顶部中心处通过丝扣连接压头，压头顶部留有高压管线接头母扣，用于连接高压管线并施加驱替压力，底部为锥形尖头，锥面打磨光滑与压杆顶部锥形凹槽实现镜面密封；压杆安装于釜盖的中心孔处，在中心孔上下滑动，压杆通过杆上安装的密封圈实现与釜盖之间的滑动密封，压杆下端加工有安放钢管试样的凹槽，在钢管试样与压杆之间放置铜质密封垫片，钢管试样下端放置于釜体内底部凹槽，凹槽内同样放置铜质密封垫片，本发明能模拟水泥固化体所处的井下实际高温高压环境，并能同时在该条件下测定固化体样品微裂缝及微间隙的自修复能力，且试验浆体用量小，试验工作时间短。
【IPC分类】G01N3/18, G01N3/12
【公开号】CN105300803
【申请号】CN201510711414
【发明人】武星星, 宋涛涛, 冯雄雄, 谷建东, 张健, 高珍妮, 杨振杰
【申请人】西安石油大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年10月28日