阅读说明：本技术 一种固井水泥环封隔能力测试装置 (Well cementation cement sheath packing capacity testing device ) 是由 夏宏伟 缪云 唐诗国 辜涛 郑友志 唐思洪 焦利宾 王福云 青胜兰 付志 赵彬凌 于 2019-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种固井水泥环封隔能力测试装置,属于石油工程固井领域,一种固井水泥环封隔能力测试装置包括保护壳和上釜盖,上釜盖连接于保护壳上端,保护壳内壁上固定连接有保温层,保温层位于保护壳内侧,上釜盖内底端固定连接有内釜底盖,上釜盖下端固定连接有套管,套管下端与内釜底盖转动连接,套管外侧设置有模拟地层,套管与模拟地层之间设有水泥空腔,水泥空腔中填充有水泥环,将测试装置内部的模拟地层设置成两部分,测试结束后,只需要将两部分的模拟地层相互分离,即可将固化的水泥环轻易取出,可以很好的保护测试装置,延长测试装置的使用寿命。(The invention discloses a well cementation cement sheath packing capability test device, which belongs to the field of petroleum engineering well cementation and comprises a protective shell and an upper kettle cover, wherein the upper kettle cover is connected to the upper end of the protective shell, a heat preservation layer is fixedly connected to the inner wall of the protective shell and is positioned at the inner side of the protective shell, an inner kettle bottom cover is fixedly connected to the inner bottom end of the upper kettle cover, the lower end of the upper kettle cover is fixedly connected with a sleeve, the lower end of the sleeve is rotatably connected with the inner kettle bottom cover, a simulated stratum is arranged at the outer side of the sleeve, a cement cavity is arranged between the sleeve and the simulated stratum, a cement sheath is filled in the cement cavity, the simulated stratum in the test device is arranged into two parts, and after the test is finished, the, the solidified cement sheath can be taken out easily, the testing device can be well protected, and the service life of the testing device is prolonged.)

一种固井水泥环封隔能力测试装置

技术领域

本发明涉及石油工程固井领域，更具体地说，涉及一种固井水泥环封隔能力测试装置。

背景技术

油气井固井作业是指油井水泥注入井下套管与地层之间的环形空间内，使水泥浆在设计时间内凝结、固化，形成具有层间封隔能力的水泥环的过程。水泥环在井下的作用除了封隔地层外，对悬挂和保护套管，延长全井生产周期也有着不可或缺的作用。

然而，水泥环在井下的服役环境十分恶劣。现场实际施工时，套管偏心、大肚子井眼、混浆、充填不均等工况亦会对水泥环自身性能产生不容忽视的影响，遇到恶劣、持续的载荷作业及热应力的冲击更会对保障固井水泥环封隔能力提出难题。钻进过程中，上一开次水泥环要承受当前钻进过程中的钻柱碰撞、钻井液密度变化、井下复杂作业时带来的压力骤增与骤减以及套管试压等；增产求产过程中，射孔、酸化、压裂、试油等作业带来的载荷变化，均会对水泥环封隔能力提出更严峻的挑战；生产过程中，尤其是高温高压的天然气井，不断产出的高压气体会使油管温度逐渐升高，而环空中填充的工作液温度也会愈来愈高，液体升温必然会存在膨胀效应，液体高温膨胀对固井水泥环的影响也不容忽视。

近年来，随着对固井水泥环封隔能力研究的不断深入，国内外诸多学者、机构推出了自己的测试手段及测试装置，例如：水泥环密封完整性实验装置(SPE168321)，可以模拟套管内外压力及温度变化，直接观察水泥环表面是否发生微裂缝，并借助CT扫描进行后续研究；一种水泥环结构完整性力学实验装置(CN103498662A)，预先在养护釜体内养护套管水泥环结构，而后放入测试釜体内通过轴向机械加压方式检测套管-水泥环组合体的完整性；一种深水固井水泥环封隔性能测试装置(CN103174409A)，采用不同类型材料模拟不同地层，仪器配有应变片，用于测量水泥环应变，借以推算应力，通过改变套管内压，测试水泥环完整性；地层作用下套管-水泥环损坏室内模拟试验装置(CN101725345A)，在模拟器内养护实验样品，放入实验装置内模拟层间滑动，通过应变片检测水泥环样品位移情况；一种固井水泥环性能模拟实验装置及实验方法(CN102979505A)采用全尺寸模拟井下结构，并采用人造围岩，设有注入工作液的进口，可以循环不同工作液。

上述测试手段及测试装置都是力图还原水泥环在井下的实际承载状态来研究水泥环的完整性问题。但是上述专利的技术方案中未提及测试结束后水泥环的取出操作，而且从上述技术方案的设计看出，其中的水泥环在固化之后极其不方便取出，强行取出则会损坏装置。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种固井水泥环封隔能力测试装置，它将测试装置内部的模拟地层设置成两部分，测试结束后，只需要将两部分的模拟地层相互分离，即可将固化的水泥环轻易取出，可以很好的保护测试装置，延长测试装置的使用寿命。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种固井水泥环封隔能力测试装置，包括测试装置本体，所述测试装置本体包括保护壳和上釜盖，所述上釜盖连接于保护壳上端，所述保护壳内壁上固定连接有保温层，所述保温层位于保护壳内侧，所述上釜盖内底端固定连接有内釜底盖，所述上釜盖下端固定连接有套管，所述套管下端与内釜底盖转动连接，所述套管外侧设置有模拟地层，所述套管与模拟地层之间设有水泥空腔，所述水泥空腔中填充有水泥环，所述模拟地层上端与保护壳滑动连接，所述模拟地层下端与内釜底盖滑动连接，所述保护壳和保温层上对应开凿有螺纹孔，所述保护壳侧端设有紧固旋柱，所述紧固旋柱端部贯穿螺纹孔并与模拟地层转动连接，将测试装置内部的模拟地层设置成两部分，测试结束后，只需要将两部分的模拟地层相互分离，即可将固化的水泥环轻易取出，可以很好的保护测试装置，延长测试装置的使用寿命。

进一步的，所述模拟地层以纵轴方向分隔为两部分，所述内釜底盖上端开凿有一对导向滑动槽，所述模拟地层下端固定连接有导向滑动块，所述导向滑动块位于导向滑动槽中并与导向滑动槽滑动连接，测试结束后，拧松紧固螺柱，紧固螺柱带着一对模拟地层随着导向滑动块沿着导向滑动槽滑动而相互远离，使得模拟地层与水泥环相分离。

进一步的，所述导向滑动块位于模拟地层远离水泥环的一端，一对所述导向滑动槽相靠近的端部之间的距离大于水泥环的外直径，且大1-2mm，保证在向水泥空腔中注入水泥浆的过程中，水泥浆不会渗入导向滑动槽中。

进一步的，所述内釜底盖上端中心处开凿有异形管槽，所述套管下端固定连接有一对适配块，所述适配块与异形管槽相匹配，将适配块对准异形管槽将套管下端***异形管槽中，旋转一定角度后，套管固定于内釜底盖上，测试结束之后，拧松紧固螺柱，反向旋转套管，使得适配块脱离异形管槽。

进一步的，所述套管上固定套接有O型限位环，所述O型限位环位于适配块上侧，且O型限位环的直径小于模拟地层的内直径，且小0.5-0.8mm，测试结束后，拧松紧固螺柱，向上拉动套管，套管带着O型限位环向上移动，同时将水泥环向上带出，达到取出水泥环的目的。

进一步的，所述模拟地层侧端开凿有限位旋转槽，所述紧固旋柱端部固定连接有限位圆盘，所述限位圆盘位于限位旋转槽中并与限位旋转槽转动连接，所述限位旋转槽为T型状，所述限位圆盘的直径大于紧固旋柱的直径，且大0.5-1mm，T型状的限位旋转槽可将限位圆盘限定于其中，使得在转动紧固旋柱的过程中，限位圆盘不会脱离限位旋转槽，同时可带着模拟地层稳定向外侧移动。

进一步的，所述限位圆盘端部固定连接有摩擦垫，所述摩擦垫采用乙丙橡胶、氟胶和全氟醚橡胶中的一种，测试水泥环的过程中，水泥环处的温度可达130℃，而乙丙橡胶、氟胶和全氟醚橡胶这三种材料制成的摩擦垫最高可承受316℃，最低也可承受150℃，可避免摩擦垫的烫伤，另外，摩擦垫还起到一定的隔热作用，极大程度上减小热量的传递。

进一步的，所述紧固旋柱远离保护壳的一端包裹有隔热套，所述隔热套采用耐高温硅胶材料，减少热量向外部的传递，同时可减小紧固旋柱端部的发热程度，避免烫伤工作人员。

进一步的，所述隔热套表面刻设有凹凸不平的条纹，且条纹深度为1-1.5mm，一定深度的凹凸不平条纹可增强隔热套表面的散热效果。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案将测试装置内部的模拟地层设置成两部分，测试结束后，只需要将两部分的模拟地层相互分离，即可将固化的水泥环轻易取出，可以很好的保护测试装置，延长测试装置的使用寿命。

(2)模拟地层以纵轴方向分隔为两部分，内釜底盖上端开凿有一对导向滑动槽，模拟地层下端固定连接有导向滑动块，导向滑动块位于导向滑动槽中并与导向滑动槽滑动连接，测试结束后，拧松紧固螺柱，紧固螺柱带着一对模拟地层随着导向滑动块沿着导向滑动槽滑动而相互远离，使得模拟地层与水泥环相分离。

(3)导向滑动块位于模拟地层远离水泥环的一端，一对导向滑动槽相靠近的端部之间的距离大于水泥环的外直径，且大1-2mm，保证在向水泥空腔中注入水泥浆的过程中，水泥浆不会渗入导向滑动槽中。

(4)内釜底盖上端中心处开凿有异形管槽，套管下端固定连接有一对适配块，适配块与异形管槽相匹配，将适配块对准异形管槽将套管下端***异形管槽中，旋转一定角度后，套管固定于内釜底盖上，测试结束之后，拧松紧固螺柱，反向旋转套管，使得适配块脱离异形管槽。

(5)套管上固定套接有O型限位环，O型限位环位于适配块上侧，且O型限位环的直径小于模拟地层的内直径，且小0.5-0.8mm，测试结束后，拧松紧固螺柱，向上拉动套管，套管带着O型限位环向上移动，同时将水泥环向上带出，达到取出水泥环的目的。

(6)模拟地层侧端开凿有限位旋转槽，紧固旋柱端部固定连接有限位圆盘，限位圆盘位于限位旋转槽中并与限位旋转槽转动连接，限位旋转槽为T型状，限位圆盘的直径大于紧固旋柱的直径，且大0.5-1mm，T型状的限位旋转槽可将限位圆盘限定于其中，使得在转动紧固旋柱的过程中，限位圆盘不会脱离限位旋转槽，同时可带着模拟地层稳定向外侧移动。

(7)限位圆盘端部固定连接有摩擦垫，摩擦垫采用乙丙橡胶、氟胶和全氟醚橡胶中的一种，测试水泥环的过程中，水泥环处的温度可达130℃，而乙丙橡胶、氟胶和全氟醚橡胶这三种材料制成的摩擦垫最高可承受316℃，最低也可承受150℃，可避免摩擦垫的烫伤，另外，摩擦垫还起到一定的隔热作用，极大程度上减小热量的传递。

(8)紧固旋柱远离保护壳的一端包裹有隔热套，隔热套采用耐高温硅胶材料，减少热量向外部的传递，同时可减小紧固旋柱端部的发热程度，避免烫伤工作人员。

(9)隔热套表面刻设有凹凸不平的条纹，且条纹深度为1-1.5mm，一定深度的凹凸不平条纹可增强隔热套表面的散热效果。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为图2中A处的结构示意图；

图4为图2中B处的结构示意图；

图5为本发明的内釜底盖处的结构示意图；

图6为本发明的套管的立体图；

图中标号说明：

1保护壳、2上釜盖、3保温层、4内釜底盖、5套管、6水泥环、7模拟地层、8紧固旋柱、9导向滑动槽、10导向滑动块、11适配块、12异形管槽、13O型限位环、14限位圆盘、15限位旋转槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1和图2，一种固井水泥环封隔能力测试装置，包括测试装置本体，测试装置本体包括保护壳1和上釜盖2，上釜盖2连接于保护壳1上端，请参阅图3和图4，保护壳1内壁上固定连接有保温层3，保温层3位于保护壳1内侧，上釜盖2内底端固定连接有内釜底盖4，上釜盖2下端固定连接有套管5，套管5下端与内釜底盖4转动连接，套管5外侧设置有模拟地层7，套管5与模拟地层7之间设有水泥空腔，水泥空腔中填充有水泥环6，模拟地层7上端与保护壳1滑动连接，模拟地层7下端与内釜底盖4滑动连接，保护壳1和保温层3上对应开凿有螺纹孔，保护壳1侧端设有紧固旋柱8，紧固旋柱8端部贯穿螺纹孔并与模拟地层7转动连接，将测试装置内部的模拟地层7设置成两部分，测试结束后，只需要将两部分的模拟地层7相互分离，即可将固化的水泥环6轻易取出，可以很好的保护测试装置，延长测试装置的使用寿命。

模拟地层7以纵轴方向分隔为两部分，内釜底盖4上端开凿有一对导向滑动槽9，模拟地层7下端固定连接有导向滑动块10，导向滑动块10位于导向滑动槽9中并与导向滑动槽9滑动连接，测试结束后，拧松紧固螺柱8，紧固螺柱8带着一对模拟地层7随着导向滑动块10沿着导向滑动槽9滑动而相互远离，使得模拟地层7与水泥环6相分离。

请参阅图3，导向滑动块10位于模拟地层7远离水泥环6的一端，一对导向滑动槽9相靠近的端部之间的距离大于水泥环6的外直径，且大1-2mm，保证在向水泥空腔中注入水泥浆的过程中，水泥浆不会渗入导向滑动槽9中。

请参阅图3和图5，内釜底盖4上端中心处开凿有异形管槽12，套管5下端固定连接有一对适配块11，适配块11与异形管槽12相匹配，将适配块11对准异形管槽12将套管5下端***异形管槽12中，旋转一定角度后，套管5固定于内釜底盖4上，测试结束之后，拧松紧固螺柱8，反向旋转套管5，使得适配块11脱离异形管槽12。

请参阅图6，套管5上固定套接有O型限位环13，O型限位环13位于适配块11上侧，且O型限位环13的直径小于模拟地层7的内直径，且小0.5-0.8mm，测试结束后，拧松紧固螺柱8，向上拉动套管5，套管5带着O型限位环13向上移动，同时将水泥环6向上带出，达到取出水泥环6的目的。

请参阅图4，模拟地层7侧端开凿有限位旋转槽15，紧固旋柱8端部固定连接有限位圆盘14，限位圆盘14位于限位旋转槽15中并与限位旋转槽15转动连接，限位旋转槽15为T型状，限位圆盘14的直径大于紧固旋柱8的直径，且大0.5-1mm，T型状的限位旋转槽15可将限位圆盘14限定于其中，使得在转动紧固旋柱8的过程中，限位圆盘14不会脱离限位旋转槽15，同时可带着模拟地层7稳定向外侧移动。

限位圆盘14端部固定连接有摩擦垫，摩擦垫采用乙丙橡胶、氟胶和全氟醚橡胶中的一种，测试水泥环5的过程中，水泥环6处的温度可达130℃，而乙丙橡胶、氟胶和全氟醚橡胶这三种材料制成的摩擦垫最高可承受316℃，最低也可承受150℃，可避免摩擦垫的烫伤，另外，摩擦垫还起到一定的隔热作用，极大程度上减小热量的传递。

紧固旋柱8远离保护壳1的一端包裹有隔热套，隔热套采用耐高温硅胶材料，减少热量向外部的传递，同时可减小紧固旋柱8端部的发热程度，避免烫伤工作人员。

隔热套表面刻设有凹凸不平的条纹，且条纹深度为1-1.5mm，一定深度的凹凸不平条纹可增强隔热套表面的散热效果。

相较于对比文件中的技术方案，本方案将测试装置内部的模拟地层7设置成两部分，测试结束后，拧松紧固螺柱8，紧固螺柱8带着一对模拟地层7随着导向滑动块10沿着导向滑动槽9滑动而相互远离，使得模拟地层7与水泥环6相分离，旋转套管5，使得适配块11脱离异形管槽12，向上拉动套管5，套管5带着O型限位环13向上移动，同时将水泥环6向上带出，达到取出水泥环6的目的，可以很好的保护测试装置，延长测试装置的使用寿命。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。