一种用于测试环空水泥环封隔性能装置的组合体制取模具
技术领域
本实用新型涉及气井固井工程技术领域，尤其涉及一种用于测试环空水泥环封隔性能装置的组合体制取模具。
背景技术
水泥环处于地层岩石与套管之间，主要作用是层间封隔，保护套管，延长井筒的使用寿命。在油气井生产过程中，井下复杂环境会使水泥环的完整性受到破坏，导致环空窜流，严重的环空窜流不仅会使后续增产、开采和修井等作业无法顺利实施，还会影响建井周期、油气开采以及产能的提高，甚至可能导致全井报废，面临巨大的经济损失，因此，水泥环完整性测试是固井工程中的关键技术之一。目前国内外对水泥环完整性测试装置的研究已取得了不少的成果，例如：许红林，页岩气井多级压裂水泥环气密封完整可视评价装置：CN207296992U；李军，一种测试水泥环与套管胶结强度的实验装置：CN206386111U；廖华林，一种油气井水泥环密封特性模拟测试装置：CN204024635U。实际井况下，水泥环完整性受许多复杂因素的影响，比如，地层温度、压力、地层岩性、非均匀地应力以及固井工艺等，每一种复杂影响因素都需要一种井筒组合体与之对应，才能更准确地测试该因素影响下的水泥环完整性。现有完整性测试装置具备的井筒组合体单一，许多复杂因素不能对应测试。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种针对高温高压下水泥环封隔能力测试、非均匀地应力下水泥环封隔能力测试、套管回接段水泥环封隔能力测试以及地层围岩下水泥环一二界面封隔能力测试的组合体制取模具。
一种用于测试环空水泥环封隔性能装置的组合体制取模具，包括：
模具筒，在所述模具筒的顶部和底部分别密封固定有上盖、下盖；
所述模具筒、上盖、下盖构成一个密封的内部空间，在该内部空间内装配有用于测试高温高压下水泥环本体封隔能力的组合体、非均匀地应力下水泥环封隔能力的组合体、套管回接下水泥环封隔能力的组合体以及地层围岩下水泥环一二界面封隔能力的组合体。
进一步地，如上所述的用于测试环空水泥环封隔性能装置的组合体制取模具，所述用于测试高温高压下水泥环本体封隔能力的组合体包括：
内套管、圆形水泥环；
所述内套管通过卡槽与上盖、下盖连接，所述上盖及下盖通过螺栓与模具筒连接在一起；
所述内套管的外壁与模具筒的内壁之间构成的环形空间为所述圆形水泥环的浇筑空间。
进一步地，如上所述的用于测试环空水泥环封隔性能装置的组合体制取模具，在所述内套管的外壁附有内套外泥膜，内套外泥膜外加所述圆形水泥环。
进一步地，如上所述的用于测试环空水泥环封隔性能装置的组合体制取模具，所述用于测试非均匀地应力下水泥环封隔能力的组合体包括：
内套管、椭圆形水泥环；
所述内套管通过卡槽与上盖、下盖连接，所述上盖及下盖通过螺栓与模具筒连接在一起；
所述内套管的外壁与模具筒的内壁之间构成的环形空间为所述椭圆形水泥环的浇筑空间。
进一步地，如上所述的用于测试环空水泥环封隔性能装置的组合体制取模具，在所述内套管的外壁附内套外泥膜，内套外泥膜外加所述椭圆形水泥环。
进一步地，如上所述的用于测试环空水泥环封隔性能装置的组合体制取模具，所述用于测试套管回接下水泥环封隔能力的组合体包括：
内套管、圆形水泥环、外套管；
所述内套管通过卡槽与上盖、下盖连接，所述上盖及下盖通过螺栓与模具筒连接在一起；
所述外套管紧贴在所述模具筒的内壁上；
所述内套管的外壁与外套管的内壁之间构成的环形空间为所述圆形水泥环的浇筑空间。
进一步地，如上所述的用于测试环空水泥环封隔性能装置的组合体制取模具，在所述内套管的外壁附有内套外泥膜；在所述外套管的内壁附有外套管内泥膜。
进一步地，如上所述的用于测试环空水泥环封隔性能装置的组合体制取模具，所述用于测试地层围岩下水泥环一二界面封隔能力的组合体包括：
内套管、圆形水泥环、模拟围岩；
所述内套管通过卡槽与上盖、下盖连接，所述上盖及下盖通过螺栓与模具筒连接在一起；所述模具筒内壁紧贴一层所述模拟围岩；
所述内套管的外壁与模拟围岩的内壁之间构成的环形空间为所述圆形水泥环的浇筑空间。
进一步地，如上所述的用于测试环空水泥环封隔性能装置的组合体制取模具，在所述内套管的外壁附有内套外泥膜，所述模拟围岩的内壁附有模拟围岩内泥饼。
有益效果：
实用新型的目的是制作4种典型井筒组合体制取模具，解决4种典型影响因素对水泥环完整性影响的测试问题：1)高温高压下水泥环本体封隔能力测试组合体，解决高温高压对水泥环本体封隔性能影响的测试问题；2)非均匀地应力下水泥环封隔能力测试组合体，解决非均匀地应力对水泥环封隔性能影响的测试问题，3)套管回接下水泥环封隔能力测试组合体，解决回接固井工艺水泥环封隔能力影响的测试问题；4)地层围岩下水泥环一二界面胶结能力测试组合体，解决界面胶结质量测试评价的问题。本实用新型针对不同井身结构影响水泥环完整性的关键因素不同，分别设计了不同的测试井筒组合体与之对应，从而能更准确、更接近实际的测试这些关键因素的影响规律，为保持水泥环完整性技术提供更准确的测试手段。
附图说明
图1(a)为无泥膜情况下高温高压下水泥环本体封隔能力测试组合体的结构剖面图一；
图1(b)为无泥膜情况下高温高压下水泥环本体封隔能力测试组合体的结构剖面图二；
图1(c)为无泥膜情况下高温高压下水泥环本体封隔能力测试组合体的制取模具结构剖面图一；
图1(d)为无泥膜情况下高温高压下水泥环本体封隔能力测试组合体的制取模具结构剖面图二；
图1(e)为水泥环一界面存在泥膜的高温高压下水泥环本体封隔能力测试组合体的结构剖面图一；
图1(f)为水泥环一界面存在泥膜的高温高压下水泥环本体封隔能力测试组合体的结构剖面图二；
图1(g)为水泥环一界面存在泥膜的高温高压下水泥环本体封隔能力测试组合体的制取模具结构剖面图一；
图1(h)为水泥环一界面存在泥膜的高温高压下水泥环本体封隔能力测试组合体的制取模具结构剖面图二；
图2(a)为无泥膜情况下非均匀地应力下水泥环封隔能力测试组合体的结构剖面图一；
图2(b)为无泥膜情况下非均匀地应力下水泥环封隔能力测试组合体的结构剖面图二；
图2(c)为无泥膜情况下非均匀地应力下水泥环封隔能力测试组合体的制取模具结构剖面图一；
图2(d)为无泥膜情况下非均匀地应力下水泥环封隔能力测试组合体的制取模具结构剖面图二；
图2(e)为水泥环一界面存在泥膜的非均匀地应力下水泥环封隔能力测试组合体的结构剖面图一；
图2(f)为水泥环一界面存在泥膜的非均匀地应力下水泥环封隔能力测试组合体的结构剖面图二；
图2(g)为水泥环一界面存在泥膜的非均匀地应力下水泥环封隔能力测试组合体的制取模具结构剖面图一；
图2(h)为水泥环一界面存在泥膜的非均匀地应力下水泥环封隔能力测试组合体的制取模具结构剖面图二；
图3(a)为无泥膜情况下套管回接下水泥环封隔能力测试组合体的结构剖面图一；
图3(b)为无泥膜情况下套管回接下水泥环封隔能力测试组合体的结构剖面图二；
图3(c)为无泥膜情况下套管回接下水泥环封隔能力测试组合体的制取模具结构剖面图一；
图3(d)为无泥膜情况下套管回接下水泥环封隔能力测试组合体的制取模具结构剖面图二；
图3(e)为水泥环一二界面存在泥膜的套管回接下水泥环封隔能力测试组合体的结构剖面图一；
图3(f)为水泥环一二界面存在泥膜的套管回接下水泥环封隔能力测试组合体的结构剖面图二；
图3(g)为水泥环一二界面存在泥膜的套管回接下水泥环封隔能力测试组合体的制结构剖面图一；
图3(h)为水泥环一二界面存在泥膜的套管回接下水泥环封隔能力测试组合体的制取模具结构剖面图二；
图4(a)为无泥膜泥饼情况下地层围岩下水泥环一二界面封隔能力测试组合体的结构剖面图一；
图4(b)为无泥膜泥饼情况下地层围岩下水泥环一二界面封隔能力测试组合体的结构剖面图二；
图4(c)为无泥膜泥饼情况下地层围岩下水泥环一二界面封隔能力测试组合体的制取模具结构剖面图一；
图4(d)为无泥膜泥饼情况下地层围岩下水泥环一二界面封隔能力测试组合体的制取模具结构剖面图二；
图4(e)为水泥环一二界面存在泥膜泥饼的地层围岩下水泥环一二界面封隔能力测试组合体的结构剖面图一；
图4(f)为水泥环一二界面存在泥膜泥饼的地层围岩下水泥环一二界面封隔能力测试组合体的结构剖面图二；
图4(g)为水泥环一二界面存在泥膜泥饼的地层围岩下水泥环一二界面封隔能力测试组合体的制取模具结构剖面图一；
图4(h)为水泥环一二界面存在泥膜泥饼的地层围岩下水泥环一二界面封隔能力测试组合体的制取模具结构剖面图二；
附图标记：
1-圆形水泥环；2-内套管；3-上盖；4-下盖；5-模具筒；6-螺栓；7-内套外泥膜；7-1-外套管内泥膜；7-2-模拟围岩内泥饼；8-外套管；9-模拟围岩；10-椭圆形水泥环。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
以下是针对测试高温高压下水泥环本体封隔能力的组合体及制取模具、测试非均匀地应力下水泥环封隔能力的组合体及制取模具、测试套管回接下水泥环封隔能力的组合体及制取模具以及测试地层围岩下水泥环一二界面封隔能力的组合体及制取模具的结构阐述：
一、针对高温高压下水泥环本体封隔能力测试的组合体及制取模具
存在2种组合体：
1)无泥膜情况下组合体如图1(a)、图1(b)所示：内套管2外加圆形水泥环1。组合体制取模具如图1(c)、图1(d)所示：所述内套管2通过卡槽与上盖3、下盖4连接，所述上盖3及下盖4通过螺栓6与模具筒5连接在一起，所述模具筒5过螺栓6紧密连接在一起。所述内套管2外径d1、内径d2，所述圆形水泥环1外径D1。
2)水泥环一界面存在泥膜的组合体如图1(e)、图1(f)所示：内套管2外附泥膜7，泥膜7外加圆形水泥环1。组合体制取模具如图1(g)、图1(h)所示：所述内套管2外壁附有泥膜7，所述内套管2通过卡槽与上盖3、下盖4连接，所述上盖3及下盖4通过螺栓6与模具筒5连接在一起，所述模具筒5通过螺栓6紧密连接在一起。所述内部套管2外径d1、内径d2，所述圆形水泥环1外径D1。
二、针对非均匀地应力下水泥环封隔能力测试的组合体及制取模具
存在2种组合体：
1)无泥膜情况下组合体如图2(a)、图2(b)所示：内套管2外加椭圆形水泥环10。组合体制取模具如图2(c)、图2(d)所示：所述内套管2通过卡槽与上盖3、下盖4连接，所述上盖3及下盖4通过螺栓6与模具筒5连接在一起，所述模具筒5通过螺栓6紧密连接在一起。所述内套管2外径d3、内径d4，所述椭圆形水泥环10长径D2、短径D3，可根据要求调整长短径之比。
2)水泥环一界面存在泥膜的组合体如图2(e)、图2(f)所示：内套管2外附泥膜7，泥膜7外加椭圆形水泥环10。组合体制取模具如图2(g)、图2(h)所示：所述内套管2外壁附有泥膜7，内套管2通过卡槽与上盖3、下盖4连接，所述上盖3及下盖4通过螺栓6与模具筒5连接在一起，所述模具筒5通过螺栓6紧密连接在一起。所述内部套管2外径d3、外径d4，所述椭圆形水泥环10长径D2、短径D3，可根据要求调整长短径之比。
三、针对套管回接下水泥环封隔能力测试的组合体及制取模具
存在2种组合体：
1)无泥膜情况下组合体如图3(a)、图3(b)所示：内套管2外加圆形水泥环1，所述圆形水泥环外加外套管8。组合体制取模具如图3(c)、图3(d)所示：所述内套管2通过卡槽与上盖3、下盖4连接，所述上盖3及下盖4通过螺栓6与模具筒5连接在一起，所述模具筒5通过螺栓6紧密连接在一起，所述组合模具5内置一紧贴内壁的外套管8。所述内套管2外径d5、内径d6，所述圆形水泥环外径D4，所述外套管外径d7。
2)水泥环一二界面存在泥膜的组合体如图3(e)、图3(f)所示：内套管2外附内套外泥膜7，内套外泥膜7外加圆形水泥环1，所述圆形水泥环1外加外套管8，所述外套管8内附泥膜7-1。组合体制取模具如图3(g)、图3(h)所示：所述内套管2外壁附有内套外泥膜7，内套管2通过卡槽与上盖3、下盖4连接，所述上盖3及下盖4通过螺栓6与模具筒5连接在一起，所述模具筒5通过螺栓6紧密连接在一起，所述外套管8内置一紧贴内壁的外套管7，所述外套管8内壁附有泥膜7-1。所述内套管2外径d5、内径d6，所述圆形水泥环外径D4，所述外套管外径d7。
四、针对地层围岩下水泥环一二界面封隔能力测试的组合体及制取模具存在2种组合体：
1)无泥膜泥饼情况下组合体如图4(a)、图4(b)所示：内套管2外加圆形水泥环1，所述水泥环外加模拟围岩9。组合体制取模具如图4(c)、图4(d)所示：所述内套管2通过卡槽与上盖3、下盖4连接，所述上盖3及下盖4通过螺栓6与模具筒5连接在一起，所述模具筒5通过螺栓6紧密连接在一起，所述模具筒5内置一紧贴内壁的模拟围岩9。所述内部套管2外径d8，内径d9；所述圆形水泥环外径D5；所述模拟围岩9外径D6。所述模拟围岩9分多次在岩心中取同尺寸岩石环，在多段岩石环断面涂抹防渗透材料后，使用胶结剂将多段岩石环胶结在一起。
2)水泥环一二界面存在泥膜泥饼的组合体如图4(e)、图4(f)所示：内套管2外附内套外泥膜7，内套外泥膜7外加圆形水泥环1，所述圆形水泥环1外加模拟围岩9，所述模拟围岩9内壁附有模拟围岩内泥饼7-2。组合体制取模具如图4(g)、图4(h)所示：所述内套管2外壁附有内套外泥膜7，内套管2通过卡槽与上盖3、下盖4连接，所述上盖3及下盖4通过螺栓6与模具筒5连接在一起，所述模具筒5通过螺栓6紧密连接在一起，所述模具筒5内置一紧贴内壁的模拟围岩9，所述模拟围岩9内壁附有模拟围岩内泥饼7-2。所述内部套管2外径d8，内径d9；所述圆形水泥环外径D5；所述模拟围岩9外径D6。所述模拟围岩9分多次在岩心中取同尺寸岩石环，在多段岩石环断面涂抹防渗透材料后，使用胶结剂将多岩石环胶结在一起。
以下是针对高温高压下水泥环本体封隔能力测试组合体、非均匀地应力下水泥环封隔能力测试组合体、套管回接下水泥环封隔能力测试组合体以及地层围岩下水泥环一二界面封隔能力测试组合体的制模实施步骤：
一、针对高温高压下水泥环本体封隔能力测试组合体的制模实施步骤
1)制取无泥膜情况下的高温高压下无泥膜水泥环封隔能力测试组合体的实施步骤如图1(a)、(b)、(c)、(d)所示：
①将内套管2固定在底盖4的卡槽中，将底盖4与模具筒5通过螺栓6紧密连接在一起，形成一个环形空间。
②将调制好的水泥浆注入环形空间中，待水泥浆注满环形空间后，盖上上盖3，通过螺栓6将上盖2与模具筒5紧密连接在一起。
③将整个模具放入高温高压养护釜中在设定压力及温度条件下养护一定的龄期，取出模具，拆模即可得到组合体。
2)制取水泥环一界面存在泥膜的高温高压下水泥环本体封隔能力测试组合体的实施步骤如图1(e)、(f)、(g)、(h)所示：
①将内套管2放入钻井液中冲洗n小时，使内套管2外壁附着一层内套外泥膜7；
②将内套管2固定在底盖4的卡槽中，将底盖4与模具筒5通过螺栓6紧密连接在一起，形成一个环形空间。
③将调制好的水泥浆注入环形空间中，待水泥浆注满环形空间后，盖上上盖3，通过螺栓6将上盖2与模具筒5紧密连接在一起。
④将整个模具放入高温高压养护釜中在设定压力及温度条件下养护一定的龄期，取出模具，拆模即可得到组合体。
二、针对非均匀地应力下水泥环封隔能力测试组合体的制模实施步骤
1)制取无泥膜情况下非均匀地应力下水泥环封隔能力测试组合体的实施步骤如图2(a)、(b)、(c)、(d)所示：
①将内套管2固定在底盖4的卡槽中，将底座4与模具筒5通过螺栓6紧密连接在一起，形成一个环形空间。
②将调制好的水泥浆注入环形空间中，待水泥浆注满环形空间后，盖上上盖3，通过螺栓6将上盖3与模具筒5紧密连接在一起。
③将整个模具放入高温高压养护釜中在设定压力及温度条件下养护一定的龄期，取出模具，拆模即可得到组合体。椭圆柱形组合体可模拟水泥环在井下所受不均匀地应力的情况。
2)制取水泥环一界面存在泥膜的非均匀地应力下水泥环封隔能力测试组合体的实施步骤如图2(e)、(f)、(g)、(h)所示：
①将内套管2放入钻井液中冲洗n小时，使内套管2外壁附着一层内套外泥膜7；
②将内套管2固定在底盖4的卡槽中，将底座4与模具筒5通过螺栓6紧密连接在一起，形成一个环形空间。
③将调制好的水泥浆注入环形空间中，待水泥浆注满环形空间后，盖上上盖3，通过螺栓6将上盖3与模具筒5紧密连接在一起。
④将整个模具放入高温高压养护釜中在设定压力及温度条件下养护一定的龄期，取出模具，拆模即可得到组合体。椭圆柱形组合体可模拟水泥环在井下所受不均匀地应力的情况。
三、针对套管回接下水泥环封隔能力测试组合体的制模实施步骤
1)制取无泥膜情况下的套管回接下水泥环封隔能力测试组合体的实施步骤如图3(a)、(b)、(c)、(d)所示：
①将内套管2固定在底盖4的卡槽中，将底座4与模具筒5通过螺栓6紧密连接在一起，将外套管8紧贴模具筒5内壁放置，形成一个环形空间。
②将调制好的水泥浆注入环形空间中，待水泥浆注满环形空间后，盖上上盖3，通过螺栓6将上盖3与模具筒5紧密连接在一起。
③将整个模具放入高温高压养护釜中在设定压力及温度条件下养护一定的龄期，取出模具，拆模即可得到组合体。
2)制取水泥环一二界面存在泥膜的套管回接下水泥环封隔能力测试组合体的实施步骤如图3(e)、(f)、(g)、(h)所示：
①分别将内套管2与外套管8放入钻井液中冲洗n小时，使内套管2外壁以及外套管8内壁附着一层外套管内泥膜7-1；
②将内套管2固定在底盖4的卡槽中，将底座4与模具筒5通过螺栓6紧密连接在一起，将外套管8紧贴模具筒5内壁放置，形成一个环形空间。
③将调制好的水泥浆注入环形空间中，待水泥浆注满环形空间后，盖上上盖3，通过螺栓6将上盖3与模具筒5紧密连接在一起。
④将整个模具放入高温高压养护釜中在设定压力及温度条件下养护一定的龄期，取出模具，拆模即可得到组合体。
四、针对地层围岩下水泥环一二界面封隔能力测试组合体的制模实施步骤
1)制取无泥膜泥饼情况下地层围岩下水泥环一二界面封隔能力测试组合体的实施步骤如图4(a)、(b)、(c)、(d)所示：
①将内套管2固定在底盖4的卡槽中，将底座4与模具筒5通过螺栓6紧密连接在一起，将模拟围岩9紧贴模具筒5内壁放置，形成一个环形空间。
②将调制好的水泥浆注入环形空间中，待水泥浆注满环形空间后，盖上上盖2，通过螺栓6将上盖2与模具筒5紧密连接在一起。
③将整个模具放入高温高压养护釜中在设定压力及温度条件下养护一定的龄期，取出模具，拆模即可得到组合体。
2)制取水泥环一二界面存在泥膜泥饼的地层围岩下水泥环一二界面封隔能力测试组合体的实施步骤如图4(e)、(f)、(g)、(h)所示：
①分别将内套管2与模拟围岩9放入钻井液中冲洗n小时，使内部套管2外壁附着一层内套外泥膜7，模拟围岩9内壁分别形成一层模拟围岩内泥饼7-2；
②将内套管2固定在底盖4的卡槽中，将底座4与模具筒5通过螺栓6紧密连接在一起，将模拟围岩9紧贴模具筒5内壁放置，形成一个环形空间。
③将调制好的水泥浆注入环形空间中，待水泥浆注满环形空间后，盖上上盖3，通过螺栓6将上盖3与模具筒5紧密连接在一起。
④将整个模具放入高温高压养护釜中在设定压力及温度条件下养护一定的龄期，取出模具，拆模即可得到组合体。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
