一種含水合物、冰地層固井水泥環二界面膠結強度測試裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種固井水泥質量檢測的設備，特別涉及一種含水合物、冰地層固井水泥環二界面膠結強度測試裝置。
【背景技術】
[0002]隨著油氣田對固井質量要求越來越高，相應的水泥漿固結性能測試評價受到越來越多的關注，尤其是二界面膠結強度被格外重視。目前，國內外在此方面僅從聲波/電磁波測井等地球物理技術方面予以評價，而在實驗室內的模擬評價裝置很少，即使有也非常簡陋，常見的就是用帶有一定孔隙的厚壁水泥砂漿管(厚度一般為15?20cm)充當模擬地層，然后在水泥環內壁浸泡鉆井液，之后向水泥砂漿管內注入要測試的固井水泥漿，待固結后，用萬能材料試驗機的壓頭對管中的水泥柱加壓，測試其極限剪切力。此方法雖然可模擬固井水泥漿的固結過程，但是由于模擬地層與實際地層物性相差較大，鉆井液浸泡也是在常溫常壓下進行，故與實際情況出入較大，因此，得到的檢測結構與實際偏差較大，測試結果準確度較低，對于井下實際作業的參考價值有限。
[0003]此外，近些年來，天然氣水合物作為一種清潔新能源，廣泛分布于陸上凍土帶和海底沉積物中，以其巨大資源儲量被譽為21世紀極具潛力的潔凈新能源，對于緩解日益嚴重的全球能源危機具有舉足輕重的作用。眾所周知，陸上多年凍土帶所蘊藏的天然氣水合物資源非常豐富，加快凍土區天然氣水合物的勘探與開發已越來越受到相關國家的重視。由于多年凍土區存在較厚的不穩定地層，加之天然氣水合物僅在低溫高壓條件下穩定存在，在固井過程中應嚴格控制水泥漿水化熱和井內溫度以確保井壁附近地層中水合物和冰的穩定，從而保證固井質量。因此，如何在如此低溫情況下安全高效固井則是天然氣水合物勘探與開發研究中的一個新熱點，尤其是如何保證水泥環與井壁的膠結質量則直接決定了水合物能否安全、順利開采。因此，需要開發相應的固井質量模擬測試裝置，從而為固井液體系設計及其施工工藝選擇提供預評價的技術平臺。在此方面，目前國內外還沒有相應的實驗評價裝置，主要是因為難于解決水合物生成和井壁臨時密封支撐的問題。本實用新型立足于此問題，在國內外首次創造了聚乙烯醇膜管充當帶泥皮臨時井壁技術，較好地解決了水合物密封生成與水泥漿注入解封接觸的問題，實現了可模擬含有水合物和冰的低溫地層原位固井二界面膠結質量的定量試驗評價，為今后凍土區天然氣水合物勘探與開發、工程基礎施工以及地下空間加固等領域的工程施工提供了有力的實驗技術支持。
[0004]基于此，有必要開發出能夠模擬井下實際作業環境的含水合物、冰地層固井水泥漿二界面膠結強度測試裝置，為凍土區水合物地層固井生產和工程施工提供更為科學合理的評價數據。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種含水合物、冰地層固井水泥環二界面膠結強度測試裝置，填補了當前天然氣水合物勘探與開發固井評價技術的空白，且相對于現有的常規油氣井固井二界面膠結質量評價實驗儀器不論在設計原理上、還是測試精度上以及與實際情況的吻合度上，都取得了創新性的技術突破，首次全方位考慮了井下溫度、壓力和地層結構與組分的影響，能夠在整個實驗過程中模擬出井下溫度和壓力，從而使固井質量評價更真實，數據更可靠。
[0006]本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下:一種含水合物、冰地層固井水泥環二界面膠結強度測試裝置，包括釜殼底座和模擬套管，上述模擬套管豎直設置在上述釜殼底座的中部，上述模擬套管外圍設有聚乙烯醇膜管，上述模擬套管與聚乙烯醇膜管之間形成環狀的空腔，上述釜殼底座頂部外邊沿處圍設有控溫循環浴密封罩，上述控溫循環浴密封罩與聚乙烯醇膜管之間填充有模擬地層，上述模擬地層頂部壓覆有地層釜蓋，上述模擬套管頂部壓覆有加壓釜蓋，上述加壓釜蓋覆蓋住上述空腔的頂部，上述加壓釜蓋上方設有用于對加壓釜蓋加壓的壓力裝置。
[0007]本實用新型的有益效果是:結構簡單，使用操作方便，生產成本低，與含水合物凍土層固井的實際井下狀況非常接近，通過控溫循環浴和氣體增壓系統對模擬地層和固井水泥漿進行溫度和壓力控制，充分模擬地下的實際溫壓條件，使測試環境與實際接近，測量結果準確可靠。
[0008]在上述技術方案的基礎上，本實用新型還可以做如下改進。
[0009]進一步，上述壓力裝置為液壓油缸，并通過支架固定在上述地層釜蓋上，且其液壓推動端壓覆上述加壓釜蓋。
[0010]采用上述進一步方案的有益效果是安裝使用較為方便。
[0011]再進一步，上述壓力裝置還通過液壓管路連接液壓栗。
[0012]采用上述進一步方案的有益效果是便于向液壓油缸內注入油液，推動液壓油缸。
[0013]進一步，還包括后臺主機，上述后臺主機通過線路連接液壓栗，用于控制液壓栗運作以實現液壓油缸的加壓或卸壓。
[0014]采用上述進一步方案的有益效果是通過智能化控制，降低人工控制的誤差，使測量結果更準確。
[0015]進一步，上述控溫循環浴密封罩外壁上分別設有連通控溫循環浴密封罩內部的進液口和出液口。
[0016]采用上述進一步方案的有益效果是采用循環浴方式對整個反應釜內的模擬地層和固井水泥漿進行溫度控制，使其溫度與實際地層接近，減小實驗條件誤差。
[0017]進一步，上述模擬套管底部設有圓形的承壓緩沖板，上述模擬套管下方的釜殼底座上開有與上述承壓緩沖板匹配的圓柱形的安裝槽，上述安裝槽的直徑與上述聚乙烯醇膜管的外徑和承壓緩沖板的直徑相等，上述承壓緩沖板底部與上述安裝槽的底部之間設有彈
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[0018]采用上述進一步方案的有益效果是在實驗過程中，減小測試壓力對釜殼底座的沖擊力，避免模擬地層的沙土進入釜殼底座導致安裝槽壁損傷，同時也有利于試驗后清理釜內模擬地層和水泥渣環。
[0019]進一步，上述釜殼底座上設有導入口，上述導入口伸入模擬地層內，上述地層釜蓋上設有與導入口對應的導出口，上述導出口伸入模擬地層內，用于通過降溫加壓法在模擬地層中生成甲烷水合物和冰。
[0020]采用上述進一步方案的有益效果是便于對模擬地層內部進行加壓，使其充分模擬實際地址環境，降低實驗誤差。
[0021]進一步，上述加壓釜蓋上設有連通上述環狀的空腔內部的氣流通道，在水泥漿注入該環狀的空腔之后，可通過該氣流通道通入氮氣對水泥漿進行加壓。
[0022]采用上述進一步方案的有益效果是使水泥漿生成環境與實際固井作業中井下高壓環境相符合，提高測量準確性。
[0023]進一步，上述套管管口處的內壁上對稱開有凹槽。
[0024]采用上述進一步方案的有益效果是便于在測試結束后通過該凹槽將套管拉出，以便內部清洗再利用。
[0025]進一步，上述基座底部設置有多個行走輪。
[0026]采用上述進一步方案的有益效果是便于移動整個裝置。
【附圖說明】
[0027]圖1為本實用新型的含水合物、冰地層固井水泥環二界面膠結強度測試裝置結構示意圖。
[0028]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0029]1、釜殼底座，2、模擬套管，3、聚乙烯醇膜管，4、控溫循環浴密封罩，5、模擬地層，6、壓力裝置，7、液壓栗，8、行走輪，9、導入口，10、導出口，11、安裝槽，12、氣流通道，21、加壓釜蓋，22、承壓緩沖板，23、彈簧，24、凹槽，41、進液口，42、出液口，51、地層釜蓋。
【具體實施方式】
[0030]以下結合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的范圍。
[0031]實施例:如圖1所示，本實施例的含水合物、冰地層固井水泥環二界面膠結強度測試裝置包括釜殼底座I和模擬套管2，上述模擬套管2豎直設置在上述釜殼底座I的中部，上述模擬套管2外圍設有聚乙烯醇膜管3，上述模擬套管2與聚乙烯醇膜管3之間形成環狀的空腔，上述釜殼底座I頂部外邊沿處圍設有控溫循環浴密封罩4，上述控溫循環浴密封罩4與聚乙烯醇膜管3之間填充有模擬地層5，上述模擬地層5頂部壓覆有地層釜蓋51，上述模擬套管2頂部壓覆有加壓釜蓋21，上述加壓釜蓋21覆蓋住上述空腔的頂部，上述加壓釜蓋21上方設有用于對加壓釜蓋21加壓的壓力裝置6。
[0032]上述的模擬地層5可選用不同材料或采集待測試的目標地層材料來作為填充物，模擬不同環境和地質條件下的地層，使檢測結果更為準確。
[0033]其中，聚乙烯醇具有很好的水溶性，普遍以粉末和薄膜的狀態存在，通過增長分子鏈，加厚分子層的方式對聚乙烯醇進行改性，可以使其呈不同厚度、不同形狀的片狀或條帶狀，再用納米礦物顆粒表面處理后所獲得的改性聚乙烯醇的狀