一种自愈合水泥愈合性能评价装置的制作方法

1.本实用新型涉及石油天然气勘探开发固井技术领域，尤其涉及钻井工程中固井用自愈合水泥的愈合性能评价技术领域，更具体地说，涉及一种自愈合水泥愈合性能评价装置。


背景技术：

2.固井为油气开发过程中极为重要的一环，固井水泥环对套管支撑、地层流体封隔和保证井底安全等方面有着重要的作用。在油气开发过程中，由于水泥材料自身脆性问题，井底温度与压力的变化、地层高压油水的入侵、后期产层的开发改造等均有可能造成水泥环因外力作用而发生损坏产生微裂缝或微间隙，破坏发展至后期时极大程度上会导致水泥环密封完整性失效，甚至造成环空带压、地层流体互窜的恶性情况。应用自愈合水泥可在一定程度上解决该问题，自愈合水泥可在水泥环受损时及时响应，从而封堵微裂缝或微间隙。
3.现阶段，自愈合水泥研究已取得较大发展与进步，但对于自愈合水泥的愈合性能评价还未建立统一的评价方法与装置。目前，对于评价自愈合水泥愈合性能的相关技术中，如公开号为cn104502419a，名称为“一种自愈合水泥自愈合能力的评价装置及方法”的发明专利，其装置主要由水泥石试件、电极、电导率测量台组成，主要通过测量不同凝结期水泥石通孔中电解质溶液的电导率作为评价水泥石自愈合能力的指标，若通孔中存在堵塞点，使其电导率降低，但也不能说明自愈合水泥的愈合性能。又如公开号为cn206540910u，名称为“一种自愈合水泥浆模拟评价装置”的实用新型专利，该装置只用于吸油膨胀自愈合水泥体系，且水泥石自身产生裂缝与微间隙存在不可控，重复性较差。又如公开号为cn215525800u，名称为“一种用于评价水泥石自愈合能力的实验装置”的实用新型专利，该装置主要以油气作为驱替介质模拟水泥石裂缝膨胀愈合过程，但未考虑地层水或混合地层流体对水泥石裂缝的影响，且其主要以气体渗透率评价水泥石愈合性能，却无法成像说明裂缝愈合的过程与效果。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本实用新型提供了一种自愈合水泥愈合性能评价装置，本实用新型的发明目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供一种结构简单、操作便捷、功能丰富，能够真实模拟水泥石裂缝及裂缝自愈合过程的实验装置。本实用新型在养护箱内设置造缝板，通过造缝板对水泥石进行造缝处理，养护箱中设置加热环，并连接高压管线和加压泵，以便真实模拟井底高温高压环境，同时养护箱还设有气源进气管线，即可向养护箱内部通入气体，混合养护溶液，达到模拟井底水泥石所处真实环境的目的。本实用新型通过电极片和超声机构两种检测组件测试分析水泥石的愈合效果，能更加真实分析出愈合水泥的愈合性能。
5.为了解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型是通过下述技术方案实现的。
6.本实用新型公开了一种自愈合水泥愈合性能评价装置，该评价装置包括养护箱、
超声波数据采集组件、电导率数据采集组件和数据处理终端；
7.所述超声波数据采集组件装配在养护箱上，并与数据处理终端建立数据连接；
8.所述电导率数据采集组件中的两个电极片分别装配在养护箱两侧，用以检测水泥石裂缝愈合过程中的电流变化；电导率数据采集组件与数据处理终端建立数据连接；
9.所述养护箱内设置有纵向装配的造缝板，造缝板的两端分别设置有填充块；所述养护箱的底部设置有加热环；水泥浆在养护箱内硬化成型为水泥石后，取出造缝板，水泥石上对应造缝板的位置形成水泥石裂缝；水泥浆在养护箱内硬化成型为水泥石后，取出填充块，水泥石两端与养护箱之间形成空腔；电导率数据采集组件的两个电极片分别设置在水泥石两端的空腔内；养护箱上还连接加压管线和气源管线，所述加压管线和气源管线对应连接在水泥石与养护箱之间形成的空腔内；所述空腔的底部连接有泄压管线。
10.进一步优选的，所述超声波数据采集组件包括超声波发射端子和超声波接收端子，超声波发射端子设置养护箱一侧，且对应水泥石裂缝的一侧，超声波接收端子设置在养护箱另一侧，且对应水泥石裂缝另一侧。
11.更进一步的，所述超声波发射端子通过超声波发射端导线与数据处理终端相连；所述超声波接收端子通过超声波接收端导线与数据处理终端相连。
12.进一步优选的，所述电导率数据采集组件的两个电极片分别通过电极片导线与数据处理终端相连。
13.进一步优选的，所述养护箱包括箱体和密封盖板，密封盖板和箱体之间通过螺丝相连，造缝板、填充块和水泥石置于箱体内腔中。
14.更进一步优选的，所述养护箱的箱体侧壁设置有保温层。
15.进一步优选的，所述加压管线上设置有加压泵和压力仪表，加压管线包括主加压管和两个分支加压管，加压泵设置在主加压管上，两个分支加压管一端与主加压管相连，另一端分别连接水泥石两端的空腔。
16.在两个分支加压管上均装配有加压阀门；在主加压管上还设置有进液阀门，进液阀门设置在加压泵前端。
17.所述气源管线上安装有进气阀门和气源压力表。
18.所述泄压管线上安装有泄压阀，泄压管线设置有两条，两条泄压管线分别设置在水泥石两端空腔的底部。
19.与现有技术相比，本实用新型所带来的有益的技术效果表现在：
20.1、本实用新型自愈合水泥愈合性能评价装置设有造缝板，根据造缝板的厚度与宽度可定量对水泥石进行造缝处理，以获取深度不同和缝宽不同的水泥石裂缝，从而定量定性评价自愈合水泥的愈合性能效果。
21.2、本实用新型的评价装置中设有电导率数据采集组件和超声波数据采集组件，可对自愈合水泥石进行电导率性能评价与超声成像评价，使用单一测试模块或将二者结合皆可定性定量评价水泥石的自愈合性能，且该装置可较为真实的模拟井底环境，使用效果好，具有良好的直观性能。
22.3、本实用新型的评价装置，养护箱中设置加热环，并连接高压管线和加压泵，以便真实模拟井底高温高压环境，同时养护箱还设有气源进气管线，即可向养护箱内部通入气体，混合养护溶液，达到模拟井底水泥石所处真实环境的目的。
23.4、本实用新型的评价装置中还设有数据处理终端（一般为电脑或上位机），可用于处理电导率及超声波信号数据；当裂缝水泥石在导电溶液环境中养护时，对裂缝两端通电可得到愈合前的电流信号，在愈合过程中随着裂缝被填充，通过裂缝的电流信号强弱可反映出水泥石的愈合性能；同时以超声波成像处理可无损测试分析水泥石的愈合效果，结合两种检测方法能更加真实分析出自愈合水泥的愈合性能。
附图说明
24.图1为本实用新型自愈合水泥愈合性能评价装置的结构示意图；
25.图2为本实用新型自愈合水泥愈合性能评价装置的俯视结构示意图；
26.附图标记：1、密封盖板，2、造缝板，3、超声波发射端子，4、超声波发射端导线，5、箱体，6、螺丝，7、电极片，8、电极片导线，9、养护箱，10、超声波接收端导线，11、超声波接收端子，12、数据处理终端，13、加热环，14、保温层，15、加压阀门，16、加压管线，17、压力仪表，18、进液阀门，19、加压泵，20、气源压力表，21、气源管线，22、进气阀门，23、填充块，24、泄压管线，25、水泥石。
具体实施方式
27.下面结合说明书附图，通过几个具体实施例来对本实用新型的技术方案做出进一步详细阐述。需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但不构成对本实用新型的限定。此外，下述描述的各实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突可以相互组合。
28.实施例1
29.作为本实用新型一较佳实施例，参照说明书附图1和2所示，本实施例公开了一种自愈合水泥愈合性能评价装置，该评价装置包括养护箱9、超声波数据采集组件、电导率数据采集组件和数据处理终端12；
30.所述超声波数据采集组件装配在养护箱9上，并与数据处理终端12建立数据连接；
31.所述电导率数据采集组件中的两个电极片7分别装配在养护箱9两侧，用以检测水泥石25裂缝愈合过程中的电流变化；电导率数据采集组件与数据处理终端12建立数据连接；
32.所述养护箱9内设置有纵向装配的造缝板2，造缝板2的两端分别设置有填充块23；所述养护箱9的底部设置有加热环13；水泥浆在养护箱9内硬化成型为水泥石25后，取出造缝板2，水泥石25上对应造缝板2的位置形成水泥石25裂缝；水泥浆在养护箱9内硬化成型为水泥石25后，取出填充块23，水泥石25两端与养护箱9之间形成空腔；电导率数据采集组件的两个电极片7分别设置在水泥石25两端的空腔内；养护箱9上还连接加压管线16和气源管线21，所述加压管线16和气源管线21对应连接在水泥石25与养护箱9之间形成的空腔内；所述空腔的底部连接有泄压管线24。
33.在本实施例中，造缝板2便于对水泥石25进行造缝处理，可根据实验需要调整造缝板2的宽度与厚度，所述造缝板2的厚度在10μm~1000微米之间均可，宽度为0.5cm~3.0cm。根据实验需求进行选取；可以大于本实施例中的限定，对此，本技术不做特别限定，上述厚度和宽度仅仅作为一个示例。
34.本实施例中的填充块23，在水泥浆硬化成型前用以填充空气，后期测试分析水泥石25愈合性能时，取出填充块23，通过加压管线16和气源管线21充填其他养护溶液（如油、水，气源如h2s、co2）。
35.在本实施例中，数据处理终端12（一般为电脑或上位机），可用于处理电导率及超声波信号数据；当裂缝水泥石25在导电溶液环境中养护时，对裂缝两端通电可得到愈合前的电流信号，在愈合过程中随着裂缝被填充，通过裂缝的电流信号强弱可反映出水泥石25的愈合性能；同时以超声波成像处理可无损测试分析水泥石25的愈合效果，结合两种检测方法能更加真实分析出自愈合水泥的愈合性能。
36.实施例2
37.作为本实用新型又一较佳实施例，参照说明书附图1和附图2所示，本实施例是对上述实施例1中超声波数据采集组件的实施方式的阐述。
38.作为本实施例的一种实施方式，如图2所示，所述超声波数据采集组件包括超声波发射端子3和超声波接收端子11，超声波发射端子3设置养护箱9一侧，且对应水泥石25裂缝的一侧，超声波接收端子11设置在养护箱9另一侧，且对应水泥石25裂缝另一侧。
39.更进一步的，如图1所示，所述超声波发射端子3通过超声波发射端导线4与数据处理终端12相连；所述超声波接收端子11通过超声波接收端导线10与数据处理终端12相连。
40.实施例3
41.作为本实用新型又一较佳实施例，参照说明书附图1和附图2所示，本实施例进一步限定了，所述电导率数据采集组件的两个电极片7分别通过电极片导线8与数据处理终端12相连。
42.所述养护箱9包括箱体5和密封盖板1，密封盖板1和箱体5之间通过螺丝6相连，造缝板2、填充块23和水泥石25置于箱体5内腔中。更进一步优选的，所述养护箱9的箱体5侧壁设置有保温层14。
43.实施例4
44.作为本实用新型又一较佳实施例，进一步优选的，所述加压管线16上设置有加压泵19和压力仪表17，加压管线16包括主加压管和两个分支加压管，加压泵19设置在主加压管上，两个分支加压管一端与主加压管相连，另一端分别连接水泥石25两端的空腔。
45.在两个分支加压管上均装配有加压阀门15；在主加压管上还设置有进液阀门18，进液阀门18设置在加压泵19前端。
46.所述气源管线21上安装有进气阀门22和气源压力表20。
47.所述泄压管线24上安装有泄压阀，泄压管线24设置有两条，两条泄压管线24分别设置在水泥石25两端空腔的底部。
48.实施例5
49.本实施例是对上述实施例1-4任意组合形成的自愈合水泥愈合性能评价装置的性能评价过程的具体实施方案的描述。
50.以吸水膨胀自愈合水泥制备固井水泥浆，实验过程中先将填充块23放置于养护箱9内腔的左右两侧，再将制备好的水泥浆倒入养护箱9内腔，再在水泥浆中间横放刷好清油的造缝板2，造缝板2的厚度与宽度可根据实际需要进行调整，本实验过程中采用100μm厚度和1cm宽度的造缝板2。而后再将密封盖板1盖于养护箱9的箱体5上，并将螺丝6拧紧，打开加
热环13，对水泥将进行养护。
51.当到达养护时间后，打开养护箱9，小心取出造缝板2和填充块23，此时硬化水泥石25中间便形成人工造缝；再在取出填充块23的养护箱9内腔两侧倒满地层水溶液，再将密封盖板1盖上，并拧紧螺丝6。
52.关闭泄压管线24上的泄压阀，打开加压阀门15和进液阀门18，通过加压泵19使养护箱9内部达到养护压力，打开加热环13，升温至实验所需温度；将电极片7插入养护箱9两侧，测试水泥石25裂缝愈合前的电流大小a1，并在水泥石25愈合过程中持续监测电流大小，愈合过程结束后，以最后通过的电流大小a2，采用公式m=(a1-a2)/a1*100%，评价其水泥石25的愈合能力大小。
53.在电流测试过程中，安装超声波发射端子3与超声波接收端子11，通过数据处理终端12分析裂缝的愈合过程，愈合过程开始前测下裂缝宽度k1，在愈合过程中实时监测裂缝宽度的变化，愈合结束后，记下最后的裂缝宽度k2，采用公式km=(k1-k2)/k1*100%，评价其水泥石25裂缝宽度愈合的程度和水泥石25的愈合能力。
54.实施例6
55.作为本实用新型又一较佳实施例，参照说明书附图1和附图2所示，本实施例中参考上述实施例5的实验操作步骤，本实施例中更换为吸油膨胀自愈合水泥制备的固井水泥浆，实验过程中将填充块23与造缝板2取出后，在养护箱9内腔中倒入4/5体积的石油原油，盖好盖板后，再通过气源管线21向养护箱9内部注入天然气，以实现地层油气环境条件的愈合过程。
56.水泥石25愈合养护过程中，由于油气不导电，因此本实验过程中，无需插入电极片7，安装超声波发射端子3和超声波接收端子11后，记录水泥石25裂缝愈合前裂缝宽度k1和愈合结束后水泥石25裂缝宽度k2，再参考实施例5中公式km=(k1-k2)/k1*100%，评价其水泥石25裂缝宽度愈合的程度和水泥石25的愈合能力。
57.实施例7
58.作为本实用新型又一较佳实施例，参照说明书附图1和附图2所示，本实施例中参考上述实施例5的实验操作步骤，本实施例中更换为渗透结晶自愈合水泥制备的固井水泥浆，实验过程中将填充块23与造缝板2取出后，在养护箱9内腔中倒入2/5体积的石油原油与2/5体积的地层水，盖好盖板后，再通过气源管线21向养护箱9内部注入h2s和co2混合气体。
59.调整养护箱9养护温度与压力达到实验所需条件，插入电极片7至养护箱9两侧，测试水泥石25裂缝愈合前的电流大小a1，并在水泥石25愈合过程中持续监测电流大小，愈合过程结束后，以最后通过的电流大小a2，采用公式m=(a1-a2)/a1*100%，评价其水泥石25的愈合能力大小。同时安装超声波发射端子3与超声波接收端子11，测下初始水泥石25裂缝宽度k1，愈合实验结束时，测量愈合裂缝宽度k2，采用公式km=(k1-k2)/k1*100%，评价其水泥石25裂缝宽度愈合的程度和水泥石25的愈合能力。
60.上述实施例5至实施例7针对本实用新型自愈合水泥的愈合性能评价实验过程，该装置可采用两种不同测试方法验证水泥石25的愈合过程和愈合性能，且对单独地层流体（油、气、水）或混合流体条件下的水泥石25皆可评价其愈合性能，水泥石25裂缝可定量制造与分析，从而能定量定性更加真是的评价分析水泥石25的愈合性能和愈合过程。本实用新型装置操作便捷、方便，功用较为丰富，且成本较低，适于推广使用。
61.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型任何形式上的限定。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的构思和原则下，所作的简单修改、等同变化或修饰，均属于本实用新型保护的范围。