[發明專利]一種自愈合水泥自愈合能力的評價裝置及方法

有效

• 申請號: 201410800240.X
• 申請日: 2015-08-03
• 公開（公告）號: CN104502419A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 楊遠光;龔雨;袁彬;胡興
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N27/06
• 分類號: G01N27/06
• 代理公司: 成都市輔君專利代理有限公司 51120
• 代理人: 楊海燕

技術領域

本發明涉及石油天然氣勘探開發領域鉆井工程中固井用自愈合水泥自愈合能力的評價裝置及方法。

背景技術

油氣井固井水泥環在外力作用下可能產生微間隙或微裂縫等破壞，如其破壞繼續發展就很可能導致水泥環封隔失效等嚴重問題。固井界提出了用自愈合水泥解決這一問題，該種水泥能夠自主的對微間隙或微裂縫產生響應，封堵微間隙或微裂縫。經過多年發展，國內外在自愈合水泥方面的研究取得了很大進步，但是對于水泥自愈合能力評價仍未形成公認的評價方法。

經對現有自愈合能力評價裝置和方法的文獻檢索發現，目前對水泥自愈合能力的評價方法主要有抗壓強度恢復法和滲透率法。其中抗壓強度恢復法是將水泥石在一定壓力下預制裂縫，繼續養護一定齡期后測試其抗壓強度，與不加自愈合劑的水泥石相比，得出其抗壓強度恢復程度，來評價自愈合能力。滲透率方法是將養護數天后的水泥石，人工制造裂縫后放回原模具繼續養護，再養護一定齡期后取出進行滲透率實驗，與制造裂縫前的滲透率進行對比。這兩種方法存在的最主要問題是人工制造的裂縫在水泥石中的分布、裂縫大小、數量都無法控制，導致實驗各試件之間結果偏差大、重復性差，且測量步驟較繁瑣、耗時。

發明內容

本發明的目的在于提供一種自愈合水泥自愈合能力的評價裝置，該裝置通過測量水泥石通孔中電解質溶液的電導率，計算出水泥石軸向中心處通孔有效橫截面積減小百分比，從而對水泥漿自愈合能力進行定量評價，該裝置原理可靠，操作簡單，對比性強，能夠量化評價，且適用范圍廣，具有廣闊的應用前景。

本發明的另一目的還在于提供利用上述裝置對自愈合水泥的自愈合能力進行評價的方法，該方法通過測量不同凝期水泥石通孔中電解質溶液的電導率，反映養護不同齡期水泥石通孔有效橫截面積的變化，定量評價自愈合水泥的自愈合能力。

為達到以上技術目的，本發明提供以下技術方案。

一種自愈合水泥自愈合能力的評價裝置，主要由水泥石試件、電極、電導率測量臺組成，安裝于支架上的水泥石試件包括外筒、端蓋和位于試件中心的鋼柱，所述外筒、端蓋和鋼柱形成四周密封、內橫截面為同心圓的立柱體；所述電導率測量臺有測值量程調節器、電源開關和測值顯示屏，所述電極通過導線和電極支架連接電導率測量臺；所述水泥石試件的端蓋有電極卡槽，用于固定電極。

將待測水泥漿注滿由外筒、端蓋和鋼柱組合形成的環形空間中，在一定環境下養護至初凝，抽出鋼柱，繼續養護至終凝以后。這樣就人工制造出圓柱形通孔來模擬水泥石在井下環境中產生的微間隙或裂縫，將水泥石通孔中充滿不溶解水泥石組分、又不影響水泥石繼續水化的飽和電解質溶液，通過測量不同凝期水泥石通孔中電解質溶液的電導率，就能反映養護不同齡期水泥石通孔有效橫截面積的變化，作為評價水泥石自愈合能力的指標，并且不破壞水泥石，同一試件可連續測量。

不同凝期水泥石通孔中電解質溶液的電導率σ：

σ=Aρ·L]]>

式中：

A—水泥石通孔的橫截面積，m²；

ρ—電解質溶液的電阻率，Ω.m；

L—水泥石通孔的長度，m。

水泥的自愈合能力以經歷t時間后通孔橫截面積減小的百分比表示，通過下式計算：