[發明專利]油氣井固井水泥環第一界面拉伸膠結強度測試裝置及方法

有效

• 申請號: 202110322274.2
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113063664B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 楊遠光;方仲旗;翟騰飛;高興寶;袁彬;謝應權
• 申請（專利權）人: 西南石油大學;中石化華北石油工程有限公司五普鉆井分公司;成都西南石大石油工程技術有限公司
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 劉妮

本發明公開了一種油氣井固井水泥環第一界面拉伸膠結強度測試裝置及方法，包括漿筒、拉伸膠結面板和漿筒蓋，拉伸膠結面板設置在漿筒底部，漿筒蓋設置在漿筒頂部，拉伸膠結面板和漿筒蓋上分別設置有拉環，漿筒蓋上的拉環用于連接第一鋼絲繩，拉伸膠結面板上的拉環通過第二鋼絲繩與拉力傳感器連接。將測試裝置組裝，測試拉伸膠結面板與水泥石試件分離瞬間的最大拉力，計算單位膠結界面上的拉力得到水泥石第一界面拉伸膠結強度。本發明可用于實驗設計、評價和優化油氣井固井水泥環空封隔安全和完整性的依據之一，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于石油與天然氣勘探開發技術領域，具體為一種油氣井固井水泥環第一界面拉伸膠結強度測試裝置及方法。

背景技術

水泥石的膠結性能是水泥環能夠長期有效封隔油、氣、水層，支撐套管的關鍵指標之一。目前，表征水泥石膠結性能的方法有兩種：一種是測量水泥石的剪切膠結強度，另一種是測量水泥石的水力膠結強度。剪切膠結強度是指迫使井筒中套管或水泥環縱向移動所需的力與套管和水泥環接觸面積的比值，即剪切膠結強度＝剪切力/接觸面積。剪切膠結強度對套管起到懸掛支撐作用。水力膠結強度是指流體突破水泥環與套管或地層膠結界面時的阻力。水力膠結強度反映水泥環能否成功封隔油、氣、水層。

為此，國內外學者和相關機構提出了一系列的評價水泥環膠結強度的方法，國外學者主要有：Carter，etc.A Study of Cement-Pipe Bonding[J].Journal of PetroleumTechnology，1964，16(02)，應用實驗技術研究了水泥環與套管的膠結問題，將剪切膠結強度定義為套管在水泥環中移動所需的力；F.Nath，etc.A Novel Method to InvestigateCement-casing Bonding Using Digital Image Correlation[J].Journal of PetroleumScience and Engineering，2020，提出了利用數字圖像研究水泥環-套管膠結的新方法；Carpenter，etc.The Effects ofTemperature and Cement Admixes on Bond Strength[J].Journal of Petroleum Technology，1992，44(08)，通過特殊的加壓剪切裝置評估高溫高壓下水泥環-套管界面的剪切強度。國內測試評價水泥環與套管膠結強度的裝置和方法的專利有：一種測試水泥環與套管膠結強度的實驗裝置及方法(CN106593414A)，固井一界面膠結強度養護裝置、測試裝置及測試方法(CN2017102159656)，一種固井水泥膠結強度測試裝置及方法(CN105092465A)等。國內也有多位學者發表論文探討了水泥環界面膠結強度的測試評價方法，如：唐世忠等.固井水泥界面膠結強度評價技術及在沈家鋪油田的應用[J].石油地質與工程，2016，30(05)；劉小利.儲氣庫井柔性水泥漿體系適應性評價實驗[J].鉆采工藝，2016，39(03)；徐璧華等.高溫高壓下油井水泥環膠結強度測試新方法[J].天然氣工業，2016，36(11)；朱江林等.海洋深水表層固井壁面剪切及膠結強度室內試驗研究[J].石油鉆探技術，2007(03)；張萬棟等.高溫條件下的固井第一界面水力膠結強度實驗研究[J].鉆采工藝,2019,42(05)；武治強等.套管與水泥環膠結界面水力密封完整性評價實驗研究[J].中國海上油氣,2018,30(06)；柳華杰等.環空擾動固井二界面膠結性能評價裝置及方法[J].實驗室研究與探索，2020，39(07)等。

然而，由上述裝置和方法可知，得到的是膠結界面的剪切膠結強度或水力膠結強度，其測量結果只能說明水泥環是否能懸掛套管的自重，或膠結界面是否能防止油、氣、水竄流。