[发明专利]一种固井水泥胶结强度测试装置及方法

权利要求书

1.一种固井水泥胶结强度测试装置，其特征在于，所述装置包括：

底座和支架，所述支架固定设置在所述底座的两侧；

液压动力系统，固定设置在所述底座的中部；

压力传感器，设置在所述液压动力系统的底部，其中，所述压力传感器与压力采集系统相连；

顶柱，设置在所述液压动力系统上平面的中部，所述顶柱包含顶柱下台阶和顶柱凸起；

固定套筒和胶结筒，所述固定套筒设置在所述顶柱下台阶上，所述胶结筒置于所述固定套筒内，所述顶柱凸起置于所述胶结筒内，所述胶结筒的高度是其内径的1-2倍；

固定挡板和活动挡板，所述固定挡板固定设置于所述支架的上部，所述活动挡板位于所述固定挡板下并套设在所述胶结筒上，其中，所述活动挡板上包含有台阶圆孔，所述台阶圆孔上部直径大于等于胶结筒内径且小于胶结筒外径；所述台阶圆孔下部直径大于胶结筒外径且小于固定套筒外径；

当液压动力系统推动顶柱向上运动将胶结筒内凝固的水泥顶出时，所述压力采集系统用于采集获得所述压力传感器检测到的压力值；

所述装置还包括：

胶结筒底座，用于在向所述胶结筒内注入水泥浆时，密封所述胶结筒底部；

胶结筒上盖，用于在将盛满水泥浆的胶结筒放入高温高压养护装置中进行高温高压养护时盖在所述胶结筒顶部，所述胶结筒上盖上包含排气孔，用于在高温高压养护时排出气体。

2.如权利要求1所述的固井水泥胶结强度测试装置，其特征在于，在测试水泥与井壁的胶结强度时，所述胶结筒具体为：

将钻井液倒入胶结筒中，钻井液挂壁后倒出、自然风干后，内壁附着有钻井液对应成分的胶结筒。

3.一种固井水泥胶结强度测试方法，应用于如权利要求1～2任一所述的固井水泥胶结强度测试装置，其特征在于，所述方法包括：

将盛有水泥浆的胶结筒进行高温高压养护，所述胶结筒底部安装有胶结筒底座、顶部盖有胶结筒上盖；

在养护结束后，将卸掉胶结筒底座和胶结筒上盖的胶结筒置于所述顶柱上，通过液压动力系统带动顶柱、固定套筒、胶结筒、活动挡板上移，直至将胶结筒内凝固的水泥与胶结筒内壁顶松动；

压力采集系统通过压力传感器收集并记录胶结筒内凝固的水泥与胶结筒内壁松动时的压力值；

基于所述压力值计算获得水泥的胶结强度。

4.如权利要求3所述的固井水泥胶结强度测试方法，其特征在于，在将盛有水泥浆的胶结筒进行高温高压养护之前，所述方法还包括：

在测试水泥与套管的胶结强度时，将水泥浆盛入安装有胶结筒底座的胶结筒中，并将胶结筒上盖盖在所述胶结筒的顶部；或者

在测试水泥与井壁的胶结强度时，将钻井液倒入安装有胶结筒底座的胶结筒中，钻井液挂壁后倒出，自然风干预设时长，使得胶结筒内壁上附有钻井液对应的成分；将水泥浆盛入胶结筒中，并将胶结筒上盖盖在所述胶结筒的顶部。

5.如权利要求3或4所述的固井水泥胶结强度测试方法，其特征在于，基于所述压力值计算获得水泥的胶结强度，具体通过如下公式计算胶结强度：

其中，M表示胶结强度，S表示胶结筒的内表面积，F表示所述压力值。

6.如权利要求4所述的固井水泥胶结强度测试方法，其特征在于，所述方法还包括：

获得不同水泥浆与相同井壁或套管之间的胶结强度，确定与所述井壁或所述套管之间具有最大胶结强度的水泥浆适应所述井壁或所述套管；或者

获得相同水泥浆与附着不同钻井液的井壁之间的胶结强度，确定所述井壁与所述水泥浆之间具有最大胶结强度时所附着的钻井液适应所述水泥浆。