[发明专利]一种水泥环初始应力状态监测实验方法

权利要求书

1.一种水泥环初始应力状态监测实验方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：设置一主要由井筒模拟机构、温压控制机构和数据采集机构组成的水泥环初始应力状态监测实验装置，其中所述井筒模拟机构包括套管模拟管柱(1)、地层模拟管柱(2)、外边界管(3)、顶端盖(4)和底座(5)，所述温压控制机构包括气瓶(6)、压力控制阀(7)和加热管(9)，所述数据采集机构包括压力传感器(11)、温度传感器(12)和数据采集系统(13)；

步骤2：将所述套管模拟管柱(1)、地层模拟管柱(2)和外边界管(3)由内至外依次固定于所述底座(5)上，由此所述套管模拟管柱(1)的内腔形成清水容置腔(10)，所述地层模拟管柱(2)与所述套管模拟管柱(1)之间形成固井水泥环空(20)，所述外边界管(3)与所述地层模拟管柱(2)之间形成地层环空(30)，然后将所述加热管(9)安装在所述外边界管(3)内；

步骤3：将至少两个所述压力传感器(11)分别安装在所述套管模拟管柱(1)的外侧和所述地层模拟管柱(2)的内侧，同时将至少一个所述温度传感器(12)安装在所述地层模拟管柱(2)的内侧，并通过数据线将全部所述压力传感器(11)和温度传感器(12)与所述数据采集系统(13)连接；

步骤4：将清水、水泥浆和地层水分别注入所述清水容置腔(10)、固井水泥环空(20)和地层环空(30)；

步骤5：将所述顶端盖( 4) 固定于所述套管模拟管柱(1)、地层模拟管柱(2)和外边界管(3)上，并保持密封，将三个所述气瓶(6)通过加压管线分别与所述清水容置腔(10)、固井水泥环空(20)和地层环空(30)连通，同时在每一所述加压管线上安装所述压力控制阀(7)；

步骤6：打开三个所述气瓶(6)，通过所述气瓶(6)和压力控制阀(7)向所述清水容置腔(10)施加压力至预设值以模拟钻井液压力，通过所述气瓶(6)和压力控制阀(7)向所述固井水泥环空(20)施加压力至预设值以模拟水泥浆不同深度处的垂向压力，通过所述气瓶(6)和压力控制阀(7)向所述地层环空(30)施加压力至预设值以模拟地层孔隙压力，同时打开所述加热管(9)将所述井筒模拟机构加热至预设温度；

步骤7：所述数据采集系统(13)实时采集所述压力传感器(11)和温度传感器(12)测量的实验数据；

步骤8：待所述固井水泥环空(20)内的水泥浆凝固结束，保存实验数据；

所述地层模拟管柱(2)采用PVC、聚烯烃或软金属，用以模拟不同软硬程度的地层；

在所述地层模拟管柱(2)上布置若干细孔以模拟地层的渗透性，并通过改变细孔的数目或直径来调整地层渗透率的大小。

2.根据权利要求1所述的水泥环初始应力状态监测实验方法，其特征在于，该方法还包括步骤9：关闭所述温压控制机构，对所述清水容置腔(10)、固井水泥环空(20)和地层环空(30)分别进行泄压，拆卸水泥环初始应力状态监测实验装置，回收所述压力传感器(11)和温度传感器(12)，将所述套管模拟管柱(1)、地层模拟管柱(2)及其内部的水泥一同丢弃。

3.根据权利要求2所述的水泥环初始应力状态监测实验方法，其特征在于，重复上述步骤1-9以测量不同水泥浆种类、密度、井深、地层情况、地层水、温度下水泥环初始应力及其变化规律。

4.根据权利要求1所述的水泥环初始应力状态监测实验方法，其特征在于，所述水泥浆和地层水在实验准备阶段根据现场资料进行配制。

5.根据权利要求1所述的水泥环初始应力状态监测实验方法，其特征在于，所述压力传感器(11)为四个，其中两个所述压力传感器(11)分别安装在所述套管模拟管柱(1)的外侧上部和外侧下部，另外两个所述压力传感器(11)分别安装在所述地层模拟管柱(2)的内侧上部和内侧下部。

6.根据权利要求1所述的水泥环初始应力状态监测实验方法，其特征在于，所述温度传感器(12)为两个，两个所述温度传感器(12)分别安装在所述地层模拟管柱(2)的内侧上部和内侧下部。