一种水泥浆固化模拟地层用模具制造技术

一种水泥浆固化模拟地层用模具，涉及油气井的固井技术领域，所述模具包括底座，以及同轴设于所述底座上的内套管和外套管，所述内套管和外套管之间设有底端密封的环形空间，用于进行水泥浆的固化过程；所述外套管包括两个或两个以上数目的圆弧状板，两个或两个以上数目的圆弧状板围成所述外套管，相邻的两个圆弧状板之间密封设置并采用连接组件连接；在所述水泥浆凝固产生的膨胀力作用下，相邻的两个圆弧状板之间能够产生相对位移使所述外套管的管径变大。本申请实施例的水泥浆固化模拟地层用模具，可用于模拟水泥浆在弹性地层的固化过程，且外套管可以拆卸，可重复使用。

A Mould for Cement Slurry Solidification Simulated Stratum

【技术实现步骤摘要】
一种水泥浆固化模拟地层用模具
本申请涉及油气井的固井
，具体涉及一种水泥浆固化模拟地层用模具。
技术介绍
石油及天然气井的固井水泥浆主要用于：(1)封隔不同压力源的井下流体，防止油、气、水窜槽；(2)固结套管和地层，以支撑套管和井口装置。固井候凝过程中，水泥水化分胶凝阶段和硬化两个阶段。胶凝阶段，水泥浆不断失重，当水泥浆失重后的有效液柱压力小于地层流体压力时，地层流体就窜入井内水泥浆中。解决此阶段防窜流的主要手段是提高浆柱结构的压稳系数、使用防窜能力强的水泥浆体系，使用水泥窜流仪模拟评价。硬化阶段，一般水泥的体积都会收缩，使套管与水泥的第一界面、水泥与地层的第二界面出现微环空间隙，破坏了密封完整性，导致层间窜流，甚至井口环空带压，给生产带来严重的安全隐患。防止水泥环微环空间隙的有效手段是在水泥浆中加入合适种类的膨胀剂，用“微环隙仪”测量其膨胀或收缩量，以选择合适的膨胀剂。模拟水泥浆固化过程测其膨胀或收缩量需用到水泥浆模具，目前的一些水泥浆模具采用双套管组成的圆环柱结构，外套管难以变形，不能满足模拟弹性地层的需要，且模具使用后水泥固结不能拆卸，不可重复使用。
技术实现思路
本申请一实施例提供一种水泥浆固化模拟地层用模具，所述模具包括底座，以及同轴设于所述底座上的内套管和外套管，所述内套管和外套管之间设有底端密封的环形空间，用于进行水泥浆的固化过程；所述外套管包括两个或两个以上数目的圆弧状板，两个或两个以上数目的圆弧状板围成所述外套管，相邻的两个圆弧状板之间密封设置并采用连接组件连接；在所述水泥浆凝固产生的膨胀力作用下，相邻的两个圆弧状板之间能够产生相对位移使所述外套管的管径变大。有益效果：本申请实施例的水泥浆固化模拟地层用模具，其外套管设置为分体式结构，能在水泥发生膨胀时其管径可以变化，可用于模拟水泥浆在弹性地层的固化过程。另外，分体式的外套管可以拆卸，便于取出固化后的水泥，可重复使用。附图说明附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。图1为本申请一实施例水泥浆固化模拟地层用模具的剖面结构示意图；图2为本申请一实施例水泥浆固化模拟地层用模具在外套管未变形状态下的截面结构示意图；图3为本申请一实施例水泥浆固化模拟地层用模具在外套管受水泥膨胀力作用变形状态下的截面结构示意图；附图标记为：1、环形空间，2、外套管，3、内套管，4、吊装部，5、底座，6、环形凸起，7、吊耳组件，8、第一连接座，9、第二连接座，10、弹簧，11、螺母，12、连接杆。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本申请的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。如图1-图3所示，本申请一实施例提供一种水泥浆固化模拟地层用模具，所述模具包括底座5，以及同轴设于所述底座5上的内套管3和外套管2。所述内套管3和外套管2之间设有底端密封的环形空间1，用于进行水泥浆的固化过程。所述外套管2包括两个或两个以上数目的圆弧状板，两个或两个以上数目的圆弧状板围成所述外套管2，相邻的两个圆弧状板之间密封设置并采用连接组件连接。在所述水泥浆凝固产生的膨胀力作用下，相邻的两个圆弧状板之间能够产生相对位移使所述外套管2的管径变大。示例性地，所述圆弧状板的数目设置为两个，每个圆弧状板呈半圆形结构，两个圆弧状板的相接处设置所述连接组件。相邻的两个圆弧状板之间可以设置一个或多个所述连接组件。本实施例中，内套管3和外套管2可均采用金属材料制成，比如不锈钢材料。所述连接组件在水泥浆还未凝固产生膨胀力时将相邻的两个圆弧状板紧密连接在一起，在后续水泥浆凝固产生膨胀力时能够使得相邻的两个圆弧状板之间产生相对位移使所述外套管2的管径变大，即外套管2发生膨胀变形。示例性地，所述连接组件包括第一连接座8、第二连接座9、连接杆12和弹簧10，第一连接座8和第二连接座9分别设置在相邻的两个所述圆弧状板上，所述连接杆12一端固定在第一连接座8上，另一端活动穿过第二连接座9上设置的杆孔，所述弹簧10套设在所述连接杆12上并利用其自身弹力使相邻的两个所述圆弧状板的对接部紧贴在一起。所述第一连接座8、第二连接座9可以相对设置，第一连接座8和第二连接座9可以设置为两者紧靠在一起时相邻的两个圆弧状板的对接部紧贴在一起，相邻的两个所述圆弧状板之间呈密封状态。相邻的两个所述圆弧状板的对接部(也即相接处)可以重叠设置，两者之间可以采用设置密封条等密封件，涂抹密封脂等方式进行密封，以防止水泥浆在凝固前泄露。为便于所述连接组件安装和拆卸，所述连接杆12的另一端螺纹连接有螺母11，所述弹簧10呈压缩状态，其一端抵接在所述螺母11上，另一端抵接在第二连接座9上。其中，所述连接杆12一端可以螺纹连接于所述第一连接座8，端部可采用另一螺母紧固。本实施例中，将水泥浆(初始为可流动的)注入模具的环形空间1后，水泥浆开始固化。如图2所示，在水泥浆还未凝固产生膨胀力时，通过所述连接组件的弹簧10自身的弹力使相邻的两个所述圆弧状板的对接部紧贴在一起，各个相邻的两个所述圆弧状板之间紧密相接。如图3所示，随着水泥浆的固化，水泥浆在水化至终凝失去流动性后，如果发生晶格膨胀，则凝固产生的膨胀力克服所述连接组件的弹簧10的弹力，相邻的两个圆弧状板之间产生相对位移，外套管2发生膨胀变形，其管径变大，但不会漏浆(水泥浆已凝固)；如果发生晶格收缩，则凝固形成的水泥环会脱离外套管2的内壁，产生微环空间隙。本实施例中，外套管2设置为分体式结构，能在水泥发生膨胀时发生膨胀变形，即管径发生变化，可用于模拟水泥浆在弹性地层的固化过程。另外，分体式的外套管2可以拆卸，便于取出固化后的水泥，可重复使用。所述底座5顶面上设有环形凸起6，所述外套管2的底端放置于所述底座5顶面上，所述外套管2的内壁紧贴所述环形凸起6的外侧壁设置；所述内套管3的底端固接于所述底座5顶面上，所述内套管3的外壁紧贴所述环形凸起6的内侧壁设置。在模具安装过程中，可以在内套管3和外套管2的底部，以及环形凸起6的内侧壁和外侧壁处涂抹密封脂，保证环形空间1的底部不会渗漏水泥浆。其中，所述环形凸起6可起到定位作用，便于对外套管2和内套管3在底座5上的安装位置进行定位，外套管2和内套管3可容易实现同轴设置。另外，环形凸起6还可起到限位作用，在水泥浆固化发生收缩时可限制外套管2向内侧移动，并限制内套管3向外侧移动，如此，不会对水泥收缩产生的两个界面的微环隙的大小造成影响，在测量水泥两个界面的微环隙时测量结果也更为准确。此外，环形凸起6可在水泥固化发生收缩时限制外套管2和内套管3的移动，而在水泥固化发生膨胀时，则不会限制外套管2向外侧移动，外套管2则能够受水泥膨胀力自由移动和变形，不会影响水泥膨胀量的测量。所述底座5顶面上设有吊装部4，所述吊装部4位于所述内套管3内，用于连接吊装装置以在安置模具时将模具吊起。所述吊装部4可以为一个固定座，在该固定座上安装可拆卸的吊耳组件7以与吊装装置连接。本实施例的水泥浆固化模拟用模具在使用时，可以在注入水泥浆后置于养护釜内，通过调节养护釜内的温度和压力状态，可模拟井下水泥浆的固化环境。在测量水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水泥浆固化模拟地层用模具，其特征在于：所述模具包括底座，以及同轴设于所述底座上的内套管和外套管，所述内套管和外套管之间设有底端密封的环形空间，用于进行水泥浆的固化过程；所述外套管包括两个或两个以上数目的圆弧状板，两个或两个以上数目的圆弧状板围成所述外套管，相邻的两个圆弧状板之间密封设置并采用连接组件连接；在所述水泥浆凝固产生的膨胀力作用下，相邻的两个圆弧状板之间能够产生相对位移使所述外套管的管径变大。

【技术特征摘要】
1.一种水泥浆固化模拟地层用模具，其特征在于：所述模具包括底座，以及同轴设于所述底座上的内套管和外套管，所述内套管和外套管之间设有底端密封的环形空间，用于进行水泥浆的固化过程；所述外套管包括两个或两个以上数目的圆弧状板，两个或两个以上数目的圆弧状板围成所述外套管，相邻的两个圆弧状板之间密封设置并采用连接组件连接；在所述水泥浆凝固产生的膨胀力作用下，相邻的两个圆弧状板之间能够产生相对位移使所述外套管的管径变大。2.如权利要求1所述的模具，其特征在于：所述连接组件包括两个连接座、连接杆和弹簧，两个连接座分别设置在相邻的两个所述圆弧状板上，所述连接杆一端固定在其中一个连接座上，另一端活动穿过...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐美胜，罗宇维，卓鹏，王玉田，
申请(专利权)人：中国海洋石油集团有限公司，中海油田服务股份有限公司，沈阳金欧科石油仪器技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11