一种高温高压水泥石养护装置及水泥石的制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高温高压水泥石养护装置及水泥石的制备方法。所述高温高压水泥石养护装置包括高温高压釜，内部设有水泥石养护装置；釜体的顶部和底部分别连通气体出口管线和气体入口管线，釜体外设有加热套，釜体的腔体内设有温度压力探针；水泥石养护装置包括上盖板、底板和若干中间盖板，相邻各板之间均设有固化环，从而形成密闭空间。本发明专利技术高温高压水泥石养护装置能够模拟150MPa、300℃高温高压油气井工况条件，精细化模拟待评价高温高压油气井交变高温、高压等复杂工况，直接在高温高压井筒工况条件下进行水泥石的固化和养护，通过设计水泥石养护装置的层数，固化和养护足够数量的抗拉强度测试试样、抗压强度测试试样。

A high temperature and high pressure cement stone curing device and preparation method of cement stone

【技术实现步骤摘要】
一种高温高压水泥石养护装置及水泥石的制备方法
本专利技术涉及一种高温高压水泥石养护装置及水泥石的制备方法，属于矿业开采、岩石力学

技术介绍
固井质量是封隔井眼内的油层、气层和水层，保护油气井套管、延长油气井寿命、提高采收率以及科学合理开发油气资源的关键。目前，随着非常规油气资源勘探开发力度的持续加大，固井技术面临超深、超高温超高压、复杂储层和复杂地质条件，对固井水泥石的综合力学性能提出了更高的要求，低弹性模量、高泊松比和较高韧性的水泥石在高温高压油气井筒工况环境中更有利于井筒完整性，有利于避免井筒气窜、环空带压等井筒安全风险，有利于提升高温高压油气井的服役寿命。因此，真实、准确地在高温高压油气井工况条件下进行水泥石的固化、养护和制备，是掌握水泥石使用性能、开展水泥浆体系配方设计和性能优化的关键依据。目前高温高压工况水泥石的制备及其力学性能评价在科学研究、工程技术方面均具有极其重要的价值，但超高温超高压油气井工况条件复杂苛刻，而常规的水泥石固化和养护方法无法在高温高压工况条件下进行，一般使用压力≤21MPa、温度低于井筒温度的条件下固化和养护水泥石的力学性能测试结果来代替，缺乏科学合理、贴近现场的水泥石养护装置和制备方法，无法探究高温高压油气井筒实际工况条件下水泥石的真实力学性能，导致水泥石性能评价结果偏离工程实际等问题，固化和养护条件的不同导致水泥石力学性能误差较大，且对高温高压水泥浆体系的性能认识不足，难于评价和优化水泥浆体系，严重影响固井质量、固井技术的提升和发展，甚至威胁高温高压油气井的井筒完整性。目前，现有的水泥石养护装置及方法存在以下不足：(1)水泥石养护装置的温度、压力无法达到高温高压油气井工况条件；(2)水泥石在一定温度下固化，脱模后置于一定温度、压力环境进行养护，无法精细化模拟高温高压油气井交变高温、高压等复杂工况并直接进行水泥石的固化和养护；(3)按照标准尺寸的抗压强度测试试样、抗拉强度测试试样固化和养护后的水泥石，在脱模过程中受到力的作用，造成水泥石力学性能测试结果不精确。因此需要提供一种能够解决现有高温高压水泥石养护装置及方法不能精确模拟高温高压油气井交变高温、高压等复杂工况，不能在高温高压油气井实际工况条件下进行水泥石的固化和养护等问题的高温高压水泥石养护装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高温高压水泥石养护装置，能够精细化模拟高温高压油气井交变高温、高压等复杂工况条件，在高温高压油气井工况条件下进行水泥石的固化、养护和制备，从而进行水泥石力学性能测试。本专利技术所提供的高温高压水泥石养护装置，包括高温高压釜；所述高温高压釜内设有设有水泥石养护装置；所述高温高压釜的顶部和底部分别连通气体出口管线和气体入口管线，所述气体出口管线上设有排气单向阀，所述气体入口管线上设有进气单向阀；所述高温高压釜的釜体外设有加热套；所述高温高压釜的腔体内设有温度压力探针，所述温度压力探针连接温度压力监测系统；所述水泥石养护装置包括上盖板、底板和若干中间盖板，所述上盖板与所述中间盖板之间、所述中间盖板之间以及所述中间盖板与所述底板之间均设有固化环，从而形成密闭空间。上述的高温高压水泥石养护装置中，所述气体入口管线的一端连接增压泵，用于对所述高温高压釜进行增压；所述高温高压釜体的釜盖与釜体之间通过螺栓和螺母的配合实现密封；所述釜盖与所述釜体之间设有组合式密封圈，以提高所述高温高压釜的密封性。上述的高温高压水泥石养护装置中，所述加热套外设有保温层，以对所述高温高压釜进行保温；所述水泥石养护装置设于养护装置支架上，以平稳支撑所述水泥石养护装置，所述养护装置支架设于所述釜体的底部。上述的高温高压水泥石养护装置中，所述上盖板、所述中间盖板和所述底板与所述固化环的配合处均为台阶面，便于所述组合和固定。上述的高温高压水泥石养护装置中，紧固销钉穿过所述上盖板、所述中间盖板、所述底板和所述固化环的边缘处的通孔，并通过紧固螺母固定。上述的高温高压水泥石养护装置中，所述紧固销钉的一端还配合有提放螺母，所述提放螺母与提放把手配合，通过所述提放把手可方便地移动所述水泥石养护装置。上述的高温高压水泥石养护装置中，所述密闭空间呈圆柱体；所述固化环包括抗拉固化环和抗压固化环，所述抗压固化环的高度大于所述抗拉固化环的高度；所述上盖板、所述抗拉固化环、所述中间盖板、所述抗压固化环和所述底板的外径可根据所述高温高压釜釜体的内径进行调整；所述抗拉固化环、所述中间盖板和所述抗压固化环的层数可根据所需抗拉强度、抗压强度测试试样的数量进行调整。本专利技术高温高压水泥石养护装置能够模拟150MPa、300℃高温高压油气井工况条件，精细化模拟待评价高温高压油气井交变高温、高压等复杂工况，直接在高温高压井筒工况条件下进行水泥石的固化和养护，通过设计水泥石养护装置的层数，固化和养护足够数量的抗拉强度测试试样、抗压强度测试试样。采用本专利技术高温高压水泥石养护装置制备抗拉强度、抗压强度测试试样时，可按照下述步骤进行：1)依次在所述高温高压水泥石养护装置的所述水泥石养护装置的密闭空间内灌入水泥浆，然后将所述水泥石养护装置紧固后，置于所述高温高压釜内，并注满水；2)将所述高温高压釜的釜盖安装在所述釜体上并保持密封，关闭所述排气单向阀，通过所述进气单向阀对所述高温高压釜增压，控制所述加热套加热所述高温高压釜，直至温度和压力达到要求，关闭所述进气单向阀，进行水泥浆的固化和养护；记录开始时间，采用所述温度压力监控系统监测和记录固化和养护期间的时间-温度曲线和时间-压力曲线，以记录水泥石固化和养护温度、压力参数，以模拟高温高压油气井中的实际固井工况条件；3)所述固化和养护结束后，关闭所述加热套使所述高温高压釜降温(优选缓慢降温，当温度低于60℃时)，打开所述排气单向阀对所述高温高压釜进行泄压，压力归零时，打开所述高温高压釜的釜盖，取出所述水泥石养护装置；4)拆卸所述水泥石养护装置，在所述固化环中分别钻取所需数量的抗拉强度测试试样和抗压强度测试试样。上述的方法中，首先根据待评价高温高压油气井工况确定水泥浆固化和养护温度、压力大小；根据待评价高温高压油气井所用水泥浆体系力学性能测试要求，确定所需抗拉强度测试试样、抗压强度测试试样的数量，相应地设计所述抗拉固化环、所述中间盖板、所述抗压固化环的层数，同时合理选取所述紧固销钉的长度。上述的方法中，实验前需要对高温高压釜进行试压。上述的方法中，步骤1)中，在灌入所述水泥浆之前，在所述上盖板、所述中间盖板、所述底板和所述固化环的表面涂抹油脂，便于固化和养护后进行拆卸，然后逐层组合，并逐层灌入所述水泥浆，最后平稳地将所述上盖板穿入所述紧固销钉，使用所述紧固螺母固定整个水泥石养护装置完成水泥浆的填充。上述的方法中，步骤4)中，如所述抗拉固化环的高度大于25.4mm，可通过50.8mm的取芯钻头钻取高径比为1：2的抗拉强度测试试样；如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温高压水泥石养护装置，包括高温高压釜；所述高温高压釜内设有设有水泥石养护装置；/n所述高温高压釜的顶部和底部分别连通气体出口管线和气体入口管线，所述气体出口管线上设有排气单向阀，所述气体入口管线上设有进气单向阀；/n所述高温高压釜的釜体外设有加热套；/n所述高温高压釜的腔体内设有温度压力探针，所述温度压力探针连接温度压力监测系统；/n所述水泥石养护装置包括上盖板、底板和若干中间盖板，所述上盖板与所述中间盖板之间、所述中间盖板之间以及所述中间盖板与所述底板之间均设有固化环，从而形成密闭空间。/n

【技术特征摘要】
1.一种高温高压水泥石养护装置，包括高温高压釜；所述高温高压釜内设有设有水泥石养护装置；
所述高温高压釜的顶部和底部分别连通气体出口管线和气体入口管线，所述气体出口管线上设有排气单向阀，所述气体入口管线上设有进气单向阀；
所述高温高压釜的釜体外设有加热套；
所述高温高压釜的腔体内设有温度压力探针，所述温度压力探针连接温度压力监测系统；
所述水泥石养护装置包括上盖板、底板和若干中间盖板，所述上盖板与所述中间盖板之间、所述中间盖板之间以及所述中间盖板与所述底板之间均设有固化环，从而形成密闭空间。


2.根据权利要求1所述的高温高压水泥石养护装置，其特征在于：所述气体入口管线的一端连接增压泵；
所述高温高压釜体的釜盖与釜体之间通过螺栓和螺母的配合实现密封；
所述釜盖与所述釜体之间设有组合式密封圈。


3.根据权利要求1或2所述的高温高压水泥石养护装置，其特征在于：所述加热套外设有保温层；
所述水泥石养护装置设于养护装置支架上，所述养护装置支架设于所述釜体的底部。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的高温高压水泥石养护装置，其特征在于：所述上盖板、所述中间盖板和所述底板与所述固化环的配合处均为台阶面。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的高温高压水泥石养护装置，其特征在于：紧固销钉穿过所述上盖板、所述中间盖板、所述底板和所述固化环的边缘处的通孔，并通过紧固螺母固定。


6.根据权利要求5所述的高温高压水泥石养护装置，其特征在于：所述紧固销钉的一端还配合有提放螺母，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘书杰，张智，武治强，耿亚楠，范白涛，杨向前，侯铎，吴怡，岳家平，庞照宇，郭宗禄，陈欢，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司，中海石油中国有限公司北京研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11