油气井多级套管水泥环剪切强度测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种油气井多级套管水泥环剪切强度测试装置，设计了用于测试水泥环与内层套管接触面剪切强度的T形组合体和用于测试水泥环与外层套管接触面剪切强度的柱形组合体，本发明专利技术结构简单，成本低，通过对内外套管长度的设计，形成了两种试验组合体，而且可以与现有的万能试验机结合，具有操作简单、适用性强的特点，为研究油气井各级水泥环及套管的物理力学、几何参数提供参考，具有很好的工程指导价值。程指导价值。程指导价值。

【技术实现步骤摘要】
油气井多级套管水泥环剪切强度测试装置


[0001]本技术涉及属于油气井勘探开发
，具体是一种油气井多级套管水泥环剪切强度测试装置。

技术介绍

[0002]油气井失稳给油气企业带来巨大的经济损失、显著增加其生产时间成本，现场的工程实践表明，采动区油气井失稳一方面是由于煤柱周围工作面回采引起的煤柱覆岩(井筒围岩)的宏观移动变形(如剪切、挤压、扭曲等)所致；另外一方面，在煤层开采引起的地下水和采动应力共同作用下，油气井井身组合系统发生蠕变，井身结构整体强度降低。因此，对煤层采动区内油气井的稳定性展开研究，实现其稳定性的有效控制对于保障煤与深部油气资源的协调开采具有重要的科学和工程意义。
[0003]油气井多级套管是目前广泛使用的勘探开采手段，在套管之间注入水泥砂浆形成水泥环加强固定，目前对于水泥环和内外层套管间接触面的粘结力和环形剪切强度测试并没有通用的方案。

技术实现思路

[0004]为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种油气井多级套管水泥环剪切强度测试装置，通过设计两种试验组合体，利用万能试验机即可测试出水泥环和内外层套管间接触面的粘结力和环形剪切强度。
[0005]本专利技术采用的技术方案：一种油气井多级套管水泥环剪切强度测试装置，包括剪切套筒和试验组合体，所述的试验组合体包括用于测试水泥环与内层套管接触面剪切强度的T形组合体和用于测试水泥环与外层套管接触面剪切强度的柱形组合体；
[0006]所述的T形组合体包括第一内层套管和第一外层套管，所述的第一内层套管长度短于第一外层套管；
[0007]所述的柱形组合体包括第二内层套管和第二外层套管，所述的第二内层套管长度长于第一内层套管；
[0008]所述的第一内层套管和第一外层套管，以及第二内层套管和第二外层套管之间留有灌注水泥砂浆从而形成水泥环的空间。
[0009]优选的，所述的剪切套筒包括连接部和压头本体，所述的连接部设有销孔，用于连接剪切套筒与万能试验机；所述的压头本体与连接部固定连接，所述的压头为空心圆柱体。
[0010]优选的，还包括内层辅助套管，所述的内层辅助套管置于第一内层套管内，用于本辅助定位。
[0011]优选的，还包括内层辅助套管，所述的内层辅助套管置于第二内层套管内，用于辅助定位。
[0012]优选的，还包括万能试验机和微机，所述的万能试验机提供支撑底座和轴向载荷，所述的微机用于采集载荷大小和剪切套筒位移情况。
[0013]本专利技术的有益效果：本专利技术结构简单，成本低，通过对内外套管长度的设计，形成了两种试验组合体，而且可以与现有的万能试验机结合，具有操作简单、适用性强的特点，为研究油气井各级水泥环及套管的物理力学、几何参数提供参考，具有很好的工程指导价值。
附图说明
[0014]图1是本技术T形组合体的结构示意图；
[0015]图2是本技术柱形组合体的结构示意图；
[0016]图3是本技术剪切套筒的结构示意图；
[0017]图4是本技术内层辅助套管结构示意图；
[0018]图5是本技术T形组合体试验过程示意图；
[0019]图6是本技术圆柱形组合体试验过程示意图；
[0020]图中箭头方向为载荷施加方向。
[0021]图中，1、第一内层套管，2、水泥环，3、第一外层套管，4、第二外层套管，5、第二内层套管，6、圆柱形组合体，7、剪切套筒，8、T形组合体，9、底座，10、微机。
具体实施方式
[0022]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0023]本技术提供两种试验组合体，如图1所示的T形组合体，用来测试水泥环和内层套管间接触面的粘结力和环形剪切强度，如图2所示的圆柱形组合体，用来测试水泥环和外层套管间接触面的粘结力和环形剪切强度。试验前，将配好的水泥砂浆注入内层套管和外层套管之间形成水泥环，模拟实际工况。
[0024]剪切套筒的上部固定有连接部，连接部设有销孔，在实验前利用插销将剪切套筒安装在万能试验机上。
[0025]利用T形组合体来测试水泥环和内层套管间接触面的粘结力和环形剪切强度时，将T形组合体放置在万能试验机的底座上，使用万能试验机带动剪切套筒下降对T形组合体进行剪切，载荷通过剪切套筒施加在T形组合体的水泥环上，由于第一内层套管比第一外层套管长，第一内层套管起到支撑作用，当载荷足够大时，第一外层套管将和水泥环一起运动，T形组合体将从内接触面发生破坏，微机在试验过程中记录下载荷压力与位移值，最终计算出剪切强度。
[0026]利用圆柱形组合体来测试水泥环和外层套管间接触面的粘结力和环形剪切强度时，将圆柱形组合体放置在万能试验机的底座上，使用万能试验机带动剪切套筒下降对圆柱形组合体进行剪切，载荷通过剪切套筒施加在圆柱形组合体的水泥环上，由于第二外层套管比第二内层套管长，第二外层套管起到支撑作用，当载荷足够大时，第二内层套管将与水泥环一起运动，圆柱形组合体将从外接触面发生破坏，微机在试验过程中记录下载荷压力与位移值，最终计算出剪切强度。
[0027]计算过程如下：
[0028][0029]式中，τ为试验组合体接触面的抗剪强度，F为试验所得的峰值载荷，S为试验组合体水泥环与套管接触面积。
[0030]由于在测量环形剪切强度时，剪切套筒内径大于内层套管的外径，所以在实验过程中无法看到内层套管，为了避免剪切套筒在实验过程中压在内层套管上，实验前采用直径相同或略小于内层套管尺寸的内层辅助套管进行辅助定位，将辅助套管放在试验组合体内层套管上，由于两者尺寸几乎一样，所以实验时只要保证内层辅助套管在剪切套筒下降过程中顺利进入套筒，试验过程中剪切套筒就可以全部作用于水泥环上，确保试验的安全和试验数据的准确性。
[0031]以下为根据本技术油气井多级套管水泥环剪切强度测试装置测得的剪切强度结果：
[0032]第一组(T形组合体)
[0033][0034]由上表可知，T形组合体的剪切峰值强度为0.80MPa，残余强度0.42Mpa，残余强度为峰值强度的52.5％。
[0035]第二组(圆柱形组合体)
[0036][0037]由上表可知，圆柱形组合体的剪切峰值强度为1.62MPa，残余强度0.88MPa，残余强度为峰值强度的54.3％。
[0038]以上实施例说明本技术提供的油气井多级套管水泥环剪切强度测试装置能够有效的测得水泥环和内外层套管间接触面的粘结力和环形剪切强度，具有试验过程简单、试验结果准确的优点。
[0039]尽管已经示出和描述了本技术的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本专利技术的原本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种油气井多级套管水泥环剪切强度测试装置，包括剪切套筒和试验组合体，其特征在于：所述的试验组合体包括用于测试水泥环与内层套管接触面剪切强度的T形组合体和用于测试水泥环与外层套管接触面剪切强度的柱形组合体；所述的T形组合体包括第一内层套管和第一外层套管，所述的第一内层套管长度短于第一外层套管；所述的柱形组合体包括第二内层套管和第二外层套管，所述的第二内层套管长度长于第一内层套管；所述的第一内层套管和第一外层套管，以及第二内层套管和第二外层套管之间留有灌注水泥砂浆从而形成水泥环的空间。2.根据权利要求1所述的油气井多级套管水泥环剪切强度测试装置，其特征在于：所述的剪切套筒包括连接部和压头本体，...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛晓强，乔永力，徐裴，梁顺，申津杭，姚强岭，白喜成，马智，刘云鹏，王永杰，杨淼，李学华，徐英南，种照辉，王猛，
申请(专利权)人：陕西小保当矿业有限公司，
类型：新型
国别省市：