1.一種油氣井水泥環(huán)密封完整性測(cè)試裝置，其特征在于：包括壓力釜和位于壓力釜內(nèi)部的模擬井筒，所述的測(cè)試裝置還包括壓力控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、竄流檢測(cè)系統(tǒng)、應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)和泥餅?zāi)M系統(tǒng)；
所述的模擬井筒包括套管(6)和位于套管(6)外圍的巖心(7)，所述的套管(6)和巖心(7)之間形成環(huán)形間隙，所述的環(huán)形間隙內(nèi)形成水泥環(huán)(8)；所述套管(6)和巖心(7)的上下兩端分別設(shè)有上端蓋(4)和下端蓋(11)；
所述的壓力釜包括釜體(9)和與釜體(9)相配合的釜蓋(3)；所述的釜體(9)設(shè)有與水泥環(huán)(8)頂端連同的水泥環(huán)壓力口(17)和與水泥環(huán)(8)底部連通的驗(yàn)竄口(10)；所述的釜體(9)設(shè)有與巖心(7)外圍上端連通的圍壓口(5)和與巖心(7)外圍下端連通的泄壓口(14)；所述的釜體(9)設(shè)有用于安裝加熱電偶的熱電偶口(15)；所述的釜體(9)設(shè)有與套管(6)內(nèi)部連通的設(shè)置在釜體(9)下端的套管壓力口(12)；所述的釜蓋(3)設(shè)有用于連接位移測(cè)量裝置(1)或鉆進(jìn)液儲(chǔ)存桶(54)的連通口(18)；
所述的壓力控制系統(tǒng)包括與圍壓口(5)相連的管路一、與水泥環(huán)壓力口(17)相連的管路二、與套管壓力口(12)相連的管路四和與泄壓口(14)相連的管路五；
所述的管路一上連接有截止閥一(27)、壓力傳感器一(28)、調(diào)壓閥一(29)、氣體增壓泵(30)、壓力控制儀表(32)和氮?dú)庠?34)，所述的氣體增壓泵(30)與壓縮空氣源(33)相連；
所述的管路二上連接有截止閥二(21)、截止閥四(22)、壓力傳感器二(24)、調(diào)壓閥二(25)和截止閥七(31)；
所述的管路四上連接有壓力傳感器四(43)、液體增壓泵(46)和水源(47)，所述的液體增壓泵(46)與壓縮空氣源(33)相連；
所述的管路五上連接有截止閥八(48)和排水管(42)；
所述的溫度控制系統(tǒng)包括與熱電偶口(15)相連的設(shè)置在釜體(9)內(nèi)部的熱電偶，所述的熱電偶還與溫度控制儀表(49)相連，所述的釜體(9)外側(cè)纏繞有冷卻管(16)，所述的冷卻管(16)與水源(47)相連；
所述的竄流檢測(cè)系統(tǒng)包括與驗(yàn)竄口(10)相連的管路三，所述的管路三上連接有截止閥六(35)、壓力傳感器三(36)、截止閥十(37)和竄流監(jiān)測(cè)裝置；
所述的應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)通過釜蓋(3)上的連通口(18)深入套管(6)內(nèi)部用于測(cè)量套管(6)內(nèi)壁徑向位移的位移測(cè)量裝置(1)；
所述的泥餅?zāi)M系統(tǒng)包括鉆井液儲(chǔ)存桶(54)和巖心濾網(wǎng)(20)，所述鉆井液儲(chǔ)存桶(54)的上下兩端分別設(shè)有截止閥十二(55)和截止閥十三(53)，所述鉆井液儲(chǔ)存桶(54)的上端通過導(dǎo)氣管與氮?dú)馄?56)相連，所述鉆井液儲(chǔ)存桶(54)與釜蓋(3)相連；所述的巖心濾網(wǎng)(20)嵌套于巖心(7)的外壁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣井水泥環(huán)密封完整性測(cè)試裝置，其特征在于：所述管路一和管路二上連接有分支管路六，所述的分支管路六上連接有截止閥五(26)，所述的分支管路六與管路二的連接點(diǎn)位于水泥環(huán)壓力口(17)和截止閥二(21)之間，所述分支管路六與管路一的連接點(diǎn)位于圍壓口(5)和截止閥一(27)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣井水泥環(huán)密封完整性測(cè)試裝置，其特征在于：所述管路二和分支管路六上連接有分支管路七，所述的分支管路七上設(shè)置有截止閥三(23)和失水桶(50)，所述的分支管路七與管路二的連接點(diǎn)位于截止閥二(21)和調(diào)壓閥二(25)之間，所述的分支管路七和分支管路六的連接點(diǎn)位于水泥環(huán)壓力口(17)和截止閥二(21)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣井水泥環(huán)密封完整性測(cè)試裝置，其特征在于：所述的管路三上連接有分支管路八，所述的分支管路八上設(shè)置有背壓閥一(40)和截止閥十一(41)，所述分支管路八的端部與排水管(42)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣井水泥環(huán)密封完整性測(cè)試裝置，其特征在于：所述的管路五上連接有分支管路九，所述的分支管路九上設(shè)置有背壓閥二(45)，所述分支管路九和管路五的連接點(diǎn)位于液體增壓泵(46)和壓力傳感器四(43)之間，所述分支管路九的端部與排水管(42)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣井水泥環(huán)密封完整性測(cè)試裝置，其特征在于：所述的管路五上連接有分支管路十，所述的分支管路十上設(shè)置有截止閥九(44)，所述分支管路十和管路五的連接點(diǎn)位于壓力傳感器四(43)和套管壓力口(12)之間，所述分支管路十的端部與排水管(42)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣井水泥環(huán)密封完整性測(cè)試裝置，其特征在于：所述釜體(9)的內(nèi)底面設(shè)有定位凸臺(tái)(19)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣井水泥環(huán)密封完整性測(cè)試裝置，其特征在于：所述水泥環(huán)(8)的下端設(shè)有濾網(wǎng)(51)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣井水泥環(huán)密封完整性測(cè)試裝置，其特征在于：所述釜體(9)與釜蓋(3)之間，釜蓋的連通口(18)與位移測(cè)量裝置(1)之間和釜蓋的連通口(18)與鉆進(jìn)液儲(chǔ)存桶(54)之間設(shè)有連接構(gòu)件(2)。
10.一種利用如權(quán)利要求1所述的油氣井水泥環(huán)密封完整性測(cè)試裝置進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法，其特征在于，包括如下過程：
(1)水泥環(huán)密封完整性測(cè)試
a巖心內(nèi)壁泥餅的形成
將巖心濾網(wǎng)(20)套在制作好的環(huán)形柱狀巖心(7)外圍，放入釜體(9)底面的定位凸臺(tái)(19)上，用釜蓋(3)壓緊密封，按照實(shí)驗(yàn)要求配置鉆井液，關(guān)閉鉆井液儲(chǔ)存桶(54)下端截止閥十三(53)，打開上端截止閥十二(55)，將鉆井液灌入鉆井液存儲(chǔ)桶(54)中，鉆井液的體積可依實(shí)驗(yàn)需要而定，關(guān)閉截止閥十二(55)，將鉆井液儲(chǔ)存桶(54)旋入釜蓋的連通口(18)，將從氮?dú)馄?56)引出的導(dǎo)氣管連接到鉆井液儲(chǔ)存桶(54)的頂端，關(guān)閉截止閥一(27)、截止閥五(26)、截止閥六(35)和截止閥九(44)，打開截止閥八(48)、截止閥十二(55)和截止閥十三(53)，調(diào)節(jié)氮?dú)馄?56)輸出壓力為0.5-1.0MPa，打開氮?dú)馄空{(diào)壓閥開關(guān)輸出氮?dú)猓涗洉r(shí)間15-30分鐘，在達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間后，在巖心內(nèi)外壓差作用下形成泥餅，關(guān)閉氮?dú)馄?56)開關(guān)，關(guān)閉截止閥十二(55)和截止閥十三(53)，拆卸鉆井液儲(chǔ)存桶(54)和釜蓋(3)，取出巖心(7)，用緩緩流動(dòng)的清水沖洗掉泥餅上的虛泥餅，并通過專用卡尺測(cè)量實(shí)際泥餅厚度；
b模擬井下水泥漿養(yǎng)護(hù)過程
b1模擬井筒內(nèi)等壓條件下的水泥漿養(yǎng)護(hù)
泥餅形成后，將巖心(7)和套管(6)嵌于下端蓋(11)上，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求配置不同性質(zhì)的水泥漿，將水泥漿緩緩注入套管(6)和巖心(7)之間的環(huán)形空間，注滿后用上端蓋(4)壓緊密封，將組裝好的模擬井筒置入釜體(9)中，確保下端蓋(11)與釜體(9)之間密封良好，然后旋緊釜蓋(3)，將位移測(cè)量裝置(1)旋入釜蓋頂部的連通口(18)，連接系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集軟件，打開截止閥三(23)、截止閥五(26)，待釜體(9)內(nèi)進(jìn)水完畢后，根據(jù)需求設(shè)定釜體的溫度為75-150℃，設(shè)置套管、水泥環(huán)空和圍壓的壓力值相等，所述套管壓力值上限為40MPa，所述水泥環(huán)和圍壓壓力值上限為30MPa，打開液體增壓泵(46)和氣體增壓泵(30)，并將熱電偶通電工作，實(shí)現(xiàn)模擬井筒內(nèi)等壓條件下的水泥漿養(yǎng)護(hù)；
b2模擬套管憋壓工況下的水泥漿養(yǎng)護(hù)
重復(fù)b1的操作，設(shè)置套管、水泥環(huán)空和圍壓的壓力值，使得套管內(nèi)壓值大于套管外水泥環(huán)空和圍壓的壓力值；
c不同工況下水泥環(huán)密封完整性測(cè)試
c1通過調(diào)整水泥環(huán)頂?shù)锥藟毫Σ钸M(jìn)行水泥環(huán)密封完整性測(cè)試
待水泥漿養(yǎng)護(hù)完畢后，關(guān)閉截止閥三(23)，打開截止閥二(21)，關(guān)閉截止閥五(26)，打開截止閥九(44)，此時(shí)驗(yàn)竄端水泥環(huán)背壓壓力將會(huì)上升到與水泥環(huán)壓力相同，之后關(guān)閉截止閥九(44)，打開截止閥十一(41)，調(diào)整背壓閥一(40)，將水泥環(huán)底端驗(yàn)竄壓力降低和水泥環(huán)頂端形成壓差后，關(guān)閉截止閥十一(41)，將驗(yàn)竄水箱(38)注滿水，打開截止閥十(37)和截止閥六(35)，測(cè)試當(dāng)前工況下的水泥環(huán)密封完整性；測(cè)試中可選取不同壓差間隔，如選擇2MPa，即水泥環(huán)背壓每降低2MPa便進(jìn)行一次竄流測(cè)試。
c2通過調(diào)整套管內(nèi)壓力進(jìn)行水泥環(huán)密封完整性測(cè)試
打開截止閥九(44)，打開截止閥十一(41)，調(diào)整背壓閥一(40)，使水泥環(huán)(8)的頂、底端之間形成固定大小壓差且待壓差穩(wěn)定后，關(guān)閉截止閥十一(41)；調(diào)整背壓閥二(45)，以固定間隔卸載套管(6)內(nèi)壓力，直至套管(6)內(nèi)壓為零；期間套管(6)內(nèi)壓每卸載一次便進(jìn)行一次竄流測(cè)試，如果沒有發(fā)生竄流，繼續(xù)調(diào)整背壓閥二(45)；將套管(6)內(nèi)壓調(diào)整為原壓力后，以固定間隔對(duì)套管(6)進(jìn)行加壓，且每次套管(6)加壓后重復(fù)上述套管壓力卸載過程并進(jìn)行竄流測(cè)試，直至水泥環(huán)密封完整性失效；
測(cè)試中將采用對(duì)套管(6)內(nèi)壓大于外壓條件下進(jìn)行竄流測(cè)試并與原測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，來(lái)判斷是固井一界面還是二界面產(chǎn)生了密封失效問題；利用位移測(cè)量裝置(1)的監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)判斷固井一界面微環(huán)隙的尺寸；
(2)不同尺寸微環(huán)隙的竄流實(shí)驗(yàn)
在b2過程中，模擬套管憋壓工況下的水泥漿養(yǎng)護(hù)后，關(guān)閉截止閥三(23)，打開截止閥二(21)，選擇竄流模式，關(guān)閉截止閥五(26)，打開截止閥九(44)，使水泥環(huán)頂?shù)锥诵纬晒潭ù笮翰钋曳€(wěn)定后，關(guān)閉截止閥十一(41)，調(diào)整背壓閥二(45)，以固定間隔卸載套管內(nèi)壓力，直至套管內(nèi)壓為零，期間套管內(nèi)壓每卸載一次便進(jìn)行一次竄流測(cè)試，利用位移測(cè)量裝置的監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)判斷固井一界面微環(huán)隙的尺寸；
(3)不同特性水泥漿承壓及封固能力測(cè)試
根據(jù)測(cè)試需要配置不同性質(zhì)的水泥漿體系進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，待養(yǎng)護(hù)完畢后，關(guān)閉截止閥三(23)，打開截止閥二(21)，選擇竄流模式；關(guān)閉截止閥五(26)。打開截止閥九(44)，此時(shí)驗(yàn)竄端水泥環(huán)背壓壓力將會(huì)上升到與水泥環(huán)壓力相同，之后關(guān)閉截止閥九(44)，打開截止閥十一(41)，調(diào)整背壓閥一(40)，將水泥環(huán)底端驗(yàn)竄壓力降低和水泥環(huán)頂端形成壓差后，關(guān)閉截止閥十一(41)，將驗(yàn)竄水箱(38)注滿水，打開截止閥十(37)、截止閥六(35)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試中逐漸增大水泥環(huán)頂?shù)锥藟翰?，如果測(cè)試中監(jiān)測(cè)到水泥環(huán)底端背壓壓力如果出現(xiàn)上升，當(dāng)前壓差即視為此種水泥漿的極限封固壓力；
(4)不同因素對(duì)水泥環(huán)密封完整性的影響規(guī)律分析
a泥餅性質(zhì)：不同泥餅厚度可通過改變氣源壓力大小和時(shí)間獲得；不同泥餅性質(zhì)可通過改變巖心巖性和鉆井液配方獲得；
b水泥環(huán)厚度：通過選用不同尺寸套管，以及不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸的上下端蓋進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)；
c養(yǎng)護(hù)溫度和壓力：通過溫度控制儀表和壓力控制儀表分別進(jìn)行進(jìn)行編程控溫和控壓，設(shè)置水泥漿養(yǎng)護(hù)過程中的溫度和壓力變化。