本實(shí)用新型涉及水泥環(huán)環(huán)隙測(cè)試裝置領(lǐng)域，具體是一種水泥環(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

水泥是一種具有先天缺陷的脆性材料，井下水泥環(huán)在射孔彈高能聚流沖擊力的作用下，會(huì)破裂形成宏觀裂紋，油氣井開(kāi)發(fā)過(guò)程中的后續(xù)增產(chǎn)措施使這些裂紋進(jìn)一步擴(kuò)大，致使水泥環(huán)的封隔作用徹底失效。另外水泥石的收縮使界面產(chǎn)生微間隙，這些都可導(dǎo)致后期發(fā)生氣水竄。國(guó)外對(duì)井下水泥環(huán)環(huán)隙的研究主要有兩個(gè)手段：實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算。在實(shí)驗(yàn)方面，主要采用的方法是在兩層同心套管內(nèi)注入水泥，待水泥固結(jié)后在內(nèi)層套管內(nèi)施加液壓或改變套管內(nèi)的溫度，通過(guò)壓力或溫度變化改變兩層套管內(nèi)水泥環(huán)的應(yīng)力狀態(tài)，通過(guò)環(huán)空水泥環(huán)滲透性的改變分析水泥環(huán)的水力膠結(jié)性質(zhì)。國(guó)內(nèi)，2013年西安石油大學(xué)楊振杰等發(fā)明了一種固井水泥環(huán)完整性模擬評(píng)價(jià)試驗(yàn)儀，能夠模擬固井水泥環(huán)所處的井下的環(huán)境條件，模擬井下壓力對(duì)固井水泥環(huán)的損傷，測(cè)定不同條件下固井水泥環(huán)抗壓強(qiáng)度的變化情況，從而評(píng)價(jià)固井水泥環(huán)的抗沖擊韌性和封隔可靠性。2013年中國(guó)石油大學(xué)(華東)王成文等研發(fā)了深水固井水泥環(huán)封隔性能測(cè)試裝置，能夠模擬不同地層條件下液壓載荷變化、變溫循環(huán)對(duì)深水固井水泥環(huán)封隔性能影響。2014年西南石油大學(xué)劉健等發(fā)明了一種高溫高壓固井水泥環(huán)力學(xué)完整性測(cè)試裝置，模擬了在不同管柱結(jié)構(gòu)下水泥環(huán)在高溫高壓環(huán)境中的損傷劣化。但這些研究裝置未能實(shí)時(shí)測(cè)量壓力及溫度變化引起的套管變形情況，不能實(shí)時(shí)判斷環(huán)隙是否產(chǎn)生，不能以可視化形式獲得第一界面(水泥環(huán)和內(nèi)管)與第二界面(水泥環(huán)和外管)的膠結(jié)情況、環(huán)隙的大小、數(shù)量及具體分布情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了一種水泥環(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試系統(tǒng)，以達(dá)到實(shí)時(shí)觀測(cè)水泥環(huán)環(huán)隙的目的。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種水泥環(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試系統(tǒng)，水泥環(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試系統(tǒng)包括：水泥環(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試裝置，設(shè)置有用于容納水泥環(huán)的容納空間；超聲波成像裝置，設(shè)置在水泥環(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試裝置處，超聲波成像裝置能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)水泥環(huán)。

進(jìn)一步地，水泥環(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試裝置包括：底座組件和頂蓋組件；內(nèi)管，一端與底座組件能拆卸的密封連接，另一端與頂蓋組件能拆卸的密封連接；外管，一端與底座組件能拆卸的密封連接，另一端與頂蓋組件能拆卸的密封連接，內(nèi)管與外管同軸設(shè)置，內(nèi)管的直徑小于外管的直徑。

進(jìn)一步地，水泥環(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理裝置；內(nèi)管的外壁上設(shè)置有第一應(yīng)變片，第一應(yīng)變片通過(guò)第一連接線路與數(shù)據(jù)處理裝置連接；外管的外壁上設(shè)置有第二應(yīng)變片，第二應(yīng)變片通過(guò)第二連接線路與數(shù)據(jù)處理裝置連接。

進(jìn)一步地，底座組件包括底座本體、外管法蘭和第一絲堵，底座本體設(shè)置有環(huán)形凸起，第一絲堵的一端密封固定在環(huán)形凸起內(nèi)，第一絲堵的另一端與內(nèi)管一端密封連接；外管的一端內(nèi)壁與環(huán)形凸起的外壁密封連接，外管法蘭套設(shè)在外管的一端外壁處，外管法蘭能夠?qū)⑼夤艿囊欢斯潭ㄓ诘鬃倔w。

進(jìn)一步地，內(nèi)管和外管之間形成環(huán)空，底座本體設(shè)置有氮?dú)庾⑷肟?，氮?dú)庾⑷肟椎囊欢伺c環(huán)空連通，氮?dú)庾⑷肟椎牧硪欢伺c底座本體的外側(cè)連通。

進(jìn)一步地，內(nèi)管和外管之間形成環(huán)空，頂蓋組件包括壓帽和頂板，壓帽的一端密封設(shè)置在內(nèi)管的另一端內(nèi)，壓帽的另一端置于內(nèi)管的另一端外側(cè)；頂板為環(huán)形結(jié)構(gòu)，頂板密封套設(shè)在壓帽外，頂板的一側(cè)表面設(shè)置有環(huán)形頂板凸起，環(huán)形頂板凸起的內(nèi)壁與內(nèi)管另一端的外壁密封，環(huán)形頂板凸起的外壁與外管另一端的內(nèi)壁密封。

進(jìn)一步地，水泥環(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試系統(tǒng)還包括注液管，設(shè)置在內(nèi)管內(nèi)，注液管的一端位于內(nèi)管的一端處，注液管的另一端設(shè)置在壓帽內(nèi)，壓帽上開(kāi)設(shè)有壓帽注液孔，壓帽注液孔一端與注液管的另一端連接，壓帽注液孔的另一端與壓帽的外側(cè)連通。

進(jìn)一步地，頂板內(nèi)設(shè)置有頂板注液孔，頂板注液孔的一端與環(huán)空連通，頂板注液孔的另一端與頂板的外側(cè)連通。

進(jìn)一步地，水泥環(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試系統(tǒng)還包括拉壓力施加組件，拉壓力施加組件與頂蓋組件連接，拉壓力施加組件能夠向內(nèi)管施加拉力或壓力。

進(jìn)一步地，拉壓力施加組件包括拉壓力傳感器和液壓驅(qū)動(dòng)裝置，拉壓力傳感器的一端與頂蓋組件固定連接，拉壓力傳感器的另一端與液壓驅(qū)動(dòng)裝置連接。

本實(shí)用新型的有益效果是，設(shè)置超聲波成像裝置，能夠?qū)崟r(shí)的以可視化形式檢測(cè)水泥環(huán)的膠結(jié)情況、是否產(chǎn)生環(huán)隙、環(huán)隙大小、數(shù)量及具體分布情況，達(dá)到水泥環(huán)的環(huán)隙實(shí)時(shí)可視的目的。

本實(shí)用新型實(shí)施例具有操作方便、可模擬井下真實(shí)環(huán)境、測(cè)量?jī)?nèi)外套管變形情況、以可視化形式獲得第一界面與第二界面的膠結(jié)情況，環(huán)隙的大小、數(shù)量及具體分布情況等特點(diǎn)。

利用本實(shí)用新型實(shí)施例模擬井下套管內(nèi)壓力和溫度變化，對(duì)比分析固井用水泥漿體系在相應(yīng)條件下的環(huán)空防氣、水竄能力，對(duì)水泥漿優(yōu)化、固井設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本實(shí)用新型水泥環(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的側(cè)視圖。

圖中附圖標(biāo)記：1、第一絲堵；2、底座本體；3、氮?dú)庾⑷肟祝?、外管法蘭；8、注液管；9、內(nèi)管；10、外管；11、第一應(yīng)變片；12、第二應(yīng)變片；13、壓帽；14、頂桿；15、壓帽注液孔；16、頂板注液孔；17、頂板；18、扳手；19、壓力傳感器；20、缸筒頂蓋；21、活塞桿；24、聚氨酯油封；25、缸筒；26、液壓頂板。

具體實(shí)施方式

需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型。

如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種水泥環(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試系統(tǒng)，該水泥環(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試系統(tǒng)包括水泥環(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試裝置和超聲波成像裝置。水泥環(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試裝置設(shè)置有用于容納水泥環(huán)的容納空間。超聲波成像裝置(圖中未示出)設(shè)置在水泥環(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試裝置處，超聲波成像裝置能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)水泥環(huán)。

設(shè)置超聲波成像裝置，能夠?qū)崟r(shí)的以可視化形式檢測(cè)水泥環(huán)的膠結(jié)情況、是否產(chǎn)生環(huán)隙、環(huán)隙大小、數(shù)量及具體分布情況，達(dá)到水泥環(huán)的環(huán)隙實(shí)時(shí)可視的目的。

需要說(shuō)明的是，本實(shí)用新型實(shí)施例中超聲波成像裝置可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的超聲波成像裝置，該超聲波成像裝置能夠?qū)λ喹h(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試裝置的指定深度實(shí)施全方位掃描。超聲波成像裝置發(fā)出的超聲波通過(guò)水和分聲鏡后入射到目標(biāo)物體，此時(shí)反射波又通過(guò)水、分聲鏡、超聲鏡頭入射到二維超聲波接收傳感器陣列上，通過(guò)數(shù)字處理將圖像顯示在顯示屏上。

本實(shí)用新型實(shí)施例中的水泥環(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試裝置包括：底座組件、頂蓋組件、內(nèi)管9、外管10和拉壓力施加組件。內(nèi)管9的一端與底座組件能拆卸的密封連接，內(nèi)管9的另一端與頂蓋組件能拆卸的密封連接。外管10的一端與底座組件能拆卸的密封連接，外管10的另一端與頂蓋組件能拆卸的密封連接，內(nèi)管9與外管10同軸設(shè)置，內(nèi)管9的直徑小于外管10的直徑。本實(shí)用新型實(shí)施例中，上述內(nèi)管9與外管10之間形成環(huán)空，該環(huán)空內(nèi)能夠注入水泥漿，可以用于模擬井下環(huán)空。該內(nèi)管9內(nèi)可以注入液體，用于模擬井筒內(nèi)液壓。

優(yōu)選地，本實(shí)用新型實(shí)施例中水泥環(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理裝置。內(nèi)管9的外壁上設(shè)置有第一應(yīng)變片11，第一應(yīng)變片11通過(guò)第一連接線路與數(shù)據(jù)處理裝置連接。外管10的外壁上設(shè)置有第二應(yīng)變片12，第二應(yīng)變片12通過(guò)第二連接線路與數(shù)據(jù)處理裝置連接。設(shè)置第一應(yīng)變片11和第二應(yīng)變片12，可以實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)?nèi)管9和外管10的變形情況。

如圖1所示，頂蓋組件包括壓帽13和頂板17，壓帽13的一端密封設(shè)置在內(nèi)管9的另一端內(nèi)，能夠密封內(nèi)管9的另一端。壓帽13的另一端置于內(nèi)管9的另一端外側(cè)。頂板17為環(huán)形結(jié)構(gòu)，頂板17套設(shè)固定在壓帽13外，頂板17的一側(cè)表面設(shè)置有環(huán)形頂板凸起，環(huán)形頂板凸起的內(nèi)壁與內(nèi)管9另一端的外壁密封，環(huán)形頂板凸起的外壁與外管10另一端的內(nèi)壁密封，即環(huán)形頂板凸起能夠?qū)h(huán)空的一端密封。

水泥環(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試系統(tǒng)還包括注液管8，注液管8設(shè)置在內(nèi)管9內(nèi)，注液管8的一端位于內(nèi)管9的一端處，注液管8的另一端設(shè)置在壓帽13內(nèi)，壓帽13上開(kāi)設(shè)有壓帽注液孔15，壓帽注液孔15一端與注液管8的另一端連接，壓帽注液孔15的另一端與壓帽13的外側(cè)連通。本實(shí)用新型實(shí)施例中，通過(guò)上述壓帽注液孔15和注液管8可以向內(nèi)管9內(nèi)注入液體。

進(jìn)一步地，頂板17內(nèi)設(shè)置有頂板注液孔16，頂板注液孔16的一端與環(huán)空連通，頂板注液孔16的另一端與頂板17的外側(cè)連通。本實(shí)用新型實(shí)施例中，通過(guò)上述頂板注液孔16可以向環(huán)空內(nèi)注入液體，用于模擬環(huán)空內(nèi)壓力。

優(yōu)選地，上述實(shí)施例中還包括頂桿14和扳手18，上述頂桿14設(shè)置在外管10的外周壁上，頂桿14的上端能夠穿過(guò)外管10上部設(shè)置的徑向凸緣固定部并與頂板17的下部抵接，頂桿14能夠向上將頂板17頂起。上述扳手18設(shè)置在頂板17的外周壁上，上述扳手18能夠用于旋擰頂板17，上述扳手18還能夠用于將頂板17吊起。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，底座組件包括底座本體2、外管法蘭4和第一絲堵1。底座本體2設(shè)置有環(huán)形凸起，第一絲堵1的一端密封固定在環(huán)形凸起內(nèi)，第一絲堵1的另一端與內(nèi)管9一端密封連接。外管10的一端內(nèi)壁與環(huán)形凸起的外壁密封連接，外管法蘭4套設(shè)在外管10的一端外壁處，外管法蘭4能夠?qū)⑼夤?0的一端固定于底座本體2。在該實(shí)施例中，第一絲堵1能夠?qū)?nèi)管9的一端密封。上述環(huán)形凸起能夠?qū)h(huán)空的另一端密封。

進(jìn)一步地，底座本體2設(shè)置有氮?dú)庾⑷肟?，氮?dú)庾⑷肟?的一端與環(huán)空連通，氮?dú)庾⑷肟?的另一端與底座本體2的外側(cè)連通。通過(guò)該氮?dú)庾⑷肟?可以向環(huán)空內(nèi)注入氮?dú)?，在環(huán)空內(nèi)的水泥漿凝固后可以測(cè)試水泥環(huán)(由水泥漿凝固而成)內(nèi)部微環(huán)間隙的存在。本實(shí)用新型實(shí)施例中，上述頂板注液孔16在測(cè)試測(cè)試水泥環(huán)內(nèi)部微環(huán)間隙的存在時(shí)，可以作為氮?dú)馀懦资褂?，用于收集測(cè)量泄露的氮?dú)狻?/p>

如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例中，拉壓力施加組件與頂蓋組件連接，拉壓力施加組件能夠向內(nèi)管9施加拉力或壓力。設(shè)置拉壓力施加組件，可以用于模擬井下套管所有的壓力和拉力。

拉壓力施加組件包括拉壓力傳感器19和液壓驅(qū)動(dòng)裝置，拉壓力傳感器19的一端與頂蓋組件固定連接，拉壓力傳感器19的另一端與液壓驅(qū)動(dòng)裝置連接。

其中，上述液壓驅(qū)動(dòng)裝置包括液壓頂板26、缸筒25和活塞桿21。液壓頂板26通過(guò)連接組件(未圖示)與頂板17固定連接，缸筒25的封閉端固定在液壓頂板26上，缸筒25設(shè)置有液壓腔。該活塞桿21一端與壓力傳感器19的另一端固定連接，該活塞桿21的另一端為聚氨酯油封24，該聚氨酯油封24設(shè)置在上述液壓腔內(nèi)。聚氨酯油封24將液壓腔劃分為第一油腔和第二油腔。缸筒25的開(kāi)口端設(shè)置有缸筒頂蓋20。

應(yīng)用本實(shí)用新型實(shí)施例的水泥環(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試系統(tǒng)工作時(shí)：

先將預(yù)先配置好的水泥漿注入內(nèi)管9和外管10之間的環(huán)空，通過(guò)拉壓力施加組件可向內(nèi)管9施加一定的壓力或拉力，用于模擬井下套管所受壓力或拉力。將水泥環(huán)環(huán)隙模擬測(cè)試裝置整體放入加熱器組件(未圖示)中加熱，可以用于模擬井下溫度。通過(guò)壓帽13上預(yù)開(kāi)的壓帽注液孔15和注液管8向內(nèi)管9內(nèi)部注入液體以模擬井筒內(nèi)液壓。通過(guò)頂板17上預(yù)開(kāi)的頂板注液孔16向環(huán)空內(nèi)注入液體，用于模擬環(huán)空內(nèi)壓力。

待水泥漿凝固后，通過(guò)底座本體2上預(yù)開(kāi)的氮?dú)庾⑷肟?向環(huán)空注入氮?dú)?，此時(shí)頂板17上預(yù)開(kāi)的頂板注液孔16可收集測(cè)量泄露的氮?dú)猓源藖?lái)測(cè)試水泥環(huán)內(nèi)部環(huán)隙的產(chǎn)生。由于安裝第一應(yīng)變片11和第二應(yīng)變片12，可以實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)?nèi)管9和外管10的變形情況。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用超聲波成像裝置對(duì)內(nèi)管9和外管10進(jìn)行指定深度的全方位掃描，實(shí)時(shí)的以可視化形式顯示第一界面(水泥環(huán)和內(nèi)管)與第二界面(水泥環(huán)和外管)處的膠結(jié)情況，包括環(huán)隙是否產(chǎn)生、環(huán)隙大小、數(shù)量及具體分布情況。

從以上的描述中，可以看出，本實(shí)用新型上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果：設(shè)置超聲波成像裝置，能夠?qū)崟r(shí)的以可視化形式檢測(cè)水泥環(huán)的膠結(jié)情況、是否產(chǎn)生環(huán)隙、環(huán)隙大小、數(shù)量及具體分布情況，達(dá)到水泥環(huán)的環(huán)隙實(shí)時(shí)可視的目的。

本實(shí)用新型實(shí)施例具有操作方便、可模擬井下真實(shí)環(huán)境、測(cè)量?jī)?nèi)外套管變形情況、以可視化形式獲得第一界面與第二界面的膠結(jié)情況，環(huán)隙的大小、數(shù)量及具體分布情況等特點(diǎn)。

利用本實(shí)用新型實(shí)施例模擬井下套管內(nèi)壓力和溫度變化，對(duì)比分析固井用水泥漿體系在相應(yīng)條件下的環(huán)空防氣、水竄能力，對(duì)水泥漿優(yōu)化、固井設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

以上所述，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，不能以其限定實(shí)用新型實(shí)施的范圍，所以其等同組件的置換，或依本實(shí)用新型專(zhuān)利保護(hù)范圍所作的等同變化與修飾，都應(yīng)仍屬于本專(zhuān)利涵蓋的范疇。另外，本實(shí)用新型中的技術(shù)特征與技術(shù)特征之間、技術(shù)特征與技術(shù)方案之間、技術(shù)方案與技術(shù)方案之間均可以自由組合使用。