一种测弃井水泥塞与套管界面胶结强度的简易装置制造方法及图纸

一种测弃井水泥塞与套管界面胶结强度的简易装置，包括1压头、2上部导管、3样品管、4下部导管、5底座。其特征在于：上部导管与下部导管依靠螺纹与样品管连接，保持实验过程稳定夹持。与上部导管和下部导管相接的样品管，安装到底座上，底座与加载设备压机的对中销耦合固定。将压头与上部导管相接，耦合结构保证在水泥端面不平整的情况下，压头传递的载荷垂直作用于样品管端面。实验时，载荷垂直作用于压头。本新型全部采用不锈钢材料制作，满足防腐要求，装置在未受物理破坏的情况下可重复使用；装置组合快速便捷，操作简易，调整方便；压头、上部导管、下部导管、底座可配合样品管的需求改变尺寸，装置各部分拆装方便，因此装置具有普适性。

A simple device for measuring the bond strength between cement plug and casing in abandoned well

【技术实现步骤摘要】
一种测弃井水泥塞与套管界面胶结强度的简易装置
本技术公开了一种测弃井水泥塞与套管界面胶结强度的简易装置。
技术介绍
我国海洋油气资源极为丰富，目前我国在南海、渤海等区域的勘探已获得了较大成果，但海上探井单井作业成本可达数亿人民币，事实上海上开发井作业成本更高，高经济门限成为限制海洋油气资源开发的关键因素。海上勘探开发一体化策略则是缓解这一问题的有效途径之一。海上探井转开发井技术是深水勘探开发一体化的重要一环。即通过将有储量发现的探井生产套管回接至井口，借助已有和后期配备的生产设施，将其直接转化为开发井生产，而不需要将探井弃置再重新钻一口新的开发井，能够缩短开发周期1年以上，极大地降低了作业周期和开发成本。当获得油气开发所需的地质资料之后，向探井中打水泥塞以封隔裸眼底层。弃井作业应做到井内外无地层流体上窜的通道、地层流体没有上窜至海底泥面、污染海洋环境的风险。探井转开发井过程中环空压力会经历多个井筒状态，包括探井钻井阶段、探井弃井后长期闲置阶段、转开发井完井重入阶段、生产阶段，井筒在各阶段所处的工况条件和温压环境不同，环空压力变化较大。因此通过对弃井水泥塞的研究，可以获得弃井安全性和弃井、探井转开发井的可行性评价。国内对于弃井水泥塞失效机理研究多是通过腐蚀试验，将水泥塞试样置于模拟地层腐蚀环境中养护，在不同周期测试水泥塞试样的孔隙度和渗透率的变化以解释说明。而我们认为这些对水泥塞失效机理的研究忽略了水泥塞和套管之间胶结强度变化对环空增压的影响。更明确地说，我们认为在研究腐蚀环境对水泥塞失效性影响应该从两个维度进行对比评价，即对比腐蚀环境对水泥塞的孔隙度及渗透率的影响和腐蚀环境对水泥塞和套管之间胶结强度的影响。完成水泥塞和套管胶结强度的测试需在实验水泥塞试样上加载荷获取破坏套管和水泥塞剪切强度。实验过程中试样的夹持稳定性是个突出问题，即在加载过程中无法保持所加载荷垂直作用于试样轴线方向。如此可能导致在所加载荷未达到破坏水泥塞试样与套管胶结强度，试样先受载荷发生剪切破坏，无法达到实验目的。
技术实现思路
针对上述问题，本技术的目的是提供一种测弃井水泥塞与套管界面胶结强度的简易装置。该装置能固定试样，确保在加载过程中载荷垂直作用在试样轴线上。为实现上述目的，本技术采取以下技术方案：一种测弃井水泥塞与套管界面胶结强度的简易装置，其特征在于：它包括上部导管、样品管、下部导管、压头和底座。其中设备连接顺序为先将水泥试样灌入样品管中，而后上部导管和下部导管分别利用螺纹连接在样品管的上部和下部，最后将压头安装到上部导管上，底座安装到下部导管之下。实验时，在压头上部垂直加载荷。本技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、起到稳固试样，确保在试样轴线方向垂直加载，测得试样与钢管之间的胶结剪切力。2、本实验将他人忽略的水泥塞失效致因——水泥塞与套管之间的胶结失效纳入考虑进行对比试验，并设计特殊夹持装置优化实验，对于水泥塞腐蚀失效机理研究具有重要意义。附图说明附图1是装置的各部件组合图，即装置图；图2是压头示意图；图3是上部导管示意图；图4是样品管示意图；图5是下部导管的示意图；图6是底座的示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术进行详细的描述。测弃井水泥塞与套管界面胶结强度的简易装置，包括：1、压头2、上部导管3、样品管4、下部导管5、底座。其特征在于：(1)压头1、上部导管2、样品管3、下部导管4、底座5均采用不锈钢材料制作，抗腐蚀程度强，装置部件可反复使用。(2)压头1包括两个圆柱结构，上部是以50mm为直径，15mm为高度的圆柱体，下部是以18mm为直径，20mm为高度的圆柱体。使用时形成一个倒“T”型结构，下部圆柱地面直接与样品管界面相接触，传递载荷。(3)上部导管2是变径结构圆管。上部是内径为19mm，外径为30mm，高为10mm的圆环柱结构，下部是内径为25mm，外径为30mm，高为10mm的圆环柱结构，同时下部圆环柱有高为10mm的内螺纹结构。上部圆环柱内径为19mm，略大于压头1下部圆柱直径18mm，便于压头1与上部导管2形成耦合结构。(4)样品管3是直径为25mm的圆柱体，其顶部有长度为15mm的外螺纹结构，用于与上导管2的下部连接。其下部有长度为15mm的外螺纹结构，用于与下部导管4的上部相连接。(5)下部导管4是变径结构圆管。上部是内径为25mm，外径为30mm，高为10mm的圆环柱结构，同时其内部有长为10mm的外螺纹结构用于与样品管3连接。下部是内径为21mm，外径为30mm，高为15mm的圆环柱结构。(6)底座5包括两个圆柱结构，上部是直径为21mm，高为5mm的圆柱。下部是直径为50mm，高为20mm的圆柱，并包含中心镂空结构的卡槽。镂空结构内径为6.2mm，高为15mm的圆柱，用于与加载设备压机的对中销耦合，固定试样。(7)压头1、上部导管2、下部导管4、底座5可配合样品管3的需求改变尺寸，且装置各部分拆装方便，因此装置具有良好的普适性。本技术的使用过程为：1)将试样水泥灌入样品管3，在实验条件下进行养护。2)上部导管2与下部导管4依靠螺纹与样品管3连接。3)将与上部导管2和下部导管4相接的样品管3，安装到底座5上，底座5与加载设备压机的对中销耦合固定。4)将压头1与上部导管2相耦合。5)实验时，载荷垂直作用于压头1，记录轴向力和压头1位移数据。6)结合样品管3的内壁侧面积和上一步所记录的轴向力数据，计算得到界面胶结强度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测弃井水泥塞与套管界面胶结强度的简易装置，包括压头、上部导管、样品管、下部导管和底座；其特征在于：在样品管中灌入水泥试样，上部导管和下部导管分别利用螺纹连接在样品管的上部和下部，压头安装在上部导管上，底座安装在下部导管之下，在压头上部垂直加载荷；其中上部导管是变径结构圆管设计，上部是内径为19mm，外径为30mm，高为10mm的圆环柱结构，下部是内径为25mm，外径为30mm，高为10mm的圆环柱结构，同时下部圆环柱有高为10mm的内螺纹结构；其中下部导管是变径结构圆管，其内部有长为10mm的外螺纹结构用于与样品管3连接，同时其下部是内径为21mm，外径为30mm，高为15mm的圆环柱结构，下部导管与样品管连接后，形成“T”型结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种测弃井水泥塞与套管界面胶结强度的简易装置，包括压头、上部导管、样品管、下部导管和底座；其特征在于：在样品管中灌入水泥试样，上部导管和下部导管分别利用螺纹连接在样品管的上部和下部，压头安装在上部导管上，底座安装在下部导管之下，在压头上部垂直加载荷；其中上部导管是变径结构圆管设计，上部是内径为19mm，外径为30mm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄馨，李中，闫伟，郭永宾，王孔阳，刘和兴，李磊，邓金根，杨浩，吴建树，陈际宇，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：新型
国别省市：北京;11