CN108533209B - 固井水泥的体积稳定性的确定装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种固井水泥的体积稳定性的确定装置和方法，其中，该装置包括：反应釜、径向收缩膨胀环、加热器、加压器、体积变化参数测试仪，其中：径向收缩膨胀环包括：第一套管和第二套管，第一套管为弹性材料套管，第二套管为钢质套管，第一套管和第二套管之间的环空用于盛放固井水泥样品；加热器、加压器分别用于提供预设温度、预设压力；体积变化参数测试仪用于检测固井水泥的径向体积变化参数。由于该装置通过设置有径向收缩膨胀环获取固井水泥的径向体积变化参数，再利用固井水泥的径向体积变化参数来全面地评价固井水泥的体积稳定性，从而解决了现有方法中存在的确定固井水泥的体积稳定性不全面、准确度较差的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及油气开发技术领域，特别涉及一种固井水泥的体积稳定性的确定装置和方法。
背景技术
在进行油气井部署时通常会在地层和套管之间的环空中注入水泥形成水泥环，以进行固井处理。但是，上述水泥在固化过程中以及固化过程后所形成的水泥环的体积发生的膨胀和收缩都会对固井质量造成影响。因此，事先确定固井水泥的体积稳定性，以此为依据，选择使用体积稳定性相对较高的固井水泥环十分重要。
目前，现有方法大多是简单地利用反应釜测试水泥样品的轴向稳定性，仅以轴向稳定性作为指标参数对固井水泥的体积稳定性进行评价，导致现有方法具体实施时，往往存在确定固井水泥的体积稳定性不全面、准确度较差的技术问题。
针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种固井水泥的体积稳定性的确定装置和方法，以解决现有方法中存在的确定固井水泥的体积稳定性不全面、准确度较差的技术问题，达到通过测取并利用固井水泥的径向体积变化参数，更加准确、全面地评价固井水泥的体积稳定性的技术效果。
本申请实施例提供了一种固井水泥的体积稳定性的确定装置，包括：
反应釜、径向收缩膨胀环、加热器、加压器、体积变化参数测试仪，其中：
所述径向收缩膨胀环包括：第一套管和第二套管，所述第一套管为弹性材料套管，所述第二套管为钢质套管，所述第一套管套设于所述第二套管外，在所述径向收缩膨胀环的顶端和底端分别设有上盖和下盖，所述第一套管和所述第二套管之间的环空用于盛放待检测的目标区域的固井水泥样品；
所述径向收缩膨胀环置于所述反应釜内；
所述加热器与所述反应釜相连，用于向所述径向收缩膨胀环提供预设温度；所述加压器与所述反应釜相连，用于向所述径向收缩膨胀环提供预设压力；
所述体积变化参数测试仪与所述反应釜相连，用于通过检测在所述预设温度、预设压力条件下的第二套管的形变参数以确定固井水泥的径向体积变化参数，所述径向体积变化参数用于确定所述固井水泥的体积稳定性，所述径向体积变化参数用于表示固井水泥样品沿径向的体积变化率。
在一个实施方式中，所述径向收缩膨胀环和所述上盖之间通过橡胶密封，所述径向收缩膨胀环和所述下盖之间通过橡胶密封。
在一个实施方式中，在所述上盖上设有注入孔和排出孔，所述注入孔与所述第一套管和所述第二套管之间的环空连通，所述排出孔与所述第一套管和所述第二套管之间的环空连通。
在一个实施方式中，在所述上盖和所述下盖上分别设有压力调节孔，所述压力调节孔与所述第二套管的内部连通。
在一个实施方式中，在所述下盖的中心位置设有固定孔，所述固定孔用于将所述径向收缩膨胀环固定在所述反应釜内。
在一个实施方式中，所述装置还包括处理器，所述处理器与所述体积变化参数测试仪相连，所述处理器用于根据所述固井水泥的径向体积变化参数和固井水泥的轴向体积变化参数确定所述固井水泥的体积稳定性，所述固井水泥的轴向体积变化参数用于表征固井水泥沿轴向的体积变化率。
本申请实施例还提供了一种固井水泥的体积稳定性的确定方法，包括：
获取目标区域的固井水泥样品；
通过固井水泥的体积稳定性的确定装置，在预设温度、预设压力条件下对所述固井水泥样品进行径向体积变化测试，以获取固井水泥的径向体积变化参数；
在所述预设温度、所述预设压力条件下对所述固井水泥样品进行轴向体积变化测试，以获取固井水泥的轴向体积变化参数；
根据所述固井水泥的径向体积变化参数、所述固井水泥的轴向体积变化参数，确定所述固井水泥的体积稳定性。
在一个实施方式中，所述预设温度根据所述目标区域的井下温度确定，所述预设压力根据所述目标区域的井下压力确定。
在一个实施方式中，根据所述固井水泥的径向体积变化参数、所述固井水泥的轴向体积变化参数，确定所述固井水泥的体积稳定性，包括：
比较所述固井水泥的径向体积变化参数和径向体积变化阈值的大小；比较所述固井水泥的轴向体积变化参数和轴向体积变化阈值的大小；
在所述固井水泥的径向体积变化参数小于所述径向体积变化阈值，所述固井水泥的轴向体积变化参数小于所述轴向体积变化阈值的情况下，确定所述固井水泥的体积稳定性符合要求。
在一个实施方式中，所述固井水泥样品包括多种配比的用于在目标区域的井下地层和套管之间构建水泥环的水泥。
在本申请实施例中，由于考虑到了井下固井水泥环真实的体积变化特征，通过设置的径向收缩膨胀环检测固井水泥的径向体积变化参数，以便引入固井水泥的径向体积变化参数来全面地评价固井水泥的体积稳定性，从而解决了现有方法中存在的确定固井水泥的体积稳定性不全面、准确度较差的技术问题，达到通过井下并利用固井水泥的径向体积变化参数，更加准确、全面地评价固井水泥的体积稳定性的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本申请实施方式提供的固井水泥的体积稳定性的确定装置的组成结构示意图；
图2是根据本申请实施方式提供的固井水泥的体积稳定性的确定方法的处理流程图；
图3是基于本申请实施例提供的固井水泥的体积稳定性的确定方法的电子设备组成结构示意图；
图4是在一个场景示例中应用本申请实施例提供的固井水泥的体积稳定性的确定装置和方法获得的1号水泥在21MPa、150℃条件下的径向体积变化参数示意图；
图5是在一个场景示例中应用本申请实施例提供的固井水泥的体积稳定性的确定装置和方法获得的1号水泥在21MPa、120℃条件下的径向体积变化参数示意图；
图6是在一个场景示例中应用本申请实施例提供的固井水泥的体积稳定性的确定装置和方法获得的1号水泥在21MPa、95℃条件下的径向体积变化参数示意图；
图7是在一个场景示例中应用本申请实施例提供的固井水泥的体积稳定性的确定装置和方法获得的2号水泥在40MPa、95℃条件下的径向体积变化参数示意图；
图8是在一个场景示例中应用本申请实施例提供的固井水泥的体积稳定性的确定装置和方法获得的2号水泥在21MPa、95℃条件下的径向体积变化参数示意图；
图9是在一个场景示例中应用本申请实施例提供的固井水泥的体积稳定性的确定装置和方法获得的2号水泥在10MPa、95℃条件下的径向体积变化参数示意图；
附图说明：
1、反应釜，2、径向收缩膨胀环，21、上盖，22、下盖，23、第一套管，24、第二套管，3、加温器，4、加压器，5、体积变化参数测试仪。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
考虑到现有方法在确定固井水泥的体积稳定性时，由于没有全面地分析真实的施工场景中固井水泥的体积变化特征，只考虑到了固井水泥在轴向上的体积变化对固井质量的影响，因此仅测试并利用轴向体积变化参数作为指标参数评价固井水泥的体积稳定性，导致具体实施时往往存在确定固井水泥的体积稳定性不全面、准确度较差的技术问题。实际上，井下固井水泥环在径向上的体积变化也会对固井质量产生较明显的影响。例如，水泥环沿径向体积膨胀会对套管形成挤压，严重甚至导致固井失败；水泥环沿径向体积收缩则会使得水泥环与套管之间的交界面处的胶结质量出现问题，甚至会产生微间隙形成环空窜流造成油气资源的流失或储层的损害。但是，现有方法却没有考虑到上述固井水泥的径向体积变化对固井质量影响，也没有一种专门用测定固井水泥径向体积变化参数的装置。正是考虑到了上述问题，本申请考虑到了井下水泥环真实的体积变化特征，通过设置径向收缩膨胀环检测固井水泥的径向体积变化参数，再以引入固井水泥的径向体积变化参数来全面地评价水泥的体积稳定性，从而解决了现有方法中存在的确定固井水泥的体积稳定性不全面、准确度较差的技术问题，达到通过检测并利用固井水泥的径向体积变化参数，更加准确、全面地评价固井水泥的体积稳定性的技术效果。
基于上述思考思路，本申请实施例提供了一种固井水泥的体积稳定性的确定装置。具体请参阅图1所示的根据本申请实施方式提供的固井水泥的体积稳定性的确定装置的组成结构示意图。本申请实施例提供的固井水泥的体积稳定性的确定装置，具体可以包括以下结构部件：反应釜1、径向收缩膨胀环2、加热器3、加压器4和体积变化参数测试仪5，其中：
所述径向收缩膨胀环2具体可以包括：第一套管23和第二套管24，所述第一套管23具体可以为弹性材料套管，所述第二套管24具体可以为钢质套管，所述第一套管23具体可以套设于所述第二套管24外，在所述径向收缩膨胀环2的顶端和底端分别设有上盖21和下盖22，所述第一套管23和所述第二套管24之间的环空用于盛放待检测的目标区域的固井水泥样品；
所述径向收缩膨胀环2具体可以置于所述反应釜1内；
所述加热器3具体可以与所述反应釜1相连，具体可以用于向所述径向收缩膨胀环2提供预设温度；所述加压器4具体可以与所述反应釜1相连，具体可以用于向所述径向收缩膨胀环2提供预设压力；
所述体积变化参数测试仪5具体可以与所述反应釜1相连，具体可以用于通过检测在所述预设温度、预设压力条件下的第二套管24的形变参数以确定固井水泥的径向体积变化参数，所述径向体积变化参数具体可以用于确定所述固井水泥的体积稳定性；其中，所述径向体积变化参数用于表示固井水泥样品沿径向的体积变化率。
在本实施方式中，上述第一套管23具体是一种弹性材料制成的套管。这样第一套管23的管壁具有的一定的膨胀、收缩性，进而可以随着置于第一套管23和第二套管24之间的环空中的水泥的体积变化产生相应的形变。具体的，上述第一套管23可以是一种胶质套管。通过使用胶质套管作为第一套管23能够较为准确地模拟出真实施工环境下与固井水泥环相接触的较为柔软的地层界面。当然，需要说明的是，上述所列举的使用胶质套管作为第一套管只是一种示意性说明。具体实施时，也可以根据具体情况和施工要求选择使用其他合适的弹性材料制成上述第一套管。对此，本申请不作限定。下面以使用胶质套管作为第一套管为例说明固井水泥的体积稳定性的确定装置的结构和使用。
在本实施方式中，需要强调的是，现有方法由于只考虑到了固井水泥环轴向上的体积不稳定，例如，只考虑到水泥环轴向上的膨胀或收缩对固井质量产生的影响，所以只获取并只利用水泥的轴向体积变化参数作为唯一的指标参数，评价固井水泥的体积稳定性。实际上，在具体的施工环境中，由于水泥自身的特性，固井用的水泥环在径向上的体积也会变化，例如沿径向也会出现膨胀或收缩，并且水泥环径向上的体积变化也会对固井质量产生较为明显的影响。例如，水泥环沿径向体积膨胀会对井下套管形成挤压，严重的甚至会导致固井失败；水泥环沿径向体积收缩则会使得水泥环与套管接界面处的胶结质量出现问题，甚至会产生微间隙形成环空窜流造成油气资源的流失或储层的损害。正是由于结合了具体的施工情景，通过仔细的分析发现到了现有方法实施时正是由于忽略了上述问题导致在确定固井水泥稳定性时误差相对较大，因此，为了能更好地评价固井水泥环的稳定性，提出了可以获取固井水泥的径向体积变化参数，再综合轴向体积变化参数全面地评价固井水泥的体积稳定性，以提高所确定的固井水泥的体积稳定性的准确度。
在本实施方式中，上述轴向体积变化参数、径向体积变化参数具体可以理解为水泥沿轴向、径向膨胀或收缩后的体积变化量与发生变化前的体积的百分比(即轴向体积变化率和径向体积变化率)。具体的，例如，径向体积变化参数2.3％可以表示水泥沿径向发生了膨胀，且膨胀增加的体积与原体积的比值是2.3％。再例如，轴向体积变化参数-0.9％可以表示水泥沿轴向发生了收缩，且收缩减少的体积与原体积的比值是0.9％。通常在某一温度或某一压力的环境条件下，轴向体积变化参数的绝对值越大说明该环境条件下水泥沿轴向发生的体积变化越大，沿轴向的体积稳定性相对越差。类似的，在某一温度或某一压力的环境条件下，径向体积变化参数的绝对值越大说明该环境条件下水泥沿径向发生的体积变化越大，沿径向的体积稳定性相对越差。
在一个实施方式中，考虑到在利用现有设备测量水泥的轴向体积变化参数时，通常是先将待检测的用于固井的水泥浆注入反应釜中，再通过体积参数测试仪测量反应釜中水泥在轴向上的体积变化情况以确定相应的轴向体积变化参数。由于直接将待检测的水泥注入反应釜中，受到反应釜的釜壁的限制，往往无法沿径向发生形变。因此，利用现有设备往往不能够准确地测量出水泥的径向体积变化参数。结合具体的施工场景，考虑到了固井水泥形成水泥环沿径向上的形变特点，设计了专门用于配合测试水泥的径向体积变化参数的径向收缩膨胀环2。通过径向体积膨胀环2不但能将待检测的水泥塑形成环状，从而更好地模拟出固井水泥在固井施工中的真实形状(基于现有设备，在反应釜中水泥只能被塑形成柱状)；同时，考虑到固井水泥环所处的真实的井下环境，可以使得待检测的水泥环能在径向上发生形变，并且能真实地模拟出井下水泥环沿径向的不同方向(包括：沿径向远离中心方向和沿径向靠近中心方向)上不同的形变特点。
在一个实施方式中，为了能够满足上述要求，所设计的径向收缩膨胀环2具体可以包括第一套管23和第二套管24。其中，上述第一套管23的内径大于上述第二套管24的外径，第一套管23同圆心地套设于第二套管24外，从而可以在第一套管23与第二套管24之间形成环空以放置待检测的固井水泥，并且能将水泥塑形成环状，得到能够近似与固井水泥环的水泥环样品。需要强调的是，考虑到在真实的施工场景时，通常会把水泥注入到地层和井下套管之间的环形空间中进行固井形成水泥环，即真实的施工场景中，水泥环内壁所接触的对象和外壁所接触的对象是不一样的。具体的，水泥环内壁所接触的是井下套管，外壁所接触的是地层。通常套管是钢制，相对于地层更为坚硬。因此，水泥环内壁受到套管的限制所能发生的形变程度往往要小于水泥环的外壁。正是注意到了上述特点，为了更加准确地模拟出井下水泥环在径向上的受力环境，具体实施时，可以使用钢质套管作为第二套管24以模拟具体施工时，固井水泥环内壁接触的井下套管；使用胶质套管作为第一套管23以模拟固井水泥环外壁接触的地层。由于胶质套管和钢质套管的管壁使用的材料的坚硬程度不同，胶质套管的管壁相对比较柔软，与地层的坚硬程度近似；钢质套管的管壁相对比较坚硬，与井下套管近似。这样，通过上述第一套管23和第二套管24的组合，能够较为准确地模拟出固井水泥环在井下沿径向上的受力环境，使得置于所述第一套管23和第二套管24之间环空中的水泥在径向上沿远离圆心方向的形变程度大于沿靠近圆心方向的形变程度。此外由于第一套管23是胶质套管，具有一定的弹性，具体实施时，可以通过测试第一套管23的体积变化情况准确地确定出水泥环径向的体积变化参数。当然，需要说明的是，上述所列举的胶质套管、钢质套管只是一种示意性说明。不应当构成对本发明的不当限定。具体实施时，也可以根据具体情况选择使用其他合适材质的套管作为第一套管和第二套管。对此，本申请不作限定。
在一个实施方式中，为了更加精确地测试出固井水泥的径向体积变化参数，避免固井水泥由于轴向体积发生变化造成的干扰，具体实施时，可以在上述径向收缩膨胀环2的顶端设置上盖21，在径向收缩膨胀环2的底端设置下盖22，这样可以限制水泥样品在轴向上的体积变化，以便测试得到较为精确的径向体积变化参数。
在一个实施方式中，考虑到具体施工中，固井水泥环常常处于高温高压的环境条件，为了能够更加准确地模拟出固井水泥所处的环境条件，以便得到更加真实的径向体积变化参数。具体实施时，上述装置还可以包括加温器3和加压器4。其中，加温器3和加压器4分别可以通过导管连入反应釜1中，以便根据目标区域的环境条件对反应釜1中的径向收缩膨胀环2进行升温加压，并将径向收缩膨胀环2所处的温度环境维持在预设温度，将径向收缩膨胀环2所处的压力环境维持在预设压力，从而可以真实地模拟出固井水泥所处的温度、压力环境，得到更为准确的径向体积变化参数。其中，所述预设温度具体可以根据所述目标区域的井下温度确定，所述预设压力具体可以根据所述目标区域的井下压力确定。
在一个实施方式中，上述装置具体还可以包括体积变化参数测试仪5，体积变化测试5具体可以与反应釜1相连，具体实施时，可以通过体积变化参数测试仪5测试第一套管23的形变参数，进而可以根据第一套管23的形变参数计算出固井水泥的径向体积变化参数。
在一个实施方式中，上述体积变化参数测试仪5具体可以是收缩膨胀分析仪。具体的，上述体积变化参数测试仪设有传感器，具体实施时，可以通过上述传感器采集相应的形变参数，进而可以根据形变参数确定对应的体积变化参数。当然，上述所列举的收缩膨胀分析仪只是一种示意性说明。具体实施时，也可以根据具体情况和施工要求选择其他测试设备作为上述体积变化参数测试仪。对此，本申请不作限定。
在本申请实施例中，相较于现有设备，由于考虑到了井下固井水泥环真实的体积变化特征，通过设置的径向收缩膨胀环检测固井水泥的径向体积变化参数，以便引入固井水泥的径向体积变化参数来全面地评价固井水泥的体积稳定性，从而解决了现有方法中存在的确定固井水泥的体积稳定性不全面、准确度较差的技术问题，达到通过井下并利用固井水泥的径向体积变化参数，更加准确、全面地评价固井水泥的体积稳定性的技术效果。
在一个实施方式中，上述第一套管23具体可以是一种耐高温、耐腐蚀的胶质套管。这样可以避免在所述预设温度、预设压力条件下进行固井水泥的径向体积变化参数测试时，由于胶质套管被腐蚀，或者在高温、高压条件下胶质套管的材料发生变化，导致第一套管23的膨胀性、收缩性发生较大改变，影响所测试的径向体积变化参数的准确度。同时，也可以提高上述固井水泥的体积稳定性的确定装置中的第一套管的使用寿命。
在一个实施方式中，具体实施时可以在反应釜1和径向收缩膨胀环2之间的区域内注满水等液体，在反应釜1与外界之间的交界位置设置橡胶隔膜，并将所述体积变化参数测试仪5的测试传感器与上述橡胶隔膜相连。这样，当径向收缩膨胀环2中的水泥环沿径向体积发生变化时，由于水泥环与第一套管23相连，第一套管23会发生相应形变；又由于在径向收缩膨胀环2和反应釜1之间的空间内注满了水等液体，上述形变可以对水等液体产生挤压，进而可以通过水等液体传导至橡胶隔膜；体积变化参数测试仪5通过测量橡胶隔膜上的形变参数可以确定出径向收缩膨胀环2的第一套管24的形变参数，再根据第一套管24的形变参数，计算出对应的固井水泥环的径向体积变化参数。
在一个实施方式中，所述径向收缩膨胀环2和所述上盖21之间、所述径向收缩膨胀环2和所述下盖22之间分别通过橡胶密封。这样可以保证注入第一套管23和第二套管24之间的环空中的水泥不会发生泄漏，从而可以更加精确地测试得到径向体积变化参数。当然需要说明的是，上述所列举的利用橡胶密封径向收缩膨胀环2和上盖21、下盖22之间的间隙只是为了更好的说明本申请实施方式。具体实施时，也可以选择使用其他合适的材料作为上述密封材料。
在一个实施方式中，具体实施时，还可以在所述上盖21上设有注入孔和排出孔，其中，所述注入孔和所述排出孔分别与所述第一套管23和所述第二套管24之间的环空连通。这样具体实施时，可以通过注入孔向环空中注入待确定的水泥浆，在向环空注入水泥浆的同时，通过排出孔排出环空中原有空气；待排出孔开始溢出水泥浆时，可以确定上述环空中已经注满了水泥浆，这时可以停止向注入孔注入水泥浆。
在一个实施方式中，具体实施时，可以在所述上盖21和所述下盖22上分别设有压力调节孔，其中，所述压力调节孔具体可以与所述第二套管24的内部连通。这样具体实施时，可以根据测试需要通过压力调节孔向所述第二套管24的内部空间中注入空气，以调节所述第二套管24内的压力情况，以准确地模拟出真实的施工环境中井下套管内的压力对固井水泥环的影响。
在一个实施方式中，具体实施时，可以在上盖21和下盖22上分别设置两个压力调节孔以便调节第二套管24的内部压力。当然，需要说明的是，上述所列举的压力调节孔的数量只是一种示意性说明。具体实施时，也可以根据具体情况设置其他数量的压力调节孔，对此本申请不作限定。
在一个实施方式中，具体实施时，可以在所述下盖22的中心位置设有固定孔，其中，所述固定孔具体可以用于将所述径向收缩膨胀环2固定在所述反应釜1内。其中，上述固定孔的内侧可以设有螺纹，反应釜1的底部可以设置固定螺钉，固定螺钉的螺纹与固定孔的螺纹对应。这样可以通过固定螺钉旋入固定孔将径向收缩膨胀环2固定在反应釜1内。
在一个实施方式中，所述装置具体还可以包括处理器，其中，所述处理器具体可以与所述体积变化参数测试仪5相连，所述处理器具体可以用于根据所述径向体积变化参数和轴向体积变化参数确定所述固井水泥的体积稳定性，所述轴向体积变化参数通过不带有所述径向收缩膨胀环的固井水泥的体积稳定性的确定装置测得。
在本实施方式中，上述处理具体可以是具备一定数据处理分析能力的电子设备。具体的，可以是笔记本电脑，也可以是台式计算机，还可以是服务器等等。对此，本申请不作限定。
在一个实施方式中，需要说明的是上述不带有所述径向收缩膨胀环的固井水泥的体积稳定性的确定装置与现有方法中用于测试水泥的轴向体积变化参数的设备相类似。这样具体实施时，可以将待确定的固井水泥直接注入反应釜1内，通过加温器3、加压器4提供预设温度和预设压力以模拟真实状况下水泥环所处的温度、压力环境，再通过体积变化参数测试仪5测得对应的水泥的轴向体积变化参数。
在一个实施方式中，具体实施时，可以利用上述固井水泥的体积稳定性的确定装置对多种不同配比的水泥(1号水泥、2号水泥、3号水泥)的稳定性分别进行确定，以选择出符合要求的水泥用于固井施工。下面以确定1号水泥的体积稳定性为例，说明如何利用上述装置确定1号水泥的体积稳定性。通过注入孔向径向收缩膨胀环2中的第一套管23和第二套管24之间的环空中注入1号水泥浆指导排出孔开始溢出水泥将为止。通过加温器3和加压器4对于反应釜1内的径向收缩膨胀环2进行加温加压，并将反应釜1内的温度维持在预设温度，将反应釜1内的压力维持在预设压力，以模拟真实施工过程井下水泥环所处的温度压力环境。同时，还可以根据测试需要通过压力调节孔调节第二套管24内的压力，以更加真实地模拟出真实状况下第二套管24的内部压力情况。利用体积变化参数测试仪测试5通过测试反应釜1上橡胶隔膜的形变参数得到第一套管23的形变参数，进而可以根据第一套管23的形变参数计算得到1号水泥的径向体积变化参数。从而完成对1号水泥的径向体积变化参数的确定。取出径向收缩膨胀环2，向反应釜1内注满1号水泥浆，同样通过加温器3和加压器4对于反应釜1内的径向收缩膨胀环2进行加温加压，并将反应釜1内的温度维持在预设温度，将反应釜1内的压力维持在预设压力。再通过体积变化参数测试仪5测试橡胶隔膜的形变参数，进而可以根据橡胶隔膜的形变参数计算出对应的1号水泥的轴向体积变化参数。综合1号水泥的轴向体积变化参数和径向体积变化参数对1号水泥整体稳定性进行评价，以最终确定出1号水泥的稳定性。按照同样的方式分别确定出2号水泥的稳定性和3号水泥的稳定性，比较1号水泥、2号水泥、3号水泥的稳定性，选择稳定性满足施工要求的水泥进行固井施工。
从以上的描述中，可以看出，本申请实施例提供的固井水泥的体积稳定性的确定装置，由于考虑到了井下固井水泥环真实的体积变化特征，通过设置的径向收缩膨胀环检测固井水泥的径向体积变化参数，以便引入固井水泥的径向体积变化参数来全面地评价固井水泥的体积稳定性，从而解决了现有方法中存在的确定固井水泥的体积稳定性不全面、准确度较差的技术问题，达到通过井下并利用固井水泥的径向体积变化参数，更加准确、全面地评价固井水泥的体积稳定性的技术效果；又进一步考虑到固井水泥环所处的真实的井下环境特征，使用胶质套管作为第一套管模拟地层，使用钢质套管作为第二套管模拟井下套管，并且由于第一套管是胶质套管，具有较好的弹性，因此可以通过检测第一套管的形变参数来表征固井水泥的径向体积变化参数，提高了所确定的固井水泥的径向体积变化参数的精确度；还通过利用加热器、加压器提供预设温度、预设压力，以更加准确地模拟井下固井水泥环所处的温度环境、压力环境，进一步提高了所确定的径向体积变化参数的准确度。
根据上述固井水泥的体积稳定性的确定装置，可以参阅图2所示的根据本申请实施方式提供的固井水泥的体积稳定性的确定方法的处理流程图，本申请实施例还提供了一种固井水泥的体积稳定性的确定方法，具体实施时，可以包括以下内容。
S21：获取目标区域的固井水泥样品。
S22：通过固井水泥的体积稳定性的确定装置，在预设温度、预设压力条件下对所述固井水泥样品进行径向体积变化测试，以获取固井水泥的径向体积变化参数。
S23：在所述预设温度、所述预设压力条件下对所述固井水泥样品进行轴向体积变化测试，以获取固井水泥的轴向体积变化参数。
S24：根据所述固井水泥的径向体积变化参数、所述固井水泥的轴向体积变化参数，确定所述固井水泥的体积稳定性。
在一个实施方式中，所述固井水泥样品具体可以包括多种不同配比的用于在目标区域的井下地层和套管之间构建水泥环的水泥。这样可以从多种不同配比的水泥中挑选出在目标区域所处的环境条件下稳定性最好的水泥用于目标区域的固井施工，即用于在目标区域的井下地层和井下套管之间构筑水泥环。
在一个实施方式中，所述预设温度具体可以根据所述目标区域的井下温度确定，所述预设压力具体可以根据所述目标区域的井下压力确定。
在一个实施方式中，上述通过固井水泥的体积稳定性的确定装置，在预设温度、预设压力条件下对所述固井水泥样品进行径向体积变化测试，以获取径向体积变化参数，具体实施时可以包括以下内容：向径向收缩膨胀环的第一套管和第二套管之间的环空中注满固井水泥样品，以形成固井水泥环；通过加温器、加压器进行升温加压，以达到并维持在预设温度、预设压力的环境条件；通过体积变化参数测试仪测量在上述环境条件下的第一套管的形变参数，并根据第一套管的形变参数计算得到固井水泥样品的径向体积变化参数。
在一个实施方式中，在所述预设温度、所述预设压力条件下对所述固井水泥样品进行轴向体积变化测试，以获取轴向体积变化参数，具体实施时，可以包括以下内容：取出固井水泥的体积稳定性的确定装置中的径向收缩膨胀环，向反应釜中注入固井水泥样品；通过加温器、加压器进行升温加压，以达到并维持在预设温度、预设压力的环境条件；通过体积变化参数测试仪测量在上述环境条件下固井水泥样品的轴向体积变化参数。
在一个实施方式中，上述根据所述径向体积变化参数、所述轴向体积变化参数，确定所述固井水泥的体积稳定性，具体实施，可以包括以下内容：
S1：比较所述径向体积变化参数和径向体积变化阈值的大小；比较所述轴向体积变化参数和轴向体积变化阈值的大小；
S2：在所述径向体积变化参数小于所述径向体积变化阈值，所述轴向体积变化参数小于所述轴向体积变化阈值的情况下，确定所述固井水泥的体积稳定性符合要求。
在一个实施方式中，所述径向体积变化阈值的具体数值可以设置为2％。所述轴向体积变化阈值的具体数值具体可以设置为3％。当然需要说明的是，上述所列举的数值只是为了更好地说明本申请实施方式。具体实施时，也可以根据具体情况和施工精度要求，选择使用其他合适的数值作为上述径向体积变化阈值、轴向体积变化阈值。对此，本申请不作限定。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
需要说明的是，上述实施方式阐明的***、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，在本说明书中，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
此外，在本说明书中，诸如第一和第二这样的形容词仅可以用于将一个元素或动作与另一元素或动作进行区分，而不必要求或暗示任何实际的这种关系或顺序。在环境允许的情况下，参照元素或部件或步骤(等)不应解释为局限于仅元素、部件、或步骤中的一个，而可以是元素、部件、或步骤中的一个或多个等。
从以上的描述中，可以看出，本申请实施例提供的固井水泥的体积稳定性的确定方法，由于考虑到了井下固井水泥环真实的体积变化特征，通过利用径向收缩膨胀环检测固井水泥的径向体积变化参数，以引入固井水泥的径向体积变化参数来全面地评价水泥的体积稳定性，从而解决了现有方法中存在的确定固井水泥的体积稳定性不全面、准确度较差的技术问题，达到通过检测并利用固井水泥的径向体积变化参数，更加准确、全面地评价固井水泥的体积稳定性的技术效果；又考虑到水泥环所处的真实的井下环境，使用胶质套管作为第一套管，使用钢质套管作为第二套管，由于胶质套管具有较好的弹性，进而可以通过检测第一套管的形变参数来表征固井水泥的径向体积变化参数，提高了所确定的固井水泥的径向体积变化参数的精确度；还通过利用加热器、加压器提供预设温度、预设压力，以更加准确地模拟井下水泥环所处的温度环境、压力环境，进一步提高了所确定的固井水泥的径向体积变化参数的准确度。
本申请实施方式还提供了一种电子设备，具体可以参阅图3所示的基于本申请实施例提供的固井水泥的体积稳定性的确定方法的电子设备组成结构示意图，所述电子设备具体可以包括输入设备31、处理器32、存储器33。其中，所述输入设备31具体可以用于输入目标区域的固井水泥样品。所述处理器32具体可以用于通过固井水泥的体积稳定性的确定装置，在预设温度、预设压力条件下对所述固井水泥样品进行径向体积变化测试，以获取径向体积变化参数；在所述预设温度、所述预设压力条件下对所述固井水泥样品进行轴向体积变化测试，以获取轴向体积变化参数；根据所述径向体积变化参数、所述轴向体积变化参数，确定所述固井水泥的体积稳定性。所述存储器33具体可以用于存储所述径向体积变化参数、轴向体积变化参数等中间数据。
在本实施方式中，所述输入设备具体可以是用户和计算机***之间进行信息交换的主要装置之一。所述输入设备可以包括键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、语音输入装置等；输入设备用于把原始数据和处理这些数的程序输入到计算机中。所述输入设备还可以获取接收其他模块、单元、设备传输过来的数据。所述处理器可以按任何适当的方式实现。例如，处理器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式等等。所述存储器具体可以是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。所述存储器可以包括多个层次，在数字***中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器；在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如RAM、FIFO等；在***中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、TF卡等。
在本实施方式中，该电子设备具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。
本说申请实施方式中还提供了一种基于固井水泥的体积稳定性的确定方法的计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序指令，在所述计算机程序指令被执行时实现：获取目标区域的固井水泥样品；通过固井水泥的体积稳定性的确定装置，在预设温度、预设压力条件下对所述固井水泥样品进行径向体积变化测试，以获取径向体积变化参数；在所述预设温度、所述预设压力条件下对所述固井水泥样品进行轴向体积变化测试，以获取轴向体积变化参数；根据所述径向体积变化参数、所述轴向体积变化参数，确定所述固井水泥的体积稳定性。
在本实施方式中，上述存储介质包括但不限于随机存取存储器(RandomAccessMemory,RAM)、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、缓存(Cache)、硬盘(Hard DiskDrive,HDD)或者存储卡(Memory Card)。所述存储器可以用于存储计算机程序指令。网络通信单元可以是依照通信协议规定的标准设置的，用于进行网络连接通信的接口。
在本实施方式中，该计算机存储介质存储的程序指令具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。
在一个具体实施场景示例中，应用本申请实施例的提供的固井水泥的体积稳定性的确定装置和方法对某目标区域用于固井施工的水泥环的径向稳定性进行评价(即确定径向体积变化参数)，以确定所采用的水泥是否符合施工要求。具体实施过程可以参阅以下内容。
在本实施方式中，待评价稳定性的是某目标区域中X1气井7寸尾管固井1号水泥(该水泥属大温差柔性水泥浆体系，密度1.90g/cm3)和X2气井7寸尾管固井2号水泥浆(该水泥属自愈合水泥浆体系，密度1.90g/cm3)。分别获取上述两种类型水泥的样品。其中，上述水泥的样品具体可以是指相同配置的水泥浆。具体实施时，可以按照API标准分别配置上述两种类型的水泥浆。
在本实施方式中，具体实施时，可以利用本申请实施例提供的固井水泥的体积稳定性的确定装置，将两种水泥样品(1号水泥的水泥浆和2号水泥的水泥浆)分别通过注入孔注入径向膨胀收缩环内直至水泥从排出孔溢出后停止注入；再将两个注满水泥的径向膨胀收缩环分别固定设置于两个反应釜中，通过加温器、加压器分别将两个反应釜中的径向膨胀收缩环加温至预设温度、加压至预设压力；同时通过体积变化参数测试仪实时测量在预设温度、预设压力条件下的两种水泥的径向体积变化参数。在本实施方式中，针对两种类型水泥所应用的不同井下环境可以相应地分别设置多组预设温度、预设压力进行测试。具体的，对于一号水泥，为了评价不同温度下的径向体积稳定性，可以设置预设压力为21MPa，设置多组不同预设温度分别为：150℃、120℃、95℃，分别测试在预设压力为21MPa下不同预设温度对应的径向体积变化参数。具体的，可以参数图4所示的在一个场景示例中应用本申请实施例提供的固井水泥的体积稳定性的确定装置和方法获得的1号水泥在21MPa、150℃条件下的径向体积变化参数示意图、图5所示的在一个场景示例中应用本申请实施例提供的固井水泥的体积稳定性的确定装置和方法获得的1号水泥在21MPa、120℃条件下的径向体积变化参数示意图、图6所示的在一个场景示例中应用本申请实施例提供的固井水泥的体积稳定性的确定装置和方法获得的1号水泥在21MPa、95℃条件下的径向体积变化参数示意图。分析可知：在预设压力为21MPa、预设温度为150℃的条件下，1号水泥的径向体积变化参数为1.82％；在预设压力为21MPa、预设温度为120℃的条件下，1号水泥的径向体积变化参数为-0.5％；在预设压力为21MPa、预设温度为95℃的条件下，1号水泥的径向体积变化参数为-3.46％。对于二号水泥，为了评价不同压力下的径向体积稳定性，可以设置预设温度为95℃，设置多组不同预设压力分别为：40MPa、21Mpa、10Mpa，分别测试在预设温度为95℃下不同预设压力对应的径向体积变化参数。具体的，可以参阅图7所示的在一个场景示例中应用本申请实施例提供的固井水泥的体积稳定性的确定装置和方法获得的2号水泥在40MPa、95℃条件下的径向体积变化参数示意图、图8所示的在一个场景示例中应用本申请实施例提供的固井水泥的体积稳定性的确定装置和方法获得的2号水泥在21MPa、95℃条件下的径向体积变化参数示意图、图9所示的在一个场景示例中应用本申请实施例提供的固井水泥的体积稳定性的确定装置和方法获得的2号水泥在10MPa、95℃条件下的径向体积变化参数示意图。分析可知：在预设压力为40MPa、预设温度为95℃的条件下，2号水泥的径向体积变化参数为-1.16％；在预设压力为21MPa、预设温度为95℃的条件下，2号水泥的径向体积变化参数为-0.16％；在预设压力为10Mpa、预设温度为95℃的条件下，2号水泥的径向体积变化参数为0.17％。
通过上述场景示例，验证了本申请实施例提供的固井水泥的体积稳定性的确定装置和方法，由于考虑到了井下固井水泥真实的体积变化特征，通过设置的径向收缩膨胀环检测固井水泥的径向体积变化参数，以引入径向体积变化参数来全面地评价固井水泥的体积稳定性，确实解决了现有方法中存在的确定固井水泥的体积稳定性不全面、准确度较差的技术问题，达到通过检测并利用固井水泥的径向体积变化参数，更加准确、全面地评价固井水泥的体积稳定性的技术效果。
尽管本申请内容中提到不同的具体实施例，但是，本申请并不局限于必须是行业标准或实施例所描述的情况等，某些行业标准或者使用自定义方式或实施例描述的实施基础上略加修改后的实施方案也可以实现上述实施例相同、等同或相近、或变形后可预料的实施效果。应用这些修改或变形后的数据获取、处理、输出、判断方式等的实施例，仍然可以属于本申请的可选实施方案范围之内。
虽然本申请提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。
上述实施例阐明的装置或模块等，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。
本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，移动终端，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本申请可用于众多通用或专用的计算机***环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器***、基于微处理器的***、置顶盒、可编程的电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何***或设备的分布式计算环境等等。
虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的实施方式包括这些变形和变化而不脱离本申请。
Claims (10)
1.一种固井水泥的体积稳定性的确定装置，其特征在于，包括：
反应釜、径向收缩膨胀环、加热器、加压器、体积变化参数测试仪，其中：
所述径向收缩膨胀环包括：第一套管和第二套管，所述第一套管为弹性材料套管，所述第二套管为钢质套管，所述第一套管套设于所述第二套管外，在所述径向收缩膨胀环的顶端和底端分别设有上盖和下盖，所述第一套管和所述第二套管之间的环空用于盛放待检测的目标区域的固井水泥样品；
所述径向收缩膨胀环置于所述反应釜内；
所述加热器与所述反应釜相连，用于向所述径向收缩膨胀环提供预设温度；所述加压器与所述反应釜相连，用于向所述径向收缩膨胀环提供预设压力；
所述体积变化参数测试仪与所述反应釜相连，用于通过检测在所述预设温度、预设压力条件下的第二套管的形变参数以确定固井水泥的径向体积变化参数，所述径向体积变化参数用于确定所述固井水泥的体积稳定性；
其中，在所述反应釜和所述径向收缩膨胀环之间的区域内注满液体，在所述反应釜与外界之间的交界位置处设置有橡胶隔膜，所述体积变化参数测试仪通过连接所述橡胶隔膜与所述反应釜相连。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述径向收缩膨胀环和所述上盖之间通过橡胶密封，所述径向收缩膨胀环和所述下盖之间通过橡胶密封。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述上盖上设有注入孔和排出孔，所述注入孔与所述第一套管和所述第二套管之间的环空连通，所述排出孔与所述第一套管和所述第二套管之间的环空连通。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述上盖和所述下盖上分别设有压力调节孔，所述压力调节孔与所述第二套管的内部连通。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述下盖的中心位置设有固定孔，所述固定孔用于将所述径向收缩膨胀环固定在所述反应釜内。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括处理器，所述处理器与所述体积变化参数测试仪相连，所述处理器用于根据所述固井水泥的径向体积变化参数和固井水泥的轴向体积变化参数确定所述固井水泥的体积稳定性，所述固井水泥的轴向体积变化参数用于表征固井水泥沿轴向的体积变化率。
7.一种固井水泥的体积稳定性的确定方法，其特征在于，包括：
获取目标区域的固井水泥样品；
通过权利要求1至6中任一项所述的固井水泥的体积稳定性的确定装置，在预设温度、预设压力条件下对所述固井水泥样品进行径向体积变化测试，以获取固井水泥的径向体积变化参数；
在所述预设温度、所述预设压力条件下对所述固井水泥样品进行轴向体积变化测试，以获取固井水泥的轴向体积变化参数；
根据所述固井水泥的径向体积变化参数、所述固井水泥的轴向体积变化参数，确定所述固井水泥的体积稳定性；
其中，在所述反应釜和所述径向收缩膨胀环之间的区域内注满液体，在所述反应釜与外界之间的交界位置处设置有橡胶隔膜，所述体积变化参数测试仪通过连接所述橡胶隔膜与所述反应釜相连。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预设温度根据所述目标区域的井下温度确定，所述预设压力根据所述目标区域的井下压力确定。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述固井水泥的径向体积变化参数、所述固井水泥的轴向体积变化参数，确定所述固井水泥的体积稳定性，包括：
比较所述固井水泥的径向体积变化参数和径向体积变化阈值的大小；比较所述固井水泥的轴向体积变化参数和轴向体积变化阈值的大小；
在所述固井水泥的径向体积变化参数小于所述径向体积变化阈值，所述固井水泥的轴向体积变化参数小于所述轴向体积变化阈值的情况下，确定所述固井水泥的体积稳定性符合要求。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述固井水泥样品包括多种配比的用于在目标区域的井下地层和套管之间构建水泥环的水泥。
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