[发明专利]一种套管水泥环界面切向胶结参数测试方法

权利要求书

1.一种套管水泥环界面切向胶结参数测试方法，其特征在于，包括步骤：

制备套管水泥环界面切向胶结参数测试装置，所述测试装置包括模拟套管以及与所述模拟套管粘结的水泥，所述水泥与所述模拟套管之间经养护形成的界面为套管水泥环界面；

沿着轴向方向对所述模拟套管持续加载直至所述套管水泥环界面破坏，记录并保存加载过程中的载荷-位移数据；

将所述载荷-位移数据转换为应力和应变数据；

根据所述应力和应变数据绘制应力-应变曲线图，其中x轴为应变ε，y轴为应力σ，图中最高点对应的纵坐标值σ_b即为套管水泥环界面切向胶结强度；

将最高点之前的数据采用最小二乘法进行线性拟合，得到拟合直线，所述拟合直线的方程为y＝kx+c，直线的斜率k为套管水泥环界面切向胶结刚度，c为常数；

将应力-应变曲线沿x轴进行积分，计算应力-应变曲线与x轴围成的总面积W_s，所述W_s即为套管水泥环界面切向胶结断裂能。

2.根据权利要求1所述的套管水泥环界面切向胶结参数测试方法，其特征在于，将所述载荷-位移数据转换为应力和应变数据，具体为：

根据公式(1)将所述载荷-位移数据转换为应力数据，所述公式(1)为：

式(1)中：σ为套管水泥环界面切向应力；

F为套管水泥环界面所受到的总切向力；

r为套管半径；

L为套管水泥环沿套管轴向胶结长度；

根据公式(2)将所述载荷-位移数据转换为应变数据，所述公式(2)为：

式(2)中：ε为套管水泥环界面切向应变；

S为套管位移；

L为套管水泥环沿套管轴向胶结长度。

3.根据权利要求1所述的套管水泥环界面切向胶结参数测试方法，其特征在于，所述W_S的计算方法如下：

其中：W_S为套管水泥环界面切向胶结断裂能，

ε_c为应力应变曲线横坐标最大值。

4.根据权利要求1所述的套管水泥环界面切向胶结参数测试方法，其特征在于，所述套管水泥环界面切向胶结参数测试装置还包括底座、养护箱以及压头：

所述底座的顶部形成有上端开口的上定位槽，所述上定位槽的顶部设有定位台阶；

所述养护箱内形成有上端开口的养护腔，所述养护腔的底部间隔开设有若干个通孔，所述养护箱与所述定位台阶的尺寸相配合，所述定位台阶用于支撑所述养护箱；

所述模拟套管包括至少一根，若干根所述模拟套管与若干个所述通孔一一对应，若干根所述模拟套管插入至所述养护腔的对应的通孔内，且与所述养护腔内的水泥固结为一体形成若干个套管水泥环界面；

所述压头用于对所述模拟套管沿着轴向方向施加压力，以使所述模拟套管与所述水泥之间沿着轴向方向脱离；

制备所述套管水泥环界面切向胶结参数测试装置，包括步骤：

将若干根模拟套管通过插入至养护腔内对应的通孔内；

向养护腔内注入水泥，进行养护以使水泥与模拟套管之间养护固结形成若干个套管水泥环界面；

养护作业完成后，将所述养护箱放置在所述底座的定位台阶上进行支撑定位；

所述沿着轴向方向对模拟套管持续加载，具体为：

将所述压头置于所述模拟套管的顶部，再使用压力测试机对所述压头施加压力直至模拟套管沿着轴向方向脱落。

5.根据权利要求4所述的套管水泥环界面切向胶结参数测试方法，其特征在于，所述沿着轴向方向对模拟套管持续加载还包括步骤：

当对其中一个模拟套管进行测试以后，将所述压头对准下一个所述模拟套管，压力测试机对所述压头施加压力直至下一个模拟套管沿着轴向方向脱落，如此循环，直至所有的模拟套管全部脱落，记录并获取每一个模拟套管脱落过程中的载荷-位移数据。