油井水泥浆作为套管与地层之间环形空间的封固材料,其固化后的力学性能至关重要,是水泥浆配方优选、配方优化的重要依据,是水泥环完整性研究、测试、评价的重要输入参数,为此,对其进行准确检测、使其符合井下实际,对水泥石的力学性能能否满足封固段长期层间封隔的需要有重要的现实意义。以往对固井水泥石力学性能的检测,虽有一套普遍使用的流程,但其室温或中温加常压/高温加高压养护、常温常压下脱模、再升温升压或室温常压检测、期间温压大幅变化的养护-测试过程,与水泥浆(石)在井下虽也经历温压变化、但变化幅度小很多的实际不符,而对脆性特征明显的水泥石,不论是温压变化的幅度还是温压变化的速度,都可能导致其微观结构和宏观性能变化,从而导致其检测结果偏离井下实际,进而导致据此优选的水泥浆体系、优化的水泥浆配方偏离井下实际需求,同时,以此为输入参数的水泥环完整性研究、测试、评价结果也将偏离井下实际。为掌握相关因素对水泥石力学性能检测结果的影响,建立更符合井下实际的水泥石力学性能检测方法及装置,本文开展研究并得到了如下的新认识:(1)通过对比检测结果的波动幅度、变异系数等,研究了不同形状尺寸的方模、中圆模和小圆模对水泥石力学性能检测结果的影响,结果表明在三种模具中小圆模所得试件的检测结果更为稳定、可靠。(2)通过分析不同温压养护所得水泥石的XRD、热重、氮吸附孔隙分布结果,研究了水泥浆养护温压对水泥石力学性能检测结果的影响;结果表明,养护温压可显著影响水泥浆所形成水泥石组分和内部微观结构,进而影响水泥石的力学性能检测结果。(3)通过分析凝固后再经历不同温压变化(历程)的水泥石力学性能检测结果差异,研究了养护温压与测试温压之间的变化对水泥石力学性能检测结果的影响,结果表明该温压变化可显著影响水泥石力学性能的检测结果,且温压变化的幅度和速度越大,由其引发的水泥石内部大孔越多、检测结果越差;为此,必须充分考虑养护-测试过程中温压变化对检测结果的影响。(4)通过分析经历相同养护-测试温压变化的水泥石力学性能检测结果,研究了常规三轴和超声波检测方法对检测结果的影响,结果表明:由于模拟围岩对水泥石约束作用的差异,两种方法的检测结果分别在套管内压变化较小和较大时能更贴近井下实际。本文研究成果,研究并证实了养护-测试之间温压变化对水泥石力学性能检测结果的显著影响,进一步丰富了对如何准确检测水泥石在井下温压环境中力学性能的理解与认识,同时,也为研究更符合井下实际的水泥石力学性能检测方法和装置奠定了一定的理论基础和技术指导。