[發明專利]油井水泥高溫高壓壓縮應力應變系統及其測試方法

有效

• 申請號: 201010277841.9
• 申請日: 2010-09-10
• 公開（公告）號: CN102401769A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 桑來玉;丁士東;汪曉靜;常連玉;初永濤
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01B21/32;G01K7/02
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 劉明華

技術領域

本發明屬于油田固井水泥石測試領域，涉及一種油井水泥高溫高壓壓縮應力應變系統，能模擬井下靜態條件養護、測定水泥石不同時間的抗壓應力應變，以及抗壓縮應力應變性能。

背景技術

目前對于水泥石抗壓縮應力應變的室內測試方法較少，在很大程度上借鑒混凝土行業測試標準，測量儀器功能單一，還沒有一種集成設備能在養護水泥石的溫度壓力下測定水泥石的壓縮強度、彈性模量、應力/應變等技術參數，現有的測量設備如液壓飼服壓力機只能測定常溫常壓的水泥石抗壓強度，無法模擬測量井底高溫高壓條件下水泥石強度當然亦不能實現實驗數據的實時記錄。申請人通過專利檢索和文獻查詢，未發現有與本發明相類似的技術設備。

現有的實驗儀器及方法的說明如下：

目前混凝土行業內測試抗壓強度、彈性模量和應力/應變：將配好的水泥漿體注入直徑為2.54cm，高為2.54cm的試模中，置于指定溫度下養護至規定齡期后，在萬能材料試驗機上測試抗壓強度、彈性模量和應力/應變曲線(每組5個試樣，取平均值)。但是不適用于高溫高壓條件下的測試，也不能實現對水泥石的高溫高壓養護。

《多功能便攜式材料試驗機》(ZL專利號93211524.1)：該發明可以完成拉伸壓縮、剪切、扭轉等實驗，但是不適用于高溫高壓條件下的測試，也不能實現對水泥石的高溫高壓養護。

因此，現有技術不足之處體現在：目前對于水泥石抗壓強度、應力應變的室內測試方法較少，測量儀器功能單一，還沒有一種集成設備能在養護水泥石的同時測定水泥石的壓縮強度、應力應變等技術參數，現有的測量設備如YAW-300BI型液壓伺服壓力機與CSS-2205電子萬能試驗機都，1無法實現同時進行抗壓縮強度測試，2并且不能用于高溫高壓條件下的測量，3也不能實現實驗數據的實時記錄，不能反映出應力與應變的關系。針對上述技術現狀，申請人開展了本項專利的研究。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的技術問題，研發了本發明，油井水泥高溫高壓壓縮應力應變系統及其測試方法，本發明提供一種油井水泥高溫高壓壓縮應力應變儀，使水泥漿在模擬井底條件下進行養護，該儀器可模擬在井內高溫高壓條件下直接測試水泥石的壓縮應力-應變曲線，以測試水泥石的彈性；所測試結果能夠更好地模擬井下實際情況。

本發明為了實現上述的發明目的，所采取的技術方案如下，

油井水泥高溫高壓壓縮應力應變系統，所述系統包括水泥壓縮測試組件，電源及壓力控制單元，溫控單元，信號控制處理單元和管路；

將待測水泥注入所述水泥壓縮測試組件，所述壓力控制單元和溫控單元根據所述信號控制處理單元輸出的控制信號控制所述水泥壓縮測試組件的壓力和溫度；所述水泥壓縮測試組件將測試信號輸出給信號控制處理單元，得到待測水泥的壓縮應力結果。所述管路2為空氣壓縮機1與壓力控制單元3、水源7與壓力控制單元3、油井水泥高溫高壓壓縮應力應變儀44與壓力控制單元3的連接工具；所述壓力源為空氣壓縮機。

所述系統中還包括位移傳感器，所述位移傳感器設置在所述水泥壓縮測試組件中，用于測試水泥石在外壓下的微小的變形，并將形變數據輸出給所述信號控制處理單元。

所述水泥壓縮測試組件包括高壓釜體和壓縮模具；所述壓縮模具設置在所述高壓釜體內；

所述高壓釜體包括位移傳感器，養護壓力接頭，壓頭加壓接頭，釜體上蓋，活塞，膠圈組，壓縮模具，釜體下蓋；

所述位移傳感器16設置在油井水泥高溫高壓壓縮應力應變儀44中，連接與活塞30上，活塞30頂入到壓縮釜體上蓋29的上口40；

膠圈31套在壓縮釜體上蓋29的缺槽內；養護壓力接頭27擰入壓縮釜體上蓋29的右口42；壓頭加壓接頭28擰入壓縮釜體上蓋29的左口41；膠圈34套在壓縮釜體下蓋35的缺槽內；壓縮釜體下蓋35擰到壓縮釜體33的下部；壓縮模具組合32放入壓縮釜體33中；壓縮釜體上蓋29擰到壓縮釜體33的上部。

所述壓縮模具包括壓縮模具上蓋，壓縮模具筒，模具杯底活塞和壓縮模具杯底；

將模具杯底活塞38推入壓縮模具杯底39的缺口處，并一起裝在壓縮模具筒37的底部，向壓縮模具筒37中注入水泥漿，漿面至壓縮模具筒37上邊緣3-5mm，然后將壓縮模具上蓋36落在水泥面上。