[發(fā)明專(zhuān)利]固井用水泥漿體積變化測(cè)試儀及測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310138365.6
• 申請(qǐng)日: 2013-04-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103245773A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李寧;李早元;滕學(xué)清;郭小陽(yáng);艾正青;程小偉;李曉春;李明;文志明;辜濤;劉德英;黃盛;周曉紅;王偉;許雯婧
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)石油天然氣股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01N33/38
• 分類(lèi)號(hào): G01N33/38
• 代理公司: 北京市德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 劉麗君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及一種固井用水泥漿體積變化測(cè)試儀及測(cè)試方法。

背景技術(shù)

水泥漿的好壞直接影響固井質(zhì)量的好壞，由于水泥漿在凝結(jié)成水泥石過(guò)程中，會(huì)發(fā)生體積收縮，在環(huán)空形成微環(huán)隙，可能造成氣竄。因此，需要在水泥漿中加入膨脹劑，優(yōu)選水泥漿配方。這就要求能夠?qū)λ酀{在凝結(jié)過(guò)程中的體積變化進(jìn)行測(cè)量。目前，常用的測(cè)試方法為ASTM膨脹測(cè)試法，這種測(cè)試中有一個(gè)1inch×1inch×Ⅱ1/4inch的模具，用來(lái)盛裝水泥試樣，放在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中測(cè)試。達(dá)到初凝，試樣從模具中取出，然后精確地測(cè)量試樣的長(zhǎng)度（通常精確至+/-0.001inch）。這個(gè)值作為零點(diǎn)或初始點(diǎn)。記錄初始點(diǎn)以后，試樣被放置在不同的溫度、濕度、壓力（但通常為常壓）條件下養(yǎng)護(hù)規(guī)定的時(shí)間，然后測(cè)量在這些不同條件下的長(zhǎng)度并記錄。正向的網(wǎng)點(diǎn)變化代表著線(xiàn)性膨脹，而負(fù)向網(wǎng)點(diǎn)變化代表水泥收縮。通過(guò)這些數(shù)據(jù)點(diǎn)，水泥線(xiàn)性膨脹或收縮的百分比可以計(jì)算的出。但是這種測(cè)試方法在井下的溫度和壓力條件下，沒(méi)有對(duì)試樣進(jìn)行初期養(yǎng)護(hù)。另外，即使試樣在初凝后被放置在其他溫度條件下，仍必須在記錄有意義的數(shù)據(jù)之前將試樣放在室溫條件下進(jìn)行重新標(biāo)定。任何可能被記錄的點(diǎn)，這些點(diǎn)的溫度條件明顯不同于零點(diǎn)或初始點(diǎn)，都會(huì)因?yàn)闊崤蛎浕颍ㄔ谳^低的溫度下）收縮而產(chǎn)生誤差。這種測(cè)試方法在一段時(shí)間內(nèi)僅產(chǎn)生單一的點(diǎn)。在兩個(gè)測(cè)量時(shí)間點(diǎn)之間所發(fā)生的動(dòng)態(tài)的膨脹或收縮，沒(méi)有被捕捉到。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠動(dòng)態(tài)測(cè)量水泥漿凝結(jié)過(guò)程中體積動(dòng)態(tài)變化的測(cè)試儀及測(cè)試方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種固井用水泥漿體積變化測(cè)試儀，其包括釜體2、漿杯6、氣源28、水源29、增壓泵18、位移傳感器21、壓力傳感器25及控制面板26、計(jì)算機(jī)采集終端27；所述釜體2內(nèi)有漿杯6；所述釜體2和漿杯6之間通過(guò)釜蓋1和橡膠墊4密封；所述漿杯頂蓋3上有兩個(gè)孔；所述釜體外設(shè)置有加熱器8；所述內(nèi)熱電偶9從釜蓋1插入漿杯中；所述外熱電偶5插入釜體2中；所述釜體2連接壓力傳感器25；所述氣源28通過(guò)空氣至釜閥10連接釜體2，還通過(guò)壓力調(diào)節(jié)閥13連接增壓泵18；所述增壓泵內(nèi)有活塞19和連桿20，所述連桿連接所述位移傳感器21；所述水源29連接增壓泵18，也通過(guò)水至釜閥24連接釜體2；所述內(nèi)熱電偶9、外熱電偶5、壓力傳感器25、位移傳感器21均連接控制面板26；所述控制面板26和計(jì)算機(jī)采集終端27連接。

進(jìn)一步地，所述增壓泵分別通過(guò)增壓泵氣管A14連接電磁閥泄氣口A(yíng)16，通過(guò)增壓泵氣管B15連接電磁閥泄氣口B17。

進(jìn)一步地，所述增壓泵18連接高壓釋放閥22。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供一種基于上述測(cè)試儀的測(cè)試方法，其包括：將配制好的水泥漿倒入漿杯6，漿體液面到漿杯6內(nèi)部刻度處；

依次放上橡膠墊4，漿杯內(nèi)蓋，然后裝上漿杯頂蓋，將漿杯放入所述釜體2中，擰上所述釜蓋1；

將所述內(nèi)熱電偶9從所述釜蓋1插入所述漿杯6中；

打開(kāi)所述水源29和所述氣源28，向所述增壓泵18中注水；

打開(kāi)所述水至釜閥24，向所述釜體2中注滿(mǎn)水；

調(diào)整所述壓力調(diào)節(jié)閥13，設(shè)定實(shí)驗(yàn)壓力；

通過(guò)控制面板26打開(kāi)加熱器開(kāi)關(guān)；

通過(guò)所述計(jì)算機(jī)采集終端27采集所述位移傳感器21采集的位移數(shù)據(jù)，采集所述內(nèi)熱電偶9和外熱電偶5采集的溫度數(shù)據(jù)，采集所述壓力傳感器25采集的壓力數(shù)據(jù)；

通過(guò)采集的所述位移數(shù)據(jù)，溫度數(shù)據(jù)及壓力數(shù)據(jù)繪制反映了水泥漿水化放熱速率，水泥漿試驗(yàn)壓力和水泥漿在不同時(shí)刻體積變化率的變化曲線(xiàn)。

進(jìn)一步地，該方法還包括：

試驗(yàn)結(jié)束后先關(guān)閉加熱器；

緩慢打開(kāi)高壓釋放閥，釋放增壓泵18中的壓力；

打開(kāi)空氣至釜閥，將釜體內(nèi)的水從管線(xiàn)排出，緩慢打開(kāi)釜蓋取出漿杯進(jìn)行清理。

進(jìn)一步，該方法還包括：

當(dāng)釜體2內(nèi)水泥漿體積發(fā)生收縮時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生微環(huán)隙，造成釜體2內(nèi)壓力下降；

通過(guò)所述氣源28會(huì)向增壓泵18中打氣，電磁閥將增壓泵氣管B15打開(kāi)，氣體從活塞19下部的空隙部分進(jìn)入，并推動(dòng)活塞19向上移動(dòng)，向釜體2內(nèi)補(bǔ)水以補(bǔ)充壓力；

在所述活塞19向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中會(huì)推動(dòng)所述連桿20，所述連桿20又帶動(dòng)所述位移傳感器21向上移動(dòng)，由所述位移傳感器21記錄位移；在所述活塞19向上移動(dòng)的過(guò)程中，上下活塞19之間多余的氣體通過(guò)所述增壓泵氣管A14由所述電磁閥泄氣口A(yíng)16排出；