CN104949902A - 测定堵剂成胶强度的检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种测定堵剂成胶强度的检测装置，支架上设有升降杆和控制该升降杆竖直上下移动的控制系统；升降杆竖直滑动的设置在支架的导向孔内，升降杆位于测试容器上方，测试容器为上端开口的圆柱筒形，测试容器的底部一侧连接设有刻度的透明水平管段，透明水平管段与测试容器的底部一侧连接处设有开关阀。升降杆的下端连接有一直径与测试容器内径相同的圆盘；控制系统带动升降杆移动，圆盘向堵剂施加压力，通过测量堵剂流动至透明水平管段某一刻度时的时间来表征堵剂的成胶强度。本发明还提供了一检测方法。本发明操作简单、快速，携带方便，检测范围广，具有可对比性。

Description

测定堵剂成胶强度的检测装置及方法

技术领域

本发明涉及石油开采领域中堵剂成胶强度的测定，尤其涉及一种测定堵剂成胶强度的检测装置及方法。

背景技术

在油田堵水调剖施工过程中，堵剂的成胶性能起着主导作用。堵剂注入地层后，其强度将受诸多因素的影响，因而地面模拟实验必不可少，对堵剂的强度变化分析以及不同堵剂之间强度的对比分析是评价堵剂封堵性能的重要手段。

常用的堵剂成胶强度测量仪器主要有流变仪、质构仪，但这些设备体积庞大、价格昂贵，很难随时使用，尤其不便于携带和使用。目前，堵水调剖现场所使用的堵剂主要有冻胶类、凝胶类、颗粒类、沉淀类、树脂类、泡沫类，其成胶强度的测量方法一直没有一个统一的标准。常用的凝胶强度评价方法包括等级评价法和相对强度评价法，等级评价法也称为目测法，是通过表观流动特征对凝胶强度分级，该方法通过肉眼观察，主观性太强，评价不能统一，无法进行对比。相对强度评价法有：突破真空度法、毛细管粘度计法、转变压力法、旋转粘度计、落球法、凝胶流动法、圆筒法、GSR指数法、流变参数法、隙阻力因子(PRF)法，相对强度评价法虽各有优点，但仅适合于室内实验研究，操作较为复杂，在测定凝胶范围和种类、操作难易程度、数据准确性和可对比性方面存在局限性。

中国专利CN2781354Y将作用力施加在冻胶上，通过测量作用力的数值测量出冻胶的强度。此测量方法能以数值表示冻胶的强度，但测量方式单一，对作用力的施加程度没有衡量标准。CN1066126 A公布了一种高吸水树脂凝胶的测定方法，通过挤压、称重的方式计算出凝胶抗压强度和抗压能，再查找数据，得到所测样品的凝胶强度，但该方法操作过程过于复杂，且数据查找对比难度大。CN103364310 A公布了一种强凝胶强度测量仪及测量方法，通过测量强凝胶表面的破裂(成孔)压力、测量强凝胶受挤压时在水平刻度管中的流动能力或者测量强凝胶受力变形的能力来实现检测成胶强度，该方法也仅限于室内实验使用，且手动操作也容易产生测量误差。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种测定堵剂成胶强度的检测装置及方法，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测定堵剂成胶强度的检测装置及方法，操作简单、快速，携带方便，检测范围广，具有可对比性。

本发明的目的是这样实现的，一种测定堵剂成胶强度的检测装置，包括一支架和一测试容器，所述测试容器设置在该支架上；支架上还设置有一升降杆和一控制该升降杆竖直上下移动的控制系统；所述升降杆竖直滑动的设置在所述支架的导向孔内，所述升降杆位于所述测试容器上方，所述测试容器为上端开口的圆柱筒形，所述测试容器的底部一侧连接一与其内腔连通的透明水平管段，该透明水平管段的管壁上设有刻度，且该透明水平管段与所述测试容器的底部一侧连接处设有一开关阀；所述升降杆的下端连接有一直径与该测试容器内径相同的圆盘；所述控制系统与该升降杆之间传动连接，所述圆盘在升降杆下移后伸入到所述测试容器内部，向所述测试容器内的堵剂施加压力，通过测量堵剂流动至透明水平管段某一刻度时的时间来表征堵剂的成胶强度。

在本发明的一较佳实施方式中，控制系统包括一三相异步电动机、一电磁调速控制器，所述三相异步电动机和电磁调速控制器电连接且均固定在所述支架上，所述三相异步电动机的电机轴上设有一电机齿轮；所述升降杆一侧设有一排齿，所述支架上转动设置有一与升降杆一侧的齿啮合的中间齿轮，该中间齿轮还与所述电机齿轮啮合。

在本发明的一较佳实施方式中，控制系统包括一三相异步电动机、一电磁调速控制器，所述三相异步电动机和电磁调速控制器电连接且均固定在所述支架上，所述三相异步电动机的电机轴上设有一电机齿轮；所述升降杆一侧设有一排齿，所述电机齿轮与该升降杆一侧的齿啮合。

在本发明的一较佳实施方式中，控制系统还设有一显示升降速度和操作时间的数字表盘，该数字表盘与一微电脑控制器电连接；所述支架上设有一连接块，该连接块上设有一带螺纹的通孔，所述测试容器的上部外壁设有外螺纹，该测试容器与所述带螺纹的通孔螺纹连接；所述支架的底座四个角处设有水平调节脚。

在本发明的一较佳实施方式中，测试容器为带有刻度的不锈钢筒，其底部一侧设有一水平不锈钢管，该不锈钢管上设置所述开关阀；所述透明水平管段为透明硬质塑料管，该透明硬质塑料管一端与所述水平不锈钢管密封连接。

在本发明的一较佳实施方式中，圆盘为不锈钢圆盘，所述升降杆下端固定连接在该不锈钢圆盘的上表面中央，所述不锈钢圆盘上设有一贯穿上、下表面的锥形透孔，该锥形透孔的上端内径大于下端内径；所述锥形透孔内塞入有一锥形塞，所述锥形塞由弹性材料制成，其上端设有一提手，该锥形塞与所述锥形透孔过盈配合。

本发明的目的还可以这样实现，一种采用上述检测装置测定堵剂成胶强度的方法，该方法通过所述控制系统来控制所述升降杆向下移动，使所述圆盘向所述测试容器内的堵剂施加压力，通过测量堵剂流动至透明水平管段某一刻度时的时间来表征堵剂的成胶强度。

在本发明的一较佳实施方式中，所采用的检测装置中，支架上设有一连接块，该连接块上设有一带螺纹的通孔，所述测试容器为带有刻度的不锈钢筒，不锈钢筒的上部外壁设有外螺纹，该不锈钢筒能与所述带螺纹的通孔螺纹连接；所述支架的底座四个角处设有水平调节脚；控制系统设有一显示升降速度和操作时间的数字表盘；所述方法包括如下步骤：

S1、调节支架的水平调节脚，使检测装置水平放置；

S2、关闭不锈钢筒底部的开关阀，将成胶后的堵剂装入不锈钢筒至一定刻度处，将不锈钢筒螺纹连接到支架的连接块上；

S3、对控制系统初始化，使圆盘刚好接触不锈钢筒内的堵剂表面，设置控制系统带动升降杆下降的速度；

S4、打开不锈钢筒底部的开关阀，启动控制系统带动升降杆下降，待堵剂流动到透明水平管段内20mm刻度处时，停止升降杆下降，读取数字表盘上所显示的时间。

由上所述，本发明的检测装置携带方便，由于采用控制系统对升降杆进行控制，测量数据精确且重现性好；测量方法简单灵活，适用堵剂范围广，不同堵剂之间成胶强度对比性强，能够批量快速检测。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明检测装置正面的结构示意图。

图2：为本发明检测装置侧面的结构示意图。

图3：为图2中A处的局部放大图。

图4：为采用本发明检测装置获得的交联剂浓度对酚醛树脂强凝胶调剖剂体系成胶强度的影响示意图。

图5：为采用本发明检测装置获得的不同堵剂的成胶强度对比示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1和图2所示，本发明提供了一种测定堵剂成胶强度的检测装置100，用于测量堵剂受挤压时的流动能力，堵剂的强度利用所测得的流动能力来表征。该检测装置100包括支架3、控制系统4、升降杆1和测试容器8，支架3用于支撑控制系统4、升降杆1和测试容器8，支架3的底座10四个角处设有水平调节脚用来调平。控制系统4控制该升降杆1竖直上下移动，进行暂停和复位，并可设定升降速度。升降杆1可竖直滑动的设置在支架3的导向孔内，升降杆1位于测试容器8上方，测试容器8为上端开口的圆柱筒形，测试容器8的底部一侧连接有与其内腔连通的透明水平管段12，该透明水平管段12的管壁上设有刻度13，且该透明水平管段12与测试容器8的底部一侧连接处设有一开关阀9。升降杆1的下端连接有一直径与该测试容器8内径相同的圆盘5。控制系统4与该升降杆1之间传动连接，圆盘5在升降杆1下移后伸入到测试容器8内部，向测试容器8内的堵剂施加压力，通过测量堵剂流动至透明水平管段12某一刻度13时的时间来表征堵剂的成胶强度。具体的，控制系统4包括三相异步电动机、电磁调速控制器，三相异步电动机和电磁调速控制器电连接且均固定在支架3上，三相异步电动机的电机轴上设有一电机齿轮。升降杆1一侧设有一排齿，支架3上转动设置有与升降杆1一侧的齿啮合的中间齿轮，该中间齿轮还与电机齿轮啮合。电机齿轮通过中间齿轮带动升降杆1在导向孔内升降，由电磁调速控制器来调节三相异步电动机的转速。或者，也可以不设置中间齿轮，电机齿轮直接与该升降杆1一侧的齿啮合，电机齿轮直接带动升降杆1在导向孔内升降。

进一步，控制系统4还设有显示升降速度和操作时间的数字表盘2，该数字表盘2与一微电脑控制器电连接。支架3上设有一连接块6，该连接块6上设有一带螺纹的通孔。测试容器8为带有刻度线7的不锈钢筒，不锈钢筒的上部外壁设有外螺纹，可以与连接块6上带螺纹的通孔连接。不锈钢筒底部一侧设有一水平不锈钢管11，该不锈钢管11上设置开关阀9。透明水平管段12为透明硬质塑料管，该透明硬质塑料管一端与水平不锈钢管11密封连接。

进一步，如图3所示，圆盘5为不锈钢圆盘，升降杆1下端固定连接在该不锈钢圆盘的上表面中央，不锈钢圆盘上设有一贯穿上、下表面的锥形透孔51，该锥形透孔51的上端内径大于下端内径。锥形透孔51内塞入有一锥形塞52，锥形塞52由弹性材料制成，其上端设有一提手，该锥形塞52与锥形透孔51过盈配合。在不锈钢圆盘上开设锥形透孔51的目的是为了在不锈钢圆盘伸入到不锈钢筒内后，在没有接触到堵剂之前，通过该锥形透孔51在不锈钢圆盘下降过程中将空气排出。在不锈钢圆盘接触到堵剂表面之后，将锥形塞52塞入到锥形透孔51内，由于锥形塞52由弹性材料制成并与锥形透孔51过盈配合，因此在不锈钢圆盘向下压堵剂过程中该锥形透孔51不会打开。

测试时，调节支架的水平调节脚，使检测装置水平放置；然后关闭不锈钢筒底部的开关阀，将成胶后的堵剂装入不锈钢筒至一定刻度处，将不锈钢筒螺纹连接到支架的连接块上；对控制系统初始化，使圆盘刚好接触不锈钢筒内的堵剂表面，设置控制系统带动升降杆下降的速度；打开不锈钢筒底部的开关阀，启动控制系统带动升降杆下降，待堵剂流动到透明水平管段内20mm刻度处时，停止升降杆下降，读取数字表盘上所显示的时间。堵剂成胶强度越大，流动能力越差，所需要的时间也越长，该测量方法通过测量堵剂挤压变形流动来表征堵剂的成胶强度。

以下通过两个实施例来说明采用本发明检测装置的测量过程及测量结果。

实施例一：交联剂浓度对酚醛树脂强凝胶调剖剂体系成胶强度的影响

第一步，调节水平调节脚，使检测装置水平放置；关闭不锈钢筒底部的开关阀，分别采用成胶后的不同交联剂浓度酚醛树脂强凝胶调剖剂进行实验。首先将交联剂浓度为0.02％的酚醛树脂强凝胶调剖剂装入不锈钢筒至刻度线处；将不锈钢筒安装到支架中的连接块上；对控制系统初始化，使圆盘刚好接触于堵剂表面，设置升降杆升降速度；打开不锈钢筒底部开关阀，启动控制系统，待堵剂流动到透明水平管段内20mm刻度处时，停止控制系统，读取数字表盘上所显示的时间。然后，依次采用交联剂浓度为0.04％、0.06％、0.08％和0.1％的酚醛树脂强凝胶调剖剂分别进行实验，得出相应的实验数据。

第二步，作交联剂浓度-强凝胶调剖剂流动时间关系曲线，如图4所示。从图4可以看出，随着交联剂浓度的提高，酚醛树脂强凝胶流动时间越长，这是由于酚醛树脂交联剂通过增大交联密度提高了强凝胶成胶强度，导致强凝胶粘弹性增加，流动性变差，因此流动时间变长。

实施例二：不同堵剂的成胶强度对比

第一步，调节水平调节脚，使检测装置水平放置；关闭不锈钢筒底部的开关阀，分别采用强凝胶、弱凝胶和液体桥塞堵水剂三种堵剂进行实验，每种堵剂中的聚丙烯酰胺的浓度依次采用0.2％、0.4％、0.6％、0.8％和1％；首先将聚丙烯酰胺浓度为0.2％的强凝胶装入不锈钢筒至刻度线处进行实验。将不锈钢筒安装到支架中的连接块上；对控制系统初始化，使圆盘刚好接触于堵剂表面，设置升降杆升降速度；打开不锈钢筒底部开关阀，启动控制系统，待堵剂流动到透明水平管段内20mm刻度处时，停止控制系统，读取数字表盘上所显示的时间。然后，再将聚丙烯酰胺浓度为0.4％的强凝胶装入不锈钢筒至刻度线处进行实验，得出相应的实验数据；按照相同的实验方法，依次将聚丙烯酰胺浓度为0.6％、0.8％和1％的强凝胶装入不锈钢筒至刻度线处进行实验，得出相应的实验数据。然后，再分别采用聚丙烯酰胺浓度为0.2％、0.4％、0.6％、0.8％和1％的弱凝胶进行实验，得出实验数据。然后，再分别采用聚丙烯酰胺浓度为0.2％、0.4％、0.6％、0.8％和1％的液体桥塞堵水剂进行实验，得出实验数据。

第二步，作不同堵剂-流动时间关系曲线，如图5所示。从图5可以看出，随着聚丙烯酰胺浓度的提高，堵剂流动时间越长，这是由于聚丙烯酰胺浓度越大，堵剂交联越紧密，空间网状结构越窂固，成胶粘度越大，流动性变差，因此流动时间变长。在相对的聚丙烯酰胺浓度条件下，液体桥塞堵水剂流动时间大于强凝胶流动时间，强凝胶流动时间大于弱凝胶流动时间，这是由于液体桥塞堵水剂采用聚合交联方式形成的空间网状结构，分子之间化学键、氢键与分子间作用力同时存在，而强凝胶堵剂空间网状结构为分子间氢键结合，弱凝胶由于交联密度小，空间网状结构较松散，因此其成胶强度低，流动性好，流动时间均比液体桥塞堵水剂短。

由上所述，本发明的检测装置携带方便，由于采用控制系统对升降杆进行控制，测量数据精确且重现性好；测量方法简单灵活，适用堵剂范围广，不同堵剂之间成胶强度对比性强，能够批量快速检测。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种测定堵剂成胶强度的检测装置，包括一支架和一测试容器，所述测试容器设置在该支架上；其特征在于，所述支架上还设置有一升降杆和一控制该升降杆竖直上下移动的控制系统；所述升降杆竖直滑动的设置在所述支架的导向孔内，所述升降杆位于所述测试容器上方，所述测试容器为上端开口的圆柱筒形，所述测试容器的底部一侧连接一与其内腔连通的透明水平管段，该透明水平管段的管壁上设有刻度，且该透明水平管段与所述测试容器的底部一侧连接处设有一开关阀；所述升降杆的下端连接有一直径与该测试容器内径相同的圆盘；所述控制系统与该升降杆之间传动连接，所述圆盘在升降杆下移后伸入到所述测试容器内部，向所述测试容器内的堵剂施加压力，通过测量堵剂流动至透明水平管段某一刻度时的时间来表征堵剂的成胶强度。

2.如权利要求1所述的测定堵剂成胶强度的检测装置，其特征在于，所述控制系统包括一三相异步电动机、一电磁调速控制器，所述三相异步电动机和电磁调速控制器电连接且均固定在所述支架上，所述三相异步电动机的电机轴上设有一电机齿轮；所述升降杆一侧设有一排齿，所述支架上转动设置有一与升降杆一侧的齿啮合的中间齿轮，该中间齿轮还与所述电机齿轮啮合。

3.如权利要求1所述的测定堵剂成胶强度的检测装置，其特征在于，所述控制系统包括一三相异步电动机、一电磁调速控制器，所述三相异步电动机和电磁调速控制器电连接且均固定在所述支架上，所述三相异步电动机的电机轴上设有一电机齿轮；所述升降杆一侧设有一排齿，所述电机齿轮与该升降杆一侧的齿啮合。

4.如权利要求2或3所述的测定堵剂成胶强度的检测装置，其特征在于，所述控制系统还设有一显示升降速度和操作时间的数字表盘，该数字表盘与一微电脑控制器电连接；所述支架上设有一连接块，该连接块上设有一带螺纹的通孔，所述测试容器的上部外壁设有外螺纹，该测试容器与所述带螺纹的通孔螺纹连接；所述支架的底座四个角处设有水平调节脚。

5.如权利要求4所述的测定堵剂成胶强度的检测装置，其特征在于，所述测试容器为带有刻度的不锈钢筒，其底部一侧设有一水平不锈钢管，该不锈钢管上设置所述开关阀；所述透明水平管段为透明硬质塑料管，该透明硬质塑料管一端与所述水平不锈钢管密封连接。

6.如权利要求5所述的测定堵剂成胶强度的检测装置，其特征在于，所述圆盘为不锈钢圆盘，所述升降杆下端固定连接在该不锈钢圆盘的上表面中央，所述不锈钢圆盘上设有一贯穿上、下表面的锥形透孔，该锥形透孔的上端内径大于下端内径；所述锥形透孔内塞入有一锥形塞，所述锥形塞由弹性材料制成，其上端设有一提手，该锥形塞与所述锥形透孔过盈配合。

7.一种利用权利要求1所述检测装置测定堵剂成胶强度的方法，其特征在于，所述方法通过所述控制系统来控制所述升降杆向下移动，使所述圆盘向所述测试容器内的堵剂施加压力，通过测量堵剂流动至透明水平管段某一刻度时的时间来表征堵剂的成胶强度。

8.如权利要求7所述的测定堵剂成胶强度的方法，其特征在于，所采用的检测装置中，支架上设有一连接块，该连接块上设有一带螺纹的通孔，所述测试容器为带有刻度的不锈钢筒，不锈钢筒的上部外壁设有外螺纹，该不锈钢筒能与所述带螺纹的通孔螺纹连接；所述支架的底座四个角处设有水平调节脚；控制系统设有一显示升降速度和操作时间的数字表盘；所述方法包括如下步骤：

S1、调节支架的水平调节脚，使检测装置水平放置；

S2、关闭不锈钢筒底部的开关阀，将成胶后的堵剂装入不锈钢筒至一定刻度处，将不锈钢筒螺纹连接到支架的连接块上；

S3、对控制系统初始化，使圆盘刚好接触不锈钢筒内的堵剂表面，设置控制系统带动升降杆下降的速度；

S4、打开不锈钢筒底部的开关阀，启动控制系统带动升降杆下降，待堵剂流动到透明水平管段内20mm刻度处时，停止升降杆下降，读取数字表盘上所显示的时间。