CN106042160A - 一种固井水泥浆试模的可变温变压养护装置 - Google Patents

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张萍
李丽霞
左国勇
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解经宇
孙嘉鑫
刘志超
王韧
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Abstract

本发明涉及一种固井水泥浆试模的可变温变压养护装置，包括养护箱、温控循环系统和增压系统；所述养护箱通过支撑座安装在地面上，所述养护箱内底部安装有试模支架；所述养护箱侧壁外包覆围设有温控循环浴罩，所述温控循环浴罩与养护箱侧壁之间形成一个密闭的腔体，所述温控循环浴罩上分别设有连通所述腔体的进水口和出水口，所述进水口和出水口分别通过管道连接温控循环系统；所述养护箱顶部设有进气口，所述进气口通过管道连接增压系统。优点：结构简单，使用操作方便，生产成本低，充分模拟实际地底温度，再通过氮气对养护箱内进行加压，充分模拟实际地底的压力情况，使水泥浆养护环境与实际接近，从而使试模性能测量结果更准确。

Description

一种固井水泥浆试模的可变温变压养护装置
技术领域
本发明涉及固井水泥浆试模养护技术，特别涉及一种固井水泥浆试模的可变温变压养护装置。
背景技术
天然气水合物作为一种资源潜力巨大的清洁新能源，广泛分布于陆地永久冻土带和大陆边缘海底地层的低温多孔介质中，由于其储量巨大，对缓解日益严重的全球能源危机具有举足轻重的作用，受到了越来越国家的重视。2013年12月17日，中国国土资源部明确宣布，今后将根据国家规划和部署，全面组织实施我国海域和陆域天然气水合物资源的勘查与评价，力争早日实现天然气水合物的开发利用。为了完成天然气水合物的开发，固井是一项必不可少的关键技术手段。
此外，近年来随着冻土区和海洋深水油气钻井数量的不断增加和天然气水合物的发现，在此区域钻完井作业中，虽然现存多种体系低热固井水泥浆，但是大量固井水泥浆的水化放热难免不会影响水合物的稳定，对于固井质量和井内安全的控制将是一个不容忽视的隐患，其相关评价技术将是一个不得不研究的重要科学问题。因此，有必要深入研究含水合物层段固井水泥浆水化与近井壁地层中水合物稳定的耦合影响关系，其中，首先要研究低热早强水泥浆体系的力学强度发展规律，力争在含水合物地层实现快速和坚实固井。要达此目的，需要研制能够模拟井下含水合物地层高压低温条件水泥浆水化固结的养护装置。
在此方面，西方发达国家的个别实验室和企业已开发出相关实验装置，并在使用过程中不断改进，目前已经能够在压力0～25MPa和温度-50～+250℃条件下进行水泥石静态和动态养护液静止或流动养护，控温精度为0.01～0.1℃，养护时间0～672h。我国当前只有常压变温静态水泥浆养护装置，工作温度为-30～+150℃，压力为常压，而能够模拟井内动态旋流的水泥浆高压养护装置，截止目前国内尚未见报导。
此外，我国已对天然气水合物投入了巨大的人力和物力进行相关研究，从长远来说，作为一个新兴的科技大国，有必要全面开发具有自主知识产权的水合物勘探、评价与开采的完整实验评价技术，为我国在该领域的研究提供硬件支撑。
基于此，亟需一种水泥浆的模拟养护装置来实现对含水合物地层固井的水泥浆工艺的性能测试。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种固井水泥浆试模的可变温变压养护装置，有效地填补了国内当前在此领域的技术空白，同时还可有效解决国外同类设备结构较为复杂、造价较为高昂、操作过程较为复杂等问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种固井水泥浆试模的可变温变压养护装置，包括养护箱、温控循环系统和增压系统；
上述养护箱通过支撑座安装在地面上，上述养护箱内底部安装有试模支架；
上述养护箱侧壁外包覆围设有温控循环浴罩，上述温控循环浴罩与养护箱侧壁之间形成一个密闭的腔体，上述温控循环浴罩上分别设有连通上述腔体的进水口和出水口，上述进水口和出水口分别通过管道连接温控循环系统；
上述养护箱顶部设有进气口，上述进气口通过管道连接增压系统。
本发明的有益效果是：结构简单，使用操作方便，生产成本低，通过温控循环浴罩对养护箱进行升温或降温，充分模拟实际地底温度，再通过氮气对养护箱内进行加压，充分模拟实际地底的压力情况，使水泥浆养护环境与实际接近，从而使测量结果更为准确。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，上述养护箱包括箱体和上盖，上述箱体上端开口，上述上盖通过螺栓固定在上述箱体的上端开口处，上述上盖上设置有上述进气口，上述温控循环浴罩围设在上述箱体的箱壁外。
采用上述进一步方案的有益效果是养护箱结构简单，操作、使用比较方便。
进一步，上述温控循环系统包括循环水泵和温控水箱，上述循环水泵输入端通过管道连通上述温控水箱；其输出端通过管道连通上述温控循环浴罩的进水口，且该段管道上设有截断阀；上述温控循环浴罩上的出水口通过管道连通温控水箱，且该段管道上也设有截断阀。
采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，可有效的对养护箱进行液体降温或升温或保温，确保其内部的温度符合养护标准，保证养护的效果。
进一步，上述增压系统包括气体增压控制台、空压机和氮气源，上述气体增压控制台内具有气驱增压泵，上述空压机输出端连接气驱增压泵，上述氮气源出气口连通气体增压控制台内部，上述气体增压控制台顶部的出气口通过管道连通上述进气口，且该管道上设有截止阀。
采用上述进一步方案的有益效果是增压系统结构简单，可有效的对养护箱内进行增加，使其内部在养护的水泥浆试模承受的压力符合标准，确保实验的准确性。
进一步，上述养护箱底部设有排液管，上述排液管上设有止水夹。
采用上述进一步方案的有益效果是便于在养护结束后对养护箱内的养护液进行排放。
进一步，上述养护箱底部设有温度压力传感器，且其测量头部分伸入上述养护箱内底部。
采用上述进一步方案的有益效果是可通过好温度压力传感器直接测得养护箱内的压力变化及温度变化状况。
进一步，上述养护箱底壁中部的内外侧对称设有一对密封轴套定子，一对上述密封轴套定子内均转动设有磁力转子，且位于养护箱底壁内侧的密封轴套定子内的磁力转子还连接有搅拌桨，位于外侧的密封轴套定子内的磁力转子还通过轴连接驱动电机，两个上述磁力转子之间磁力转动配合。
采用上述进一步方案的有益效果是通过驱动搅拌桨转动，使得养护箱内水泥浆试模实现动态养护，同时，有效避免了箱底开口传动的动密封问题，降低设备维护难度和损坏率，增强了搅拌设备的耐久性。
进一步，上述驱动电机通过支架固定于养护箱底部。
采用上述进一步方案的有益效果是便于驱动电机固定。
进一步，上述试模支架包括圆盘座和竖直设置于圆盘座底部的若干均匀分布的支撑杆，上述支撑杆下端固定于养护箱底壁内侧，且上述圆盘座上设有若干均匀分布并上下贯穿其的通孔。
采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，养护液可实现对水泥浆试模的全方位养护。
附图说明
图1为本发明的固井水泥浆试模的可变温变压养护装置的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、养护箱，2、4、支撑座，5、试模支架，6、温控循环浴罩，11、箱体，12、上盖，13、排液管，14、温度压力传感器，15、密封轴套定子，16、磁力转子，17、搅拌桨，18、驱动电机，21、循环水泵，22、温控水箱，31、气体增压控制台，32、空压机，33、氮气源，51、圆盘座，52、支撑杆。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例：如图1所示，本实施例的固井水泥浆试模的可变温变压养护装置包括养护箱1、温控循环系统2和增压系统3；
上述养护箱1通过支撑座4安装在地面上，上述养护箱1内底部安装有试模支架5；
上述养护箱1侧壁外包覆围设有温控循环浴罩6，上述温控循环浴罩6与养护箱1侧壁之间形成一个密闭的腔体，上述温控循环浴罩6上分别设有连通上述腔体的进水口和出水口，上述进水口和出水口分别通过管道连接温控循环系统2；
上述养护箱1顶部设有进气口，上述进气口通过管道连接增压系统3。
实验过程如下：
步骤1，在实验开始之前，根据井下实际情况确定所需的养护温度和养护压力；
步骤2，在养护箱内1的试模支架5上摆放多个固井水泥浆试模，之后向养护箱1内注入养护液直至注满，封盖；
步骤3，开启温控循环系统2并设定为所需的温度，对养护箱1进行升温或降温直至达到所需温度，之后循环浴自动维持养护箱内温度恒定；
步骤4，开启增压系统3并设定为所需值，向养护箱1内通入气体增压直至养护箱1内养护液内部压力达到所需值，之后将增压系统3的工作状态设定为自动补偿，自动维持养护箱1内的压力恒定；
步骤6，实验结束后，排出养护液，然后取出水泥浆试模对其内部的标准水泥浆试模进行力学测试。
优选的，上述养护箱1包括箱体11和上盖12，上述箱体11上端开口，上述上盖12通过螺栓固定在上述箱体11的上端开口处，上述上盖12设置有上述进气口，上述温控循环浴罩6围设在上述箱体11的箱壁外，上盖12采用高强螺栓固定于箱体11上，加如养护液时，打开，加满后，封装固定，操作比较方便。
优选的，上述温控循环系统2包括循环水泵21和温控水箱22，上述循环水泵21输入端通过管道连通上述温控水箱22；其输出端通过管道连通上述温控循环浴罩6的进水口，且该段管道上设有截断阀；上述温控循环浴罩6上的出水口通过管道连通温控水箱22，且该段管道上也设有截断阀，通过温控水箱22控制其内的液体介质温度，之后通过循环水泵21使得液体介质在腔体与温控水箱22以及循环水泵21之间循环，保证对养护箱1内部温度的升温调节或降温处理，确保水泥浆养护的温度环境适中。
优选的，上述增压系统3包括气体增压控制台31、空压机32和氮气源33，上述气体增压控制台31内具有气驱增压泵，上述空压机32输出端连接气驱增压泵，上述氮气源33出气口连通气体增压控制台31内部，上述气体增压控制台31顶部的出气口通过管道连通上述进气口，且该管道上设有截止阀，上述的氮气源33采用常规的氮气瓶供给，使用过程中，氮气瓶打开阀门后，其内部的氮气自动向气体增压控制台31内流动，之后通过空压机32向气体增压控制台31冲入高压气流直接驱动气驱增压泵工作，使得内部的氮气由气体增压控制台31顶部的出气口通过管道导入养护箱1顶部的进气口，对养护液进行加压，确保内部养护液的压力适中。
优选的，上述养护箱1底部设有排液管13，上述排液管13上设有止水夹，通过该配液罐13可在养护完毕后轻松排掉养护箱1内的养护液，便于取出水泥浆试模。
优选的，上述养护箱1底部设有温度压力传感器14，且其测量头部分伸入上述养护箱1内底部，可通过该温度压力传感器14直接测得养护箱1内部温度和压力变化，并将该温度和压力变化信息反馈至后台电脑及数据采集系统内，便于对实验过程进行实时监测。
在一些实施例中，上述养护箱1底壁中部的内外侧对称设有一对密封轴套定子15，一对上述密封轴套定子15内均转动设有磁力转子16，且位于养护箱1底壁内侧的密封轴套定子15内的磁力转子16还连接有搅拌桨17，位于外侧的密封轴套定子15内的磁力转子16还通过轴连接驱动电机18，两个上述磁力转子16之间磁力转动配合，当位于养护箱1底壁外侧的密封轴套定子15内的磁力转子16被驱动电机18驱动转动时，磁力传递到位于养护箱1底壁内侧的密封轴套定子15内的磁力转子16，使得该磁力转子16同步转动，并带动搅拌桨17转动，实现动态养护，不使用时，实现静态养护，以便适应不同的养护实验需求。
优选的，上述驱动电机18通过支架固定于养护箱1底部，安装固定强度较好。
优选的，上述试模支架5包括圆盘座51和竖直设置于圆盘座51底部的若干均匀分布的支撑杆52，上述支撑杆52下端固定于养护箱1底壁内侧，且上述圆盘座51上设有若干均匀分布并上下贯穿其的通孔，其结构比较简单，养护液可由圆盘座51上的通孔对水泥浆试模的底部进行养护，使得水泥浆试模不会存在养护的盲区。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种固井水泥浆试模的可变温变压养护装置，其特征在于：包括养护箱(1)、温控循环系统(2)和增压系统(3)；
所述养护箱(1)通过支撑座(4)安装在地面上，所述养护箱(1)内底部安装有试模支架(5)；
所述养护箱(1)侧壁外包覆围设有温控循环浴罩(6)，所述温控循环浴罩(6)与养护箱(1)侧壁之间形成一个密闭的腔体，所述温控循环浴罩(6)上分别设有连通所述腔体的进水口和出水口，所述进水口和出水口分别通过管道连接温控循环系统(2)；
所述养护箱(1)顶部设有进气口，所述进气口通过管道连接增压系统(3)。
2.根据权利要求1所述的一种固井水泥浆试模的可变温变压养护装置，其特征在于：所述养护箱(1)包括箱体(11)和上盖(12)，所述箱体(11)上端开口，所述上盖(12)通过螺栓固定在所述箱体(11)的上端开口处，所述上盖(12)上设置有所述进气口，所述温控循环浴罩(6)围设在所述箱体(11)的箱壁外。
3.根据权利要求1所述的一种固井水泥浆试模的可变温变压养护装置，其特征在于：所述温控循环系统(2)包括循环水泵(21)和温控水箱(22)，所述循环水泵(21)输入端通过管道连通所述温控水箱(22)；其输出端通过管道连通所述温控循环浴罩(6)的进水口，且该段管道上设有截断阀；所述温控循环浴罩(6)上的出水口通过管道连通温控水箱(22)，且该段管道上也设有截断阀。
4.根据权利要求1所述的一种固井水泥浆试模的可变温变压养护装置，其特征在于：所述增压系统(3)包括气体增压控制台(31)、空压机(32)和氮气源(33)，所述气体增压控制台(31)内具有气驱增压泵，所述空压机(32)输出端连接气驱增压泵，所述氮气源(33)出气口连通气体增压控制台(31)内部，所述气体增压控制台(31)顶部的出气口通过管道连通所述进气口，且该管道上设有截止阀。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种固井水泥浆试模的可变温变压养护装置，其特征在于：所述养护箱(1)底部设有排液管(13)，所述排液管(13)上设有止水夹。
6.根据权利要求1至4任一项所述的一种固井水泥浆试模的可变温变压养护装置，其特征在于：所述养护箱(1)底部设有温度压力传感器(14)，且其测量头部分伸入所述养护箱(1)内底部。
7.根据权利要求1至4任一项所述的一种固井水泥浆试模的可变温变压养护装置，其特征在于：所述养护箱(1)底壁中部的内外侧对称设有一对密封轴套定子(15)，一对所述密封轴套定子(15)内均转动设有磁力转子(16)，且位于养护箱(1)底壁内侧的密封轴套定子(15)内的磁力转子(16)还连接有搅拌桨(17)，位于外侧的密封轴套定子(15)内的磁力转子(16)还通过轴连接驱动电机(18)，两个所述磁力转子(16)之间磁力转动配合。
8.根据权利要求7所述的一种固井水泥浆试模的可变温变压养护装置，其特征在于：所述驱动电机(18)通过支架固定于养护箱(1)底部。
9.根据权利要求1至4任一项所述的一种固井水泥浆试模的可变温变压养护装置，其特征在于：所述试模支架(5)包括圆盘座(51)和竖直设置于圆盘座(51)底部的若干均匀分布的支撑杆(52)，所述支撑杆(52)下端固定于养护箱(1)底壁内侧，且所述圆盘座(51)上设有若干均匀分布并上下贯穿其的通孔。
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