CN106124741B - 水泥浆高温沉降稳定性测试装置 - Google Patents
水泥浆高温沉降稳定性测试装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106124741B CN106124741B CN201610506590.4A CN201610506590A CN106124741B CN 106124741 B CN106124741 B CN 106124741B CN 201610506590 A CN201610506590 A CN 201610506590A CN 106124741 B CN106124741 B CN 106124741B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cylinder
- cement mortar
- autoclave
- curing autoclave
- slurry cylinder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 44
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 claims abstract description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000008107 starch Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims abstract 2
- 238000009955 starching Methods 0.000 claims description 5
- 230000001808 coupling Effects 0.000 claims description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 abstract description 18
- 239000004568 cement Substances 0.000 abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000004537 pulping Methods 0.000 description 3
- 238000010192 crystallographic characterization Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static Effects 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 230000000903 blocking Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000003670 easy-to-clean Effects 0.000 description 1
- 230000000534 elicitor Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000011440 grout Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting Effects 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/38—Concrete; ceramics; glass; bricks
- G01N33/383—Concrete, cement
Abstract
本发明公开了水泥浆高温沉降稳定性测试装置，主要由底座支架25、养护釜7、浆筒6、上压力传感器21、下压力传感器20、温度传感器11、控制面板8、计算机9、气源1和水源2组成，浆筒置于养护釜中，浆筒和养护釜之间有加热器15，釜体内有皮带轮22带动的外磁体23，温度传感器插入养护釜并与控制面板和计算机相连；浆筒上部驱动体的内磁杆12连接芯棒13，养护釜的外磁体驱动浆筒内的内磁杆旋转，带动桨叶16搅拌浆筒内水泥浆，浆筒有上压力传感器、下压力传感器连接控制面板和计算机；驱动体堵塞10通过压力调节阀3连接气源，养护釜连接水源。本发明原理可靠，结构合理，测试过程简单快捷，能测量不同水泥浆体系在不同高温环境中的沉降稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量高温条件下环空水泥浆沉降稳定性的装置，适用于石油及天然气钻井过程中的钻井液沉降稳定性的测量，尤其是注水泥、挤水泥、打水泥塞及水泥浆堵漏等作业中水泥浆沉降稳定性的测量。
背景技术
固井作业中，水泥浆的沉降稳定性是较为重要的一个指标，特别是在高温下的沉降稳定性，是固井质量好坏的一个重要的影响因素，美国石油学会(API)已经把游离水量作为衡量静置水泥浆稳定性的标准，自由水量从宏观上反映了水泥浆的稳定性。但实际上游离水层下方的水泥浆密度并不是均匀的，如何定量分析这种呈上稀下浓梯度分布的水泥浆一直是固井工作者非常关心的问题。
目前测定水泥浆沉降稳定性的方法主要是测量水泥浆游离液的大小和凝固后水泥石的密度差。测定的都是静态水泥浆或水泥石的稳定性。这两种方式测定水泥浆的沉降稳定性都不同程度地存在问题。下面是目前国内外测定水泥浆稳定性的四种装置：
1、量筒静置水泥浆测析水，观察沉降法(API稳定性测试方法)
1948年API规范用带刻度量筒测定水泥浆的稳定性，直至1990年这一方案都没有特别大的变动。具体做法是将待测的水泥浆倒入250ml量筒，静置2h后测水泥浆游离液大小，用玻璃棒探得底部的沉降情况。此方法的最大优点是方便、直观。但是也存在着一些缺点。
(1)单凭水泥浆游离液大小无法真正反应水泥浆的稳定性，且测量水泥浆的析水量时误差较大。
(2)只能定性反映水泥浆沉降稳定性，不能定量测试，也不能测试稳定性随时间的变化。
(3)无法模拟井下高温高压条件，不能评价水泥浆在真实地层条件下的稳定性。
2、BP管法
1990年BP公司提出了一种单筒式水泥沉降管试验装置，其原理是分段测定凝结水泥柱的密度，通过密度差评价水泥浆的沉降稳定性。该方法存在的问题是：
(1)对合部位使用一段时间后，密封容易失效，导致渗浆发生，水泥浆凝固后不易脱模，两半管扣合时易产生对偏等不良现象；
(2)单筒结构每次只能对一种配方进行测试，缺乏对比，使测试结果有一定的局限性，也不能充分利用养护釜的空间，测试效率低；
(3)筒体内径设计较小，筒壁效应影响较大，筒体高度不够，造成筒体内水泥柱密度梯度差异不明显，增加了测试的分辨精度和困难；
(4)测试时间长，需要等水泥浆凝结后方能测得水泥柱的密度差，测试效率低，对于凝结时间较长的水泥浆更是如此；
(5)无法评价井下真实温度和压力条件下的稳定性。
3、稠化仪停机实验法
该法将水泥浆的总稠化时间分成4段，每段时间结束后停机10min后开机，如总稠化时间为280min，当稠化至70、140、210min时停止搅动10min后再开机,测定停止搅动前后稠度的变化,来判定水泥浆的沉降稳定性。这种方法用于表征沉降稳定性没有统一的标准和规定，可靠性也有待考察。
4、双筒组合型水泥浆沉降稳定性试验装置
中国石油天然气集团公司工程技术研究院发明了一种双筒组合型水泥浆沉降稳定性试验装置。该装置能与API水泥高温高压养护釜配套使用，能模拟实际井下高温高压条件，既可比较同一配方在同一温度、压力条件下不同沉降筒内的自由液高度，以排除单筒测试的局限性和偶然性，又可根据同一配方在同一环境条件下水泥浆密度对比及密度变化的可比性，来判断制浆装置及制浆方法和步骤所得的水泥浆是否均匀，从而改变制浆方法和步骤，使水泥浆达到密度混配均匀。该装置仍然存在一些缺点：
(1)装置结构复杂，利用该装置的测试步骤比较繁琐，需每次等水泥石凝固后锯开水泥石分别测得每段的质量和体积，实验操作不方便，不利于推广应用；
(2)测试时间长。需要等水泥浆凝结后方能测得水泥柱的密度差，测试效率低。对于凝结时间较长的水泥浆更是如此。
(3)只能测试某一时间点的水泥浆稳定性，不能测试水泥浆稳定性随时间的变化关系。
针对以上测试水泥浆沉降稳定性存在的不足，研发一种可定量测定水泥浆沉降稳定性的装置对表征水泥浆综合性能有着重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供水泥浆高温沉降稳定性测试装置，该装置原理可靠，结构合理，测试过程简单快捷，清洗方便，能测量不同水泥浆体系在不同高温环境中的沉降稳定性。
水泥浆高温沉降稳定性测试装置，主要由底座支架、养护釜、浆筒、压力传感器、温度传感器、控制面板、计算机、气源和水源组成。
所述养护釜安装在底座支架上，可任意角度翻转，养护釜中有加热器，加热养护釜内的浆筒，釜体内有皮带轮带动的外磁体，通过磁力作用驱动浆筒内的内磁杆，养护釜为半封闭，侧面开槽，以便浆筒的压力传感器与控制面板连接。
所述浆筒用于盛放水泥浆，浆筒上部为驱动体，驱动体包括驱动体外壳、驱动体堵塞、内磁杆和芯棒，桨叶通过联轴器与芯棒连接，内磁杆和芯棒在外磁体的磁力驱动作用下旋转，并带动桨叶搅拌浆筒内水泥浆，浆筒侧壁上部和下部有两个压力传感器，浆筒驱动体外壳(含上盖)和底盖均可拆卸，方便清洗浆筒。
所述压力传感器主要采集浆筒内水泥浆柱压力数据，与控制面板和计算机相连。
所述温度传感器插入养护釜，采集养护釜温度数据并传回控制面板和计算机。
所述控制面板用于设定和控制加热温度及升温时间。
所述计算机用于采集实验中的温度和压力数据。
所述气源为浆筒提供压力，所述水源的作用是在实验结束后冷却釜体。
浆筒放在养护釜中，通过加热器加热，养护釜中的皮带轮带动外磁体通过磁力作用驱动内磁杆，内磁杆带动桨叶旋转实现浆筒内水泥浆的搅拌。压力调节阀设定实验初始压力。养护釜上的温度传感器采集温度，通过控制面板控制加热温度和升温速率，压力传感器采集浆筒上部和下部的水泥浆液柱压力数据，通过计算机记录水泥浆液柱压力的变化过程，并根据液柱压力变化反应出水泥浆柱的密度变化，以此判断水泥浆在高温条件下的沉降稳定性。
本发明与现有技术相比较具有以下有益效果：
(1)该装置能模拟不同温度条件和水泥浆先流动后静止的过程，该装置的最高工作温度为200℃，满足了一般井深所需的条件；
(2)采用了压力变化表征密度变化的方法，通过压力传感器和计算机采集数据，操作方便、简单，并能连续采集数据，能判断整个过程中水泥浆稳定性随时间的连续变化，压力传感器最高工作压力为2MPa。
附图说明
图1为本发明水泥浆高温沉降稳定性测试装置的结构示意图。
图2为养护釜和浆筒的结构示意图。
图中：1-气源；2-水源；3-压力调节阀；4-高压释放阀；5-压力表；6-浆筒；7-养护釜；8-控制面板；9-计算机；10-驱动体堵塞；11-温度传感器；12-内磁杆；13-芯棒；14-联轴器；15-加热器；16-桨叶；17-底盖；18-提把；19-卡销；20-下压力传感器；21-上压力传感器；22-皮带轮；23-外磁体；24-驱动体外壳；25-底座支架。
具体实施方式
水泥浆高温沉降稳定性测试装置，主要由底座支架25、养护釜7、浆筒6、上压力传感器21、下压力传感器20、温度传感器11、控制面板8、计算机9、气源1和水源2组成，所述养护釜7安装在底座支架25上，可任意角度翻转，浆筒6置于养护釜中，浆筒和养护釜之间有加热器15，养护釜釜体内有皮带轮22带动的外磁体23，温度传感器11插入养护釜并与控制面板8和计算机9相连；所述浆筒6上部为驱动体，下部为底盖17，所述驱动体包括驱动体外壳24、驱动体堵塞10、内磁杆12和芯棒13，内磁杆连接芯棒，芯棒通过联轴器14与浆筒内的桨叶16相连，养护釜的外磁体23驱动浆筒内的内磁杆12旋转，带动桨叶16搅拌浆筒内水泥浆，浆筒有上压力传感器21、下压力传感器20，均通过养护釜侧面的开槽与控制面板8和计算机9相连；浆筒的驱动体堵塞10通过压力调节阀3连接气源1，压力调节阀连有压力表5和高压释放阀4，养护釜7连接水源2。
所述养护釜7和浆筒6之间有卡销19，浆筒6的底盖17连有提把18。
所述浆筒的驱动体外壳24和底盖17均可拆卸，方便清洗浆筒。
实验开始时，在控制面板8上设定好实验温度和升温时间，然后将按照API规范配制好水泥浆，倒入浆筒并装配好。提住提把18将浆筒放入养护釜7，用卡销19卡住浆筒，然后将养护釜翻转180°，使有驱动体的一面向上，将气源接入驱动体堵塞10。把温度传感器11插在养护釜上，上压力传感器21和下压力传感器20连接到控制面板。打开气源1，并调整压力调节阀3，观察压力表5设定初始压力。然后打开加热器15和计算机9上的采集程序，开始采集实验数据。按照设定的时间升温至目标温度后停止搅拌，恒温静置2小时。计算机采集记录、显示水泥浆浆体液柱压力的变化情况，绘制出时间-压力曲线。实验结束后，停止程序，关闭加热器和气源，打开高压释放阀4，释放掉浆筒内的压力，再打开水源2，冷却釜体和浆筒，实验结束。
Claims (3)
1.水泥浆高温沉降稳定性测试装置，主要由底座支架(25)、养护釜(7)、浆筒(6)、上压力传感器(21)、下压力传感器(20)、温度传感器(11)、控制面板(8)、计算机(9)、气源(1)和水源(2)组成，其特征在于，所述养护釜(7)安装在底座支架(25)上，可任意角度翻转，浆筒(6)置于养护釜中，浆筒和养护釜之间有加热器(15)，养护釜釜体内有皮带轮(22)带动的外磁体(23)，温度传感器(11)插入养护釜并与控制面板(8)和计算机(9)相连；所述浆筒(6)上部为驱动体，下部为底盖(17)，所述驱动体包括驱动体外壳(24)、驱动体堵塞(10)、内磁杆(12)和芯棒(13)，内磁杆连接芯棒，芯棒通过联轴器(14)与浆筒内的桨叶(16)相连，养护釜的外磁体(23)驱动浆筒内的内磁杆(12)旋转，带动桨叶(16)搅拌浆筒内水泥浆，浆筒有上压力传感器(21)、下压力传感器(20)，均通过养护釜侧面的开槽与控制面板(8)和计算机(9)相连；浆筒的驱动体堵塞(10)通过压力调节阀(3)连接气源(1)，压力调节阀连有压力表(5)和高压释放阀(4)，养护釜(7)连接水源(2)。
2.如权利要求1所述的水泥浆高温沉降稳定性测试装置，其特征在于，所述养护釜(7)和浆筒(6)之间有卡销(19)，浆筒(6)的底盖(17)连有提把(18)。
3.如权利要求1所述的水泥浆高温沉降稳定性测试装置，其特征在于，所述浆筒的驱动体外壳(24)和底盖(17)均可拆卸。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610506590.4A CN106124741B (zh) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | 水泥浆高温沉降稳定性测试装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610506590.4A CN106124741B (zh) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | 水泥浆高温沉降稳定性测试装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106124741A CN106124741A (zh) | 2016-11-16 |
| CN106124741B true CN106124741B (zh) | 2018-04-20 |
Family
ID=57467583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610506590.4A Active CN106124741B (zh) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | 水泥浆高温沉降稳定性测试装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106124741B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110500082B (zh) * | 2018-05-18 | 2021-11-02 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种固井水泥浆气侵危险时间的确定方法 |
| CN108844859A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-11-20 | 桑顿新能源科技有限公司 | 一种锂离子电池浆料稳定性的评价方法 |
| CN111596042A (zh) * | 2020-05-13 | 2020-08-28 | 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 | 固井水泥浆沉降稳定性实时评价装置及评价方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2116902U (zh) * | 1992-02-15 | 1992-09-23 | 中国石油天然气总公司工程技术研究所 | 多筒组合式水泥浆稳定性测试模 |
| CN101672725A (zh) * | 2009-08-05 | 2010-03-17 | 山东陆海钻采科技有限公司 | 智能型钻井液高温高压多功能动态评价实验仪 |
| CN202793868U (zh) * | 2012-06-19 | 2013-03-13 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种耐高温高压泡沫水泥浆强度养护浆杯及其养护系统 |
| CN104792596A (zh) * | 2015-04-24 | 2015-07-22 | 西南石油大学 | 钻井液动态泥饼形成装置及其实验方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4612800A (en) * | 1985-04-08 | 1986-09-23 | Shell Mining Company | Slurry viscometer |
| CN103245773B (zh) * | 2013-04-19 | 2015-09-09 | 中国石油天然气股份有限公司 | 固井用水泥浆体积变化测试仪及测试方法 |
-
2016
- 2016-06-29 CN CN201610506590.4A patent/CN106124741B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2116902U (zh) * | 1992-02-15 | 1992-09-23 | 中国石油天然气总公司工程技术研究所 | 多筒组合式水泥浆稳定性测试模 |
| CN101672725A (zh) * | 2009-08-05 | 2010-03-17 | 山东陆海钻采科技有限公司 | 智能型钻井液高温高压多功能动态评价实验仪 |
| CN202793868U (zh) * | 2012-06-19 | 2013-03-13 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种耐高温高压泡沫水泥浆强度养护浆杯及其养护系统 |
| CN104792596A (zh) * | 2015-04-24 | 2015-07-22 | 西南石油大学 | 钻井液动态泥饼形成装置及其实验方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106124741A (zh) | 2016-11-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103510944B (zh) | 一种高温高压封堵/防吐模拟评价装置及其评价方法 | |
| CN106124741B (zh) | 水泥浆高温沉降稳定性测试装置 | |
| US20040221644A1 (en) | Cement expansion/contraction test apparatus | |
| CN202882901U (zh) | 岩心伤害评价实验装置 | |
| CN102012347B (zh) | 一种水泥静胶凝强度测窜方法 | |
| CN105910951B (zh) | 油气井井筒流体中气体溶解度的测量装置及测量方法 | |
| CN103471959B (zh) | 气体在液体中的溶解参数的测定方法和测定系统 | |
| CN105136581B (zh) | 一种多功能致裂模拟测试系统及方法 | |
| CN105136991B (zh) | 一种多功能裂缝导流能力测试系统及方法 | |
| CN102435538A (zh) | 一种悬浮稳定性测试装置及测试方法 | |
| CN202562823U (zh) | 一种可压缩流体高温高压密度测试系统 | |
| US20230131487A1 (en) | High-temperature and high-pressure drilling fluid inhibition evaluation device and usage method thereof | |
| CN103758512A (zh) | 一种油藏内反应与渗流特性一体化测试方法与装置 | |
| US20220290561A1 (en) | Device and method for testing the three-phase saturation of oil, gas and water in high-temperature and high-pressure planar model | |
| CN103712931B (zh) | 在线监测超临界体系的高压紫外可见近红外光谱装置 | |
| CN109085324B (zh) | 一种酸岩反应速度及动力学参数测定装置 | |
| CN108119132B (zh) | 致密砂岩气藏近井带径向渗流含水饱和度模拟装置及方法 | |
| CN108169462A (zh) | 气窜模拟系统 | |
| CN108104796A (zh) | 气窜模拟测试装置以及测试方法 | |
| CN105319341B (zh) | 一种油井水泥自修复测试装置及方法 | |
| RU2770639C1 (ru) | Установка для испытания влияния теплоты гидратации цементного или бурового раствора на стабильность гидрата природного газа | |
| CN203737167U (zh) | 压力称重式温控调和罐 | |
| CN103162946A (zh) | 管外封隔器模拟试验装置 | |
| CN109030140A (zh) | 一种热采井水泥石高温水湿养护模拟试验装置及方法 | |
| CN105696991A (zh) | 非烃类气体与蒸汽井筒状态的模拟实验装置及实验方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |