CN110487475A - 一种泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置及方法，该装置包括：通过第一连接头连接在一起的第一取样短节、第二取样短节，其中：所述第一取样短节包括第一取样筒、设置在所述第一取样筒上的第一压力表以及设置在所述第一取样筒两端的第一节流阀、第三节流阀；所述第二取样短节包括第二取样筒、设置在所述第二取样筒上的第二压力表以及设置在所述第二取样筒一端的第二节流阀；所述第一连接头的一端与所述第二节流阀相连，另一端与所述第三节流阀相连。本发明能够得到不同气液比例下，不同温压下的泡沫水泥浆的压力变化规律，为井下不同气液比、不同温度和不同压力下的泡沫水泥浆的深入研究提供了可靠、安全的研究手段。

Description

一种泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置及方法
技术领域
本发明涉及泡沫水泥浆压力监测技术领域，尤其涉及一种泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置及方法。
背景技术
目前由于气相模型不够精确导致利用物性模型计算泡沫水泥浆的密度还存在较大误差，在工程领域只有较为准确的预测到在不同密度下的泡沫水泥浆压力变化情况，才能采取合适的工艺措施，达到较好的施工效果。
中国专利字号CN101526445A《螺纹控制型高压环境液体取样器》以及CN202676565U《一种氮气泡沫水泥浆密度计》都只能测量固定压力下的密度，不能检测变密度浆体随压力的变化情况。
中国专利字号CN102539280A《一种加温加压泡沫水泥浆密度测试装置》涉及到的装置有自加压加温功能，利用电控进行测试，结构复杂，操作复杂，成本高。
美国专利字号US5974858《Single Flange Installation Densimeter》涉及到的密度测量装置必须安装在待测管路上，不能够持续加压，只能够被动测量此处温压下的密度。
可见，目前急需专门针对测量泡沫水泥浆憋压候凝期间压力变化规律的装置从而采取合适的工艺措施。
发明内容
本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供一种泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置，包括：通过第一连接头连接在一起的第一取样短节、第二取样短节，其中：
所述第一取样短节包括第一取样筒、设置在所述第一取样筒上的第一压力表以及设置在所述第一取样筒两端的第一节流阀、第三节流阀；
所述第二取样短节包括第二取样筒、设置在所述第二取样筒上的第二压力表以及设置在所述第二取样筒一端的第二节流阀；
所述第一连接头的一端与所述第二节流阀相连，另一端与所述第三节流阀相连。
在一个可能的设计中，所述第一压力表包括第一压力传感器，所述第二压力表包括第二压力传感器。
在一个可能的设计中，还包括计算机，与所述第一压力传感器、第二压力传感器相连。
在一个可能的设计中，还包括计算机，与所述第一压力表、第二压力表相连。
在一个可能的设计中，第一取样短节至少为两个，相邻两个所述第一取样短节之间通过第二连接头相连。
在一个可能的设计中，所述第二连接头的一端与所述第一取样短节的第三节流阀相连，另一端与相邻所述第一取样短节的第一节流阀相连。
在一个可能的设计中，所述第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀为手动节流阀。
根据本发明的另一方面，提供一种泡沫水泥浆候凝期间压力监测方法，包括步骤：
将本发明任一实施例提供的所述泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置与高压管路的旁通阀相连；
将所述高压管路内的高压泡沫水泥浆流体导入所述泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置中的第一取样短节、第二取样短节内；
当所述泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置中的第二压力表达到第二预设值时，关闭所述第二取样短节中的第二节流阀；
当所述泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置中的第一压力表达到第一预设值时，关闭所述第一取样短节中的第一节流阀和第三节流阀；
关闭所述旁通阀。
在一个可能的设计中，关闭所述旁通阀之后，还包括：
将所述第一取样短节、第二取样短节分别投入到不同温度的水池中，并进行恒温水浴养护；
连续测量所述第一取样短节、第二取样短节内的压力，并据此绘制曲线。
在一个可能的设计中，通过计算机连续测量所述第一取样短节、第二取样短节内的压力。
在一个可能的设计中，若所述第一取样短节为至少两个，则不同的第一取样短节投入到不同温度的水池中。
本发明提供了一种泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置及方法，结构简单、使用方便、成本低廉，能够得到不同气液比例下，不同憋压下的泡沫水泥浆的压力变化规律。
通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。
附图说明
下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：
图1为本发明实施例的泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置示意图。
图2为本发明另一实施例的泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置示意图。
图3为本发明实施例的泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置安装至高压管线上的示意图。
图4为对图1所示实施例的泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置进行压力监测的示意图。
图5为对图2所示实施例的泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置进行压力监测的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置，包括：通过第一连接头31连接在一起的第一取样短节10、第二取样短节20，其中：
第一取样短节10包括第一取样筒12、设置在第一取样筒上的第一压力表14以及设置在第一取样筒12两端的第一节流阀11、第三节流阀13；第一节流阀11、第三节流阀13通过高压密封螺纹组装在一起。
第二取样短节20包括第二取样筒21、设置在第二取样筒21上的第二压力表23以及设置在第二取样筒一端的第二节流阀22；同样，第二节流阀22与第二取样筒21也通过高压密封螺纹组装在一起。上述第二取样筒21与第一取样筒12的结构尺寸一样，都为两端敞开的管段。
第一连接头31的一端与第二节流阀22相连，另一端与第三节流阀13相连。第一连接头31为丝扣连接头，是一段很短的短节，两端为丝扣螺纹结构，第一连接头31与第二节流阀22、第三节流阀13通过高压密封螺纹组装在一起。
为方便人为调节控制腔内流体，第一节流阀11、第二节流阀22、第三节流阀13可以为手动节流阀。
当泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置仅包括一个第一取样短节10与一个第二取样短节20。此时，第一取样短节为一级取样短节，第二取样短节为二级取样短节。
请参照图2，在本发明的另一实施例中，第一取样短节10可以至少为两个，相邻两个第一取样短节之间通过第二连接头32相连。例如，第一取样短节10为两个，此时，两个第一取样短节10分别为一级取样短节、二级取样短节，而第二取样短节则为三级取样短节，以此类推。
第二连接头32的一端与第一取样短节的第三节流阀相连，另一端与相邻第一取样短节的第一节流阀相连。
在具体使用时，如图3所示，将本发明提供的泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置安装在被检测流体流经的高压管线40上，高压管线是有旁通阀41的接口，这样便于安装和控制高压流体。整个装置的所有内腔、阀体结构、连接丝扣及全部材质都要满足承受上述与之连接的高压管线压力的要求，严格遵守压力容器相关设计要求。安装前要保证本装置上的所有节流阀完全敞开，压力表工作正常，旁通阀完全关闭，之后才能把本装置一端的节流阀通过丝扣或其他形式与高压管路旁通阀密封连接。
连接后，首先保证高压管路内有一定压力的、固定气液比例的泡沫水泥浆流动，然后缓慢打开旁通阀，将高压泡沫水泥浆流体导入连通的第一取样筒与第二取样筒，持续观测第二压力表的变化，当达到第二预设值时立即关闭与其连接的第二节流阀，隔离第二取样筒。立即再次观测第一取样筒上第一压力表的变化，当达到第一预设值时立即关闭与其连接的第一节流阀、第三节流阀，然后缓慢关闭旁通阀，拆卸下来整个装置。
保持装置上所有的节流阀(第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀)关闭，将第一取样短节、第二取样短节从第一连接头或第二连接头处卸下分离。
将第一取样短节、第二取样短节分别投入到不同温度的水池中，对第一取样短节、第二取样短节的泡沫水泥浆进行恒温水浴养护，期间连续测量第一取样短节、第二取样短节内的压力变化状况，并持续记录，绘制曲线，直至最后凝固成泡沫水泥石，压力接近于0，拆洗维护整个装置。
请参照图4、图5，将第一取样短节、第二取样短节从第一连接头或第二连接头处卸下分离，并将第一取样短节、第二取样短节分别投入到不同温度的水池(图中未显示)中，对第一取样短节、第二取样短节的泡沫水泥浆进行恒温水浴养护后，进行压力监测时，此时，还可以包括计算机50，与第一压力表14、第二压力表23相连。更具体地，第一压力表14、第二压力表23具有合适量程的压力表头和可供计算机采集的压力传感器，传感器通过信号线，减压力采集数据实时发送给计算机记录，便于实时监测管筒内腔的压力变化。
本发明还提供一种泡沫水泥浆候凝期间压力监测方法，包括步骤：
S1、将本发明实施例提供泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置与高压管路的旁通阀相连；
S2、将高压管路内的高压泡沫水泥浆流体导入泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置中的第一取样短节、第二取样短节内；
S3、当泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置中的第二压力表达到第二预设值时，关闭第二取样短节中的第二节流阀；
S4、当泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置中的第一压力表达到第一预设值时，关闭第一取样短节中的第一节流阀和第三节流阀；
每个第一取样短节或第二取样短节均可作为一级取样短节，当具有至少两个第一取样短节时，即该装置具有多级结构。例如，当该装置为三级结构，具有三级取样短节，即有两个第一取样短节时，此时，与旁通阀相连的第一取样短节为第一级取样短节，另一个第一取样短节为第二级取样短节，而第二取样短节为第三级取样短节。在关闭节流阀时，从第三级取样短节开始，需要逐级关闭各取样短节的两端节流阀。
S5、关闭旁通阀。
在本发明的一个实施例中，在关闭旁通阀即步骤S5之后，还包括步骤：
S6、将第一取样短节、第二取样短节分别投入到不同温度的水池中，并进行恒温水浴养护；
此时，若第一取样短节为至少两个，则不同的第一取样短节投入到不同温度的水池中。
S7、连续测量第一取样短节、第二取样短节内的压力，并据此绘制曲线。
可以通过计算机连续测量第一取样短节、第二取样短节内的压力。
下面辅以具体的实施例，进一步阐述本发明。
将二级结构的本装置接入20MPa的高压管路，取样后通过逐级憋压和分离，投入到75℃、55℃的水池中，能够一次性分别得到20MPa&75℃，15MPa55℃下的泡沫水泥浆候凝压力变化曲线。
将二级结构的本装置接入30MPa的高压管路，取样后通过逐级憋压和分离，能够一次性分别得到30MPa&85℃，25MPa&75℃，20MPa&65℃下的泡沫水泥浆候凝压力变化曲线。
泡沫水泥浆以其独特的低密度特性和压缩特性被广泛应用于石油的钻完井领域，泡沫水泥浆属于气液两相流范畴，密度随温度和压力变化敏感，为了揭示泡沫水泥浆体憋压候凝期间的压力变化规律，本发明提供了一种泡沫水泥浆憋压候凝期间的压力监测装置和方法，采用泄压缓冲式，能不断检测变密度浆体随压力的变化情况，能够得到不同气液比例下，不同温压下的泡沫水泥浆的压力变化规律，为井下不同气液比、不同温度和不同压力下的泡沫水泥浆的深入研究提供了可靠、安全的研究手段。
本发明提供的泡沫水泥浆憋压候凝期间的压力监测装置和方法，使用方法简单，可靠性高，操作安全；能够方便准确得到入井的泡沫水泥浆在不同温度和压力条件下候凝期间浆体内部压力变化状况，为施工设计参数提供了可靠的依据；本发明采用模块化设计和组装，易于加工，成本低廉，各部件尺寸灵活设计，灵活组合，能最大限度提供现场泡沫水泥浆施工的压力参考。
以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置，其特征在于，包括：通过第一连接头连接在一起的第一取样短节、第二取样短节，其中：
所述第一取样短节包括第一取样筒、设置在所述第一取样筒上的第一压力表以及设置在所述第一取样筒两端的第一节流阀、第三节流阀；
所述第二取样短节包括第二取样筒、设置在所述第二取样筒上的第二压力表以及设置在所述第二取样筒一端的第二节流阀；
所述第一连接头的一端与所述第二节流阀相连，另一端与所述第三节流阀相连。
2.根据权利要求1所述泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置，其特征在于，所述第一压力表包括第一压力传感器，所述第二压力表包括第二压力传感器。
3.根据权利要求2所述泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置，其特征在于，还包括计算机，与所述第一压力传感器、第二压力传感器相连。
4.根据权利要求1所述泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置，其特征在于，第一取样短节至少为两个，相邻两个所述第一取样短节之间通过第二连接头相连。
5.根据权利要求4所述泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置，其特征在于，所述第二连接头的一端与所述第一取样短节的第三节流阀相连，另一端与相邻所述第一取样短节的第一节流阀相连。
6.根据权利要求1所述泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置，其特征在于，所述第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀为手动节流阀。
7.一种泡沫水泥浆候凝期间压力监测方法，其特征在于，包括步骤：
将如权利要求1至6任一所述泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置与高压管路的旁通阀相连；
将所述高压管路内的高压泡沫水泥浆流体导入所述泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置中的第一取样短节、第二取样短节内；
当所述泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置中的第二压力表达到第二预设值时，关闭所述第二取样短节中的第二节流阀；
当所述泡沫水泥浆候凝期间压力监测装置中的第一压力表达到第一预设值时，关闭所述第一取样短节中的第一节流阀和第三节流阀；
关闭所述旁通阀。
8.根据权利要求7所述泡沫水泥浆候凝期间压力监测方法，其特征在于，关闭所述旁通阀之后，还包括：
将所述第一取样短节、第二取样短节分别投入到不同温度的水池中，并进行恒温水浴养护；
连续测量所述第一取样短节、第二取样短节内的压力，并据此绘制曲线。
9.根据权利要求8所述泡沫水泥浆候凝期间压力监测方法，其特征在于，通过计算机连续测量所述第一取样短节、第二取样短节内的压力。
10.根据权利要求7所述泡沫水泥浆候凝期间压力监测方法，其特征在于，若所述第一取样短节为至少两个，则不同的第一取样短节投入到不同温度的水池中。
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