CN110487668B - 泡沫水泥密度随压力变化的检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种泡沫水泥密度随压力变化的检测装置及其方法，该装置包括高压取样短节和泄压排放短节，高压取样短节包括高压取样管、连接在高压取样管两端的第一节流阀和第二节流阀；泄压排放短节包括与第二节流阀相连的泄压排放管以及连接在泄压排放管上的泄压阀。该方法包括：将泡沫水泥密度随压力变化的检测装置的第一节流阀安装到高压管线的旁通阀上后，将高压泡沫水泥浆流体导入高压取样腔体内；获取高压取样腔体内的压力以及高压取样腔体内的高压泡沫水泥浆流体的质量；并结合高压取样腔体的内容积计算高压泡沫水泥浆流体在压力P下的密度；释放部分高压取样腔体的压力后，重新计算密度。本发明能够得到泡沫水泥浆流体随压力变化的密度。

Description

泡沫水泥密度随压力变化的检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及泡沫水泥密度随压力变化规律的技术领域，尤其涉及一种泡沫水泥密度随压力变化的检测装置及其检测方法。

背景技术

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，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压力下的泡沫水泥浆密度，才能较好地采取合适的工艺措施，达到较好的施工效果。

中国专利公开文献CN101526445A以及CN202676565U都只能测量固定压力下的密度，不能测量不同压力下泡沫水泥浆和水泥石的密度。

中国专利公开文献CN102539280A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。

美国专利公开文献US5974858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，目前专门针对测量泡沫水泥浆密度的成熟的装置和设备还未见到，开发可以测量泡沫水泥浆密度的成熟的装置是本领域的紧急任务。

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。

本发明提供一种泡沫水泥密度随压力变化的检测装置，包括高压取样短节和泄压排放短节，其中：

所述高压取样短节包括高压取样管以及连接在所述高压取样管两端的第一节流阀和第二节流阀；

所述泄压排放短节包括与所述第二节流阀相连的泄压排放管以及连接在所述泄压排放管上的泄压阀。

在本发明的一个实施例中，所述泡沫水泥密度随压力变化的检测装置包括：

第一压力测量仪器，装设在所述高压取样管上；

第二压力测量仪器，装设在所述泄压排放管上。

在本发明的一个实施例中，所述第一节流阀和/或所述第二节流阀为手动式节流阀。

本发明还提供一种利用本发明任一实施例所述的泡沫水泥密度随压力变化的检测装置实现的泡沫水泥密度随压力变化的检测方法，包括步骤：

S1、将所述泡沫水泥密度随压力变化的检测装置的第一节流阀安装到高压管线的旁通阀上，此时，所述泡沫水泥密度随压力变化的检测装置的第一节流阀、第二节流阀、泄压阀处于关闭状态；

S2、打开所述旁通阀、第一节流阀，将高压泡沫水泥浆流体导入由所述高压取样管、第一节流阀和第二节流阀围成的高压取样腔体内；

S3、获取所述高压取样腔体内的压力，记为P；

S4、获取所述高压取样腔体内的高压泡沫水泥浆流体的质量，记为M；

S5、计算所述高压泡沫水泥浆流体在压力P下的密度ρ，ρ＝M/V；其中，V为所述高压取样腔体的内容积；

S6、释放部分所述高压取样腔体的压力；

重复步骤S3至S6，直至所述高压取样腔体的压力接近或等于预设阈值。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S2包括：

开启所述旁通阀及所述第一节流阀，确保所述高压泡沫水泥浆流体完全充满所述高压取样腔体并达到腔内压力与高压管线的压力平衡后，缓慢完全关闭所述第一节流阀和所述旁通阀。

在本发明的一个实施例中，关闭所述第一节流阀和所述旁通阀之后，还包括：

将所述第一节流阀与所述旁通阀分离。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S4包括：

获取高压取样腔体与泄压排放腔体的总质量，记为m₀；其中，所述泄压排放腔体由所述第二节流阀、泄压排放管、泄压阀围合而成；

获取导入所述高压泡沫水泥浆流体后的高压取样腔体与泄压排放腔体的总质量，记为m₁；

所述高压取样腔体内的高压泡沫水泥浆流体的质量M＝m₁-m₀。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S6包括：

缓慢开启所述第二节流阀，待所述高压取样腔体内的压力到达预设值后，关闭所述第二节流阀；

缓慢开启所述泄压阀释放其内压力至大气压后，卸掉泄压排放短节，清除掉其内流体，完全关闭泄压阀，重新组装上泄压排放短节。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S6中的预设阈值为0～P。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S6之后，还包括：根据若干不同压力下的所述高压泡沫水泥浆流体的密度，绘制所述高压泡沫水泥浆流体的密度变化曲线。

本发明提供了一种泡沫水泥密度随压力变化的检测装置及其检测方法，结构简单、使用方便、能够得到不同气液比例下，不同压力下泡沫水泥浆流体的密度。

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密度随压力变化的检测装置的结构示意图。

图2为图1所示的泡沫水泥密度随压力变化的检测装置安装到高压管线的示意图。

图3为本发明实施例的泡沫水泥密度随压力变化的检测方法的流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种泡沫水泥密度随压力变化的检测装置，包括高压取样短节10和泄压排放短节20，其中：

高压取样短节10包括高压取样管13以及连接在高压取样管两端的第一节流阀11和第二节流阀12；高压取样管13为中空管状，为了方便人为调节控制高压取样管13内的流体，第一节流阀11和/或第二节流阀12可以为手动式节流阀，也就是说可以在第一节流阀11和/或第二节流阀12上设置手柄，当然采用其他的节流阀亦不会影响本发明的实施。高压取样管13、第一节流阀11、第二节流阀12相互之间都是通过高压密封螺纹组装在一起。第一节流阀11、第二节流阀12与高压取样管13围成高压取样腔体。

泄压排放短节20包括与第二节流阀12相连的泄压排放管21以及连接在泄压排放管上的泄压阀22。泄压排放管21为中空管状，一端为敞口。用于通过高压密封螺纹与高压取样短节组装，另一端连接泄压阀22，该泄压阀22可以为手动泄压阀，以手动调节开度安全泄压。第二节流阀12、泄压排放管21、泄压阀22围合成泄压排放腔。

此外，高压取样短节10上连接有测量高压取样腔体内压力的第一压力测量仪器14。该第一压力测量仪器可选择现有技术中通常测量压力的仪器设备，本发明的一个选择是压力表。泄压排放短节20连接有测量泄压排放腔体内压力的第二压力测量仪器23。该第二压力测量仪器23可选择现有技术中通常测量压力的仪器设备，本发明的一个选择是压力表。

在本发明的另一实施例中，还包括计算机，与第一压力测量仪器14以及第二节流阀12相连，计算机用于根据接收到的第一压力测量仪器14的压力值控制第二节流阀12的开关，以更精准地获取预设压力值并计算该压力下的高压泡沫水泥浆流体的密度。

如图2所示，在使用本发明实施例提供的泡沫水泥密度随压力变化的检测装置时，先要保证内腔干净，无残留其他的杂物，将整个装置按照上述结构牢固连接组装完毕，然后将本装置安装在被检测流体流经的高压管线30上，高压管线30上设有旁通阀的接口，旁通阀31连接在该接口上，便于安装和控制高压流体，更具体地，在安装时，将第一节流阀11连接在旁通阀31上。本实施例中，第一节流阀11和第二节流阀12上设置手柄，可以手动调节。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第一节流阀、第二节流阀和泄压阀完全关闭，第一压力测量仪器、第二压力测量仪器工作正常且为0，旁通阀完全关闭，之后才能把本装置通过丝扣与旁通阀密封连接。

如图3所示，本发明还提供一种泡沫水泥密度随压力变化的检测方法，可以利用本发明任一实施例提供的泡沫水泥密度随压力变化的检测装置实现，具体包括步骤：

S1、将本发明任一实施例提供的泡沫水泥密度随压力变化的检测装置的第一节流阀安装到高压管线的旁通阀上；

安装前要保证该泡沫水泥密度随压力变化的检测装置上的第一节流阀、第二节流阀和泄压阀完全关闭，即处于关闭状态，第一压力测量仪器、第二压力测量仪器工作正常且为0，旁通阀完全关闭，之后才能把本装置的第一节流阀通过丝扣与旁通阀密封连接。

S2、打开所述旁通阀、第一节流阀，将高压泡沫水泥浆流体导入由所述高压取样管、第一节流阀和第二节流阀围成的高压取样腔体内；

首先保证高压管线内有一定压力的，固定气液比例的泡沫水泥浆流动，然后缓慢完全打开高压管线上的旁通阀，缓慢完全打开后面的第一节流阀，将高压泡沫水泥浆流体导入高压取样腔体，确保完全充满高压取样腔体并达到腔内压力与高压管线压力平衡后缓慢完全关闭上述第一节流阀和旁通阀，此时高压取样短节连接的第一压力测量仪测得的压力为P1，泄压排放短节连接的第二压力测量仪测得的压力为0，最后可以将整个装置从旁通阀处分离，即将第一节流阀与旁通阀分离。

S3、获取高压取样腔体内的压力，记为P；

高压取样腔体内的压力可以由第一压力测量仪器直接读出。

S4、获取高压取样腔体内的高压泡沫水泥浆流体的质量，记为M；

更具体地，先获取所述高压取样腔体与泄压排放腔体的总质量，记为m₀；此时高压取样腔体内还没有高压泡沫水泥浆流体，也就是说，高压取样腔体与泄压排放腔体的总质量m₀可以在步骤S1之前获取。再获取导入所述高压泡沫水泥浆流体后的高压取样腔体与泄压排放腔体的总质量，记为m₁；最后，高压取样腔体内的高压泡沫水泥浆流体的质量M＝m₁-m₀。其中，高压取样腔体由第一节流阀、第二节流阀与高压取样管围成；泄压排放腔体由第二节流阀、泄压排放管、泄压阀围合而成。可见高压取样腔体与泄压排放腔体包括第一节流阀、第二节流阀、高压取样管、泄压排放管、泄压阀。

S5、计算高压泡沫水泥浆流体在压力P下的密度ρ，ρ＝M/V；其中，V为高压取样腔体的内容积；

S6、释放部分高压取样腔体的压力。

更具体地，先缓慢开启所述第二节流阀，待所述高压取样腔体内的压力到达预设值后，关闭所述第二节流阀；其中，高压取样腔体内的压力可以由装设在高压取样管上的第一压力测量仪器直接读出。再缓慢开启所述泄压阀释放其内压力至大气压后，卸掉泄压排放短节，即将高压取样短节与泄压排放短节分离，清除掉其内流体，完全关闭泄压阀，重新组装上泄压排放短节。

S7、判断高压取样腔体的压力是否接近或等于预设阈值，若是，则进入步骤S8，若否，则返回步骤S3。

一般地，当高压取样腔体的压力接近或等于预设阈值时，就可以结束进程，该预设阈值可以是取自0～P的任意值。在具体操作时，步骤S6中每次释放的压力可以是一定值，也可以是预设范围内的任意值。也就是说，是通过逐步泄压直至高压取样腔体的压力是否接近或等于预设阈值的。

S8、结束进程。

此外，在本发明的另一实施例中，在步骤S8之前，还可以包括：根据若干不同压力下的高压泡沫水泥浆流体的密度，绘制高压泡沫水泥浆流体的密度变化曲线。

在具体使用时，可以将本发明实施例提供的泡沫水泥密度随压力变化的检测装置接入20MPa的高压管线，取样后，采用本发明实施例提供的泡沫水泥密度随压力变化的检测方法通过逐步泄压和测量计算，能够分别一次性得到20MPa，18MPa，16MPa，14MPa，12MPa，10MPa，8MPa，6MPa，4MPa，2MPa下的泡沫水泥浆密度值。

此外，将本发明实施例提供的泡沫水泥密度随压力变化的检测装置接入20MPa的高压管线，取样后，关闭两个节流阀与旁通阀，将该泡沫水泥密度随压力变化的检测装置从高压管线分离，将高压取样短节独立整体卸下，80摄氏度水浴养护，憋压静置候凝72小时，待泡沫水泥浆成为水泥石后，卸掉两端的节流阀，只留下高压取样腔体管段，通过取芯，将泡沫水泥石取出，能够得到20MPa下该泡沫水泥石养护模块，可进行后期力学性能、微观结构等方面的深入研究。

本发明公开了一种泡沫水泥密度随压力变化的检测装置及其检测方法，可以检测泡沫水泥浆随压力变化而导致密度变化，为不同气液比、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密度随压力变化的检测装置易于加工，成本低廉，能够方便准确得到入井的泡沫水泥浆在不同压力下的密度变化规律，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，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。本发明提供的泡沫水泥密度随压力变化的检测方法简单，可靠性高，操作安全。

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 (8)

1.一种泡沫水泥密度随压力变化的检测方法，其特征在于，所述方法利用泡沫水泥密度随压力变化的检测装置实现，所述装置包括高压取样短节和泄压排放短节，所述高压取样短节包括高压取样管以及连接在所述高压取样管两端的第一节流阀和第二节流阀；所述泄压排放短节包括与所述第二节流阀相连的泄压排放管以及连接在所述泄压排放管上的泄压阀；

所述方法包括步骤：

S1、将第一节流阀安装到高压管线的旁通阀上，此时，所述第一节流阀、第二节流阀、泄压阀处于关闭状态；

S2、打开所述旁通阀、第一节流阀，将高压泡沫水泥浆流体导入由所述高压取样管、第一节流阀和第二节流阀围成的高压取样腔体内，使得腔内压力与高压管线的压力平衡；

S3、获取所述高压取样腔体内的压力，记为P；

S4、获取所述高压取样腔体内的高压泡沫水泥浆流体的质量，记为M；

S5、计算所述高压泡沫水泥浆流体在压力P下的密度ρ，ρ＝M/V；其中，V为所述高压取样腔体的内容积；

S6、释放部分所述高压取样腔体的压力；

重复步骤S3至S6，直至所述高压取样腔体的压力等于预设阈值；

所述步骤S4包括：

获取所述高压取样腔体与泄压排放腔体的总质量，记为m₀；其中，所述泄压排放腔体由所述第二节流阀、泄压排放管、泄压阀围合而成；

获取导入所述高压泡沫水泥浆流体后的高压取样腔体与泄压排放腔体的总质量，记为m₁；

所述高压取样腔体内的高压泡沫水泥浆流体的质量M＝m₁-m₀。

2.根据权利要求1所述的泡沫水泥密度随压力变化的检测方法，其特征在于，所述泡沫水泥密度随压力变化的检测装置包括：

第一压力测量仪器，装设在所述高压取样管上；

第二压力测量仪器，装设在所述泄压排放管上。

3.根据权利要求2所述的泡沫水泥密度随压力变化的检测方法，其特征在于，所述第一节流阀和/或所述第二节流阀为手动式节流阀。

4.根据权利要求3所述泡沫水泥密度随压力变化的检测方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

开启所述旁通阀及所述第一节流阀，确保所述高压泡沫水泥浆流体完全充满所述高压取样腔体，并达到腔内压力与高压管线的压力平衡后，缓慢完全关闭所述第一节流阀和所述旁通阀。

5.根据权利要求4所述泡沫水泥密度随压力变化的检测方法，其特征在于，关闭所述第一节流阀和所述旁通阀之后，还包括：

将所述第一节流阀与所述旁通阀分离。

6.根据权利要求3所述泡沫水泥密度随压力变化的检测方法，其特征在于，所述步骤S6包括：

缓慢开启所述第二节流阀，待所述高压取样腔体内的压力到达预设值后，关闭所述第二节流阀；

缓慢开启所述泄压阀释放其内压力至大气压后，卸掉泄压排放短节，清除掉其内流体，完全关闭泄压阀，重新组装上泄压排放短节。

7.根据权利要求3所述泡沫水泥密度随压力变化的检测方法，其特征在于，所述预设阈值大于等于0、小于P。

8.根据权利要求3所述泡沫水泥密度随压力变化的检测方法，其特征在于，所述步骤S6之后，还包括：根据若干不同压力下的所述高压泡沫水泥浆流体的密度，绘制所述高压泡沫水泥浆流体的密度变化曲线。

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