CN112710586B - 水泥胶化仪及其控制方法 - Google Patents

水泥胶化仪及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112710586B
CN112710586B CN202011497735.1A CN202011497735A CN112710586B CN 112710586 B CN112710586 B CN 112710586B CN 202011497735 A CN202011497735 A CN 202011497735A CN 112710586 B CN112710586 B CN 112710586B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cement
pressure
cup
booster pump
slurry
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
Application number
CN202011497735.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112710586A (zh
Inventor
胡耀宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenyang Jinouke Petroleum Instrument Technology Development Co ltd
Original Assignee
Shenyang Jinouke Petroleum Instrument Technology Development Co ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenyang Jinouke Petroleum Instrument Technology Development Co ltd filed Critical Shenyang Jinouke Petroleum Instrument Technology Development Co ltd
Priority to CN202011497735.1A priority Critical patent/CN112710586B/zh
Publication of CN112710586A publication Critical patent/CN112710586A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112710586B publication Critical patent/CN112710586B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/14—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by using rotary bodies, e.g. vane
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0019—Compressive

Abstract

一种水泥胶化仪及其控制方法，水泥胶化仪水泥胶化仪，包括浆杯、浆杯盖、密封活塞、搅拌叶、加热套、增压泵、扭矩检测机构和中控器，所述中控器与所述加热套、所述增压泵、所述搅拌叶和所述扭矩检测机构电连接。本发明的水泥胶化仪及其控制方法，将加热套和增压泵集成到浆杯上，并能够同时完成对水泥的稠化时间、静胶凝强度和抗压强度的检测，仅使用一份水泥浆就能够精准监测和记录水泥的稠化变化曲线和静胶凝强度曲线，精准测量水泥和套管壁的胶结强度，并计算出水泥抗压强度，可靠性高，使用维护简单。

Description

水泥胶化仪及其控制方法
技术领域
本发明涉及水泥检测设备技术领域，特别地涉及一种水泥胶化仪及其控制方法。
背景技术
石油及天然气井的固井水泥浆主要用于：1、封隔不同压力源的井下流体，防止油、气、水窜槽；2、固结套管和地层，达到支撑套管和井口装置的目的。
固井水泥浆过早稠化，固井泵就没有足够的时间把水泥浆泵送到套管环空，引起作业施工；如果稠化时间过长，水泥达到规定强度所需的时间就需要很长，浪费很多候凝时间，高温高压稠化仪是模拟固井水泥在井下环境凝固过程，评价固井水泥稠度从流动状态到不能流动的所需时间的必要仪器。传统的稠化仪通过油为加温加压介质，釜体与浆杯是两个组件，体积大，浆杯体积约600ml；有电位计、浆杯隔膜片、油过滤器、冷却器等组件，操作复杂，维护麻烦：浆杯搅拌轴与电位计联结块每次试验都要重新定位和固定，稍有误差就无法正确测量稠度；浆杯隔膜片组件多，安装复杂，O圈安装过紧，测得的稠度虚高，过松则容易漏浆；电位计在高温高压釜体中，易损件多，需经常校正；油路复杂，进油慢、容易堵，需经常清洁过滤器；需要一定压力的冷却水源，冷却速度慢。
固井水泥浆的静胶凝强度从48Pa到240Pa所需时间过长，水泥浆抵抗油、气、水窜的能力就低，容易造成层间封隔不良，高温高压静胶凝强度仪是测量过渡时间的仪器。传统的静胶凝强度有超声波法和搅拌剪切法。前者误差大，很难区分不同水泥浆防窜能力的大小；后者体积大，结构复杂、造价高。
硬化后，如果水泥环和套管、地层胶结强度低，抗压强度低，就难以支撑套管和井口装置，高温高压胶结强度仪和抗压强度仪是是模拟固井水泥在井下环境凝固过程，评价固井水泥硬化后水泥胶结强度和抗压强度是否足够的必要仪器。传统的胶结强度仪和抗压强度仪，通过水为加温加压介质，水泥浆杯和加温加压釜体是两个组件，体积大，每一个性能用一种仪器测量，操作复杂。
发明内容
本发明提供一种具有多种检测功能且可靠性高的水泥胶化仪及其控制方法，以解决现有技术中需要采用多种仪器对水泥进行测量而造成操作复杂且精度低的问题。
一种水泥胶化仪，包括：用于模拟水泥浆在井下温压条件胶化的温、压控制系统、用于测量和记录水泥浆稠度或静胶凝强度变化的测量系统和用于测量和记录水泥壁面胶结强度的液压顶出系统；
用于模拟水泥浆在井下温压条件胶化的温、压控制系统包括加热套、热电偶、中控器、盛装水泥浆的浆杯、密封活塞、搅拌叶、隔离盖、浆杯盖和增压泵；
用于测量和记录水泥浆稠度或静胶凝强度变化的测量系统包括：搅拌叶、连轴节、磁力轴、磁力马达和中控器；
用于测量和记录水泥壁面胶结强度的液压顶出系统包括：密封活塞、增压泵、高压管线和中控器，且在实验龄期结束后，泄压并拆卸马达、浆杯盖，在浆杯底部连接高压管线，并通过高压管线由增压泵进行供压，中控器记录顶出水泥柱时的最大压力，计算出胶结强度和抗压强度；
用于盛装水泥浆的浆杯，所述浆杯的顶面设置有开口，且所述浆杯内部构成用于容纳水泥浆的容纳腔；
浆杯盖，所述浆杯盖可拆卸的设置于所述开口处，且所述浆杯盖、所述水泥浆的水泥浆面及所述浆杯对应的内表面共同围成压力腔；
隔离盖，所述隔离盖设置于所述浆杯内，且所述隔离盖与所述浆杯盖共同对所述开口进行密封；
密封活塞，所述密封活塞设置于所述容纳腔的下方，且所述密封活塞与所述浆杯的底面及所述浆杯对应的内表面共同围成密封腔；
搅拌叶，所述搅拌叶设置于所述浆杯内，且所述搅拌叶能够对所述水泥浆进行搅拌；
加热套，所述加热套套设于所述浆杯的外侧面上；
热电偶，所述热电偶设置于所述密封活塞上；或所述热电偶设置于所述浆杯的底面上；
增压泵，所述增压泵所述压力腔和所述密封腔连通，且所述增压泵具有为所述压力腔提供压力的第一状态和为所述密封腔提供压力的第二状态；
所述增压泵与所述压力腔之间设置有第一通断机构，所述增压泵与所述密封腔之间设置有第二通断机构，且在所述增压泵处于所述第一状态时，所述第一通断机构连通，所述第二通断机构断开，在所述增压泵处于所述第二状态时，所述第一通断机构断开，所述第二通断机构连通；
所述浆杯上设置有第一排气阀，当所述增压泵处于所述第一状态时，所述第一排气阀切换至开启状态对所述压力腔进行排空，且当所述压力腔完成排空时，所述第一排气阀切换至关闭状态；
磁力马达，带动所述搅拌叶在所述浆杯内自由转动，且磁力马达能够获取所述搅拌叶的扭矩；
连轴节，所述磁力马达的磁力轴通过所述连轴节与所述搅拌叶的搅拌轴传动连接；
中控器，所述中控器与所述加热套、所述增压泵、所述搅拌叶和所述磁力马达电连接，且所述中控器能够根据所述磁力马达获取的扭矩计算获得所述水泥浆的稠度，并能够绘制水泥浆的稠度变化与时间的关系。
所述磁力马达的磁力轴上设置有连轴键，所述搅拌轴上设置有螺旋导入键槽，所述连轴键和所述螺旋导入键槽配合构成所述连轴节。
所述密封活塞与所述浆杯的内表面之间设置有用于防止热电偶采集的温度高于水泥浆的实际温度的隔热O圈。
一种上述的水泥胶化仪的控制方法，包括：
中控器控制所述加热套和增压泵模拟水泥浆的应用环境，并利用搅拌叶对水泥浆进行搅拌；
获取搅拌叶的扭矩和搅拌叶的搅拌时间，并根据扭矩和搅拌时间确定水泥浆稠度变化与时间的关系。
所述水泥胶化仪具有稠化时间检测模式和静胶凝强度检测模式：
在稠化时间检测模式中，所述搅拌叶以第一转速进行转动；
在静胶凝强度检测模式中，所述搅拌叶以第二转速进行转动；
所述第一转速大于所述第二转速。
在中控器控制所述加热套和增压泵(6)模拟水泥浆的应用环境中还包括：
获取水泥浆在应用环境中由井口至井底的时间t、井口温度T1、井底循环温度T2、井底静止温度T3和井底压力P1，并设定初始压力值P0；
所述中控器控制所述加热套将浆杯及水泥浆的温度在t时间段内由T1变化至T2，并在(a-t)的时间段内由T2变化至T3，a为计算常数；
所述中控器控制所述增压泵将压力腔内的压力在t时间段内由P0变化至P1。
所述初始压力值P0的数值范围为2Mpa至6Mpa。
所述控制方法还包括：
胶结强度检测模式：
在膨胀收缩检测模式结束后，压力腔泄压至大气压，并向密封腔内增压，记录膨胀收缩检测模式后获得的水泥柱由静止切换到移动时的压力值P2；
根据公式计算水泥的胶结强度P4；
P4＝P2*πR2/(2πR*H2)；
其中R为密封活塞的半径(水泥柱的半径)；H2为水泥柱的高度；
并根据公式计算水泥的抗压强度P5；
P5＝K*P4；
其中K为计算系数。
在所述水泥胶化仪切换至胶结强度检测模式时，将浆杯盖和隔离盖由浆杯上拆除，并所述增压泵切换至第二状态。
本发明的水泥胶化仪及其控制方法，将加热套和增压泵集成到浆杯上，并能够同时完成对水泥的稠化时间、静胶凝强度和抗压强度的检测，仅使用一份水泥浆就能够精准监测和记录水泥的稠化变化曲线和静胶凝强度曲线，精准测量水泥和套管壁的胶结强度，并计算出水泥抗压强度，可靠性高，使用维护简单。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。
图1是本发明的水泥胶化仪及其控制方法的实施例的水泥胶化仪的结构示意图。
图2是本发明的水泥胶化仪及其控制方法的实施例中所绘制的温压控制曲线和水泥膨胀收缩曲线；
图3是本发明的水泥胶化仪及其控制方法的实施例中所绘制的温压控制曲线和水泥静胶凝强度曲线示意图；
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
1、浆杯；2、浆杯盖；3、密封活塞；4、搅拌叶；5、加热套；6、增压泵；7、隔离盖。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图3所示，本发明的水泥胶化仪，包括：用于模拟水泥浆在井下温压条件胶化的温、压控制系统、用于测量和记录水泥浆稠度或静胶凝强度变化的测量系统和用于测量和记录水泥壁面胶结强度的液压顶出系统；
用于模拟水泥浆在井下温压条件胶化的温、压控制系统包括加热套5、热电偶、中控器、盛装水泥浆的浆杯1、密封活塞3、搅拌叶4、隔离盖7、浆杯盖2和增压泵6；
用于测量和记录水泥浆稠度或静胶凝强度变化的测量系统包括：搅拌叶4、连轴节、磁力轴、磁力马达和中控器；
记录水泥壁面胶结强度的液压顶出系统包括：密封活塞3、增压泵6、高压管线和中控器，且在实验龄期结束后，泄压并拆卸磁力马达、浆杯盖，在浆杯底部连接高压管线，并通过高压管线由增压泵进行供压，中控器记录顶出水泥柱时的最大压力，计算出胶结强度和抗压强度；
用于盛装水泥浆的浆杯1，所述浆杯1的顶面设置有开口，且所述浆杯1内部构成用于容纳水泥浆的容纳腔，其中浆杯1内的水泥浆的量(也可以看作是水泥浆进入浆杯1内的高度)能够根据实验需求进行选择控制；浆杯盖2，所述浆杯盖2可拆卸的设置于所述开口处，所述浆杯盖2与所述浆杯1之间密封设置，且所述浆杯盖2、所述水泥浆的水泥浆面及所述浆杯1对应的内表面共同围成压力腔，当向压力腔内部注入存在一定压力的水时，压力腔内的水能够直接将压力传递至水泥浆面上，从而完成对水泥浆的压力模拟；隔离盖，所述隔离盖7设置于所述浆杯内，且所述隔离盖和所述浆杯盖2共同对所述开口进行密封，保证压力腔内的密封程度，其中隔离盖能够与搅拌叶实现动态密封，保证压力腔的密封强度；密封活塞3，所述密封活塞3设置于所述容纳腔的下方，且所述密封活塞3与所述浆杯1的底面及所述浆杯1对应的内表面共同围成密封腔，密封活塞3能够带动水泥浆凝固后形成的水泥浆柱向浆杯盖2方向移动，优选的，密封活塞3的上表面直接接触水泥浆，下表面与浆杯1的底面贴合；搅拌叶4，所述搅拌叶4设置于所述浆杯1内，且所述搅拌叶4能够对所述水泥浆进行搅拌；加热套5，所述加热套5包覆于所述浆杯1的外侧壁上，能够对浆杯1及浆杯1内部的水泥浆的温度进行调节，从而实现模拟水泥所处环境温度的目的；热电偶，所述热电偶设置于所述密封活塞3上；或所述热电偶设置于所述浆杯1的底面上，利用加热套5对浆杯1、浆杯1内部的水泥浆及浆杯1内的水进行加热，从而以最优的形式模拟水泥所处的环境温度，并利用热电偶获取浆杯1及水泥浆的温度，从而实现精确控制；增压泵6，所述增压泵6所述压力腔和所述密封腔连通，且所述增压泵6具有为所述压力腔提供压力的第一状态和为所述密封腔提供压力的第二状态，当增压泵6处于第一状态时，压力腔内的压力增大，用于模拟水泥所处环境的压力，而当增压泵6处于第二状态时，密封腔内压力增大，能够推动密封活塞3向浆杯1的顶面方向移动，并且随着压力的逐渐增加，密封活塞3最终能够带动凝固后的水泥浆柱移动，从而确定水泥的胶结强度，所述增压泵与所述压力腔之间设置有第一通断机构，所述增压泵与所述密封腔之间设置有第二通断机构，且在所述增压泵处于所述第一状态时，所述第一通断机构连通，所述第二通断机构断开，在所述增压泵处于所述第二状态时，所述第一通断机构断开，所述第二通断机构连通；所述浆杯上设置有第一排气阀，当所述增压泵处于所述第一状态时，所述第一排气阀切换至开启状态对所述压力腔进行排空，且当所述压力腔完成排空时，所述第一排气阀切换至关闭状态，也即利用增压泵6将水泵入至压力腔内，与此同时第一排气阀打开，将压力腔内的空气排出，直至第一排气阀处有水流出(表明此时压力腔内已经完成排空)，然后关闭第一排气阀，继续利用增压泵6对压力腔内部进行增压；磁力马达，带动所述搅拌叶在所述浆杯内自由转动，且磁力马达能够获取所述搅拌叶的扭矩；连轴节，所述磁力马达的磁力轴通过所述连轴节与所述搅拌叶的搅拌轴传动连接，利用连轴节方便磁力马达的磁力轴和搅拌叶的搅拌轴的连接，同时方便搅拌叶贯穿隔离盖7和浆杯盖2后与磁力马达进行连接，优选的，所述磁力马达上设置有扭矩器，通过扭矩器能够获取磁力马达中磁力轴上的扭矩；中控器，所述中控器与所述加热套5、所述增压泵6、所述搅拌叶4和所述扭矩检测机构电连接，其中中控器能够根据水泥的具体应用环境对加热套5的参数、增压泵6的参数和搅拌叶的参数进行设定，并且能够获取搅拌叶的转速参数、扭矩检测机构的扭矩参数及增压泵6中的压力参数，并最终能够绘制水泥的稠度变化曲线和水泥静胶凝强度曲线及确定水泥浆柱产生移动时的最大压力(及胶结强度)，仅使用一份检测机构就能够精准监测和记录水泥的稠度变化曲线和水泥静胶凝强度曲线，精准测量水泥和套管壁的胶结强度，并计算出水泥抗压强度，可靠性高，使用维护简单，其中利用隔离盖替代橡胶薄膜组件，利用扭矩器检测的电流代替电位计的电压，其中图1中的虚线代表气路或电路。
浆杯和高温高压釜体一体化、小型化；顶部安装搅拌水泥浆和测量扭矩于一体的微型变速马达(磁力马达)；加热套直接加热浆杯；多联釜体共用温、压控制系统和数据采集系统；取消电位计、油过滤器、冷却水系统。
搅拌叶4包括搅拌轴和桨叶，且桨叶、搅拌轴和所述浆杯均与API标准件成比例，保证标定相同稠度的水泥浆与API标准仪器测得的稠度一致，使得相同配方的水泥浆在温度压力一样的情况下测得稠化时间与API标准仪器测得的基本一致，浆杯和搅拌叶与API标准件成比例缩小测量水泥稠度：浆杯和搅拌叶的外形尺寸与API标准件成比例缩小，马达的搅拌速度不变，标定相同稠度的水泥浆与API标准仪器测得的稠度一致，使得相同配方的水泥浆在温度压力一样的情况下测得稠化时间与API标准仪器测得的基本一致。
所述磁力马达的磁力轴上设置有连轴键，所述搅拌轴上设置有螺旋导入键槽，所述连轴键和所述螺旋导入键槽配合构成所述连轴节，利用螺旋导入键槽对连轴键进行导向，方便磁力马达和搅拌轴的安装，其中螺旋导入键槽与搅拌轴利用螺纹连接，方便对隔离盖的安装。
在使用时，将浆杯盖2和搅拌叶4由浆杯1上拆除，在浆杯1内放入适量的水泥浆(优选为120ml左右)，然后将浆杯盖2和隔离盖7密封设置在浆杯1的开口处，增压泵6切换至第一状态，第一排气阀打开对压力腔进行排空，当压力腔完成排空后，关闭第一排气阀，开始准备实验，在中控器内输入设定参数，并使中控器控制加热套5和增压泵6进行对应的操作，搅拌叶4开始搅拌，并中控器同时记录和/或绘制对应的图表进行记录，其中设定参数为水泥所需要应用的环境参数，其包括温度和压力。
一种上述的水泥胶化仪的控制方法，包括：
中控器控制所述加热套5和增压泵6模拟水泥浆的应用环境，并利用搅拌叶4对水泥浆进行搅拌；
获取搅拌叶4的扭矩和搅拌叶4的搅拌时间，并根据扭矩和搅拌时间确定水泥浆稠度变化与时间的关系。
所述水泥胶化仪具有稠化时间检测模式和静胶凝强度检测模式：
在稠化时间检测模式中，所述搅拌叶以第一转速进行转动；
在静胶凝强度检测模式中，所述搅拌叶以第二转速进行转动；
所述第一转速大于所述第二转速，利用不同转速实现不同的检测过程。
为了完整的模拟水泥的使用过程及使用环境的参数，在中控器控制所述加热套和增压泵模拟水泥浆的应用环境中还包括：
获取水泥浆由井口至井底的时间t、井口温度T1、井底循环温度T2、井底静止温度T3和井底压力P1，并设定初始压力值P0；
所述中控器控制所述加热套5将浆杯1及水泥浆的温度在t时间段内由T1变化至T2，并在(a-t)的时间段内由T2变化至T3，a为计算常数，优选的a为240s；
所述中控器控制所述增压泵6将压力腔内的压力在t时间段内由P0变化至P1。
所述初始压力值P0的数值范围为2Mpa至6Mpa，优选为3.5Mpa。
所述控制方法还包括：
胶结强度检测模式：
在膨胀收缩检测模式结束后，压力腔泄压至大气压，并向密封腔内增压，记录膨胀收缩检测模式后获得的水泥柱由静止切换到移动时的压力值P2，也即向密封腔内送入具有压力的液体(水)，测量和记录推动水泥柱移动的最大压力P2，
根据公式计算水泥的胶结强度P4；
P4＝P2*πR2/(2πR*H2)；
其中R为密封活塞3的半径；H2为水泥柱的高度；
并根据公式计算水泥的抗压强度P5；
P5＝b*P4；
其中b为计算系数(API标准强度值与ETA硬化仪胶结强度比值)。
在所述水泥胶化仪切换至胶结强度检测模式时，将浆杯盖2和隔离盖7由浆杯1上拆除，并所述增压泵6切换至第二状态。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (7)

1.一种水泥胶化仪，其特征在于，包括：用于模拟水泥浆在井下温压条件胶化的温、压控制系统、用于测量和记录水泥浆稠度或静胶凝强度变化的测量系统和用于测量和记录水泥壁面胶结强度的液压顶出系统；
用于模拟水泥浆在井下温压条件胶化的温、压控制系统包括加热套（5）、热电偶、中控器、盛装水泥浆的浆杯（1）、密封活塞（3）、搅拌叶（4）、隔离盖（7）、浆杯盖（2）和增压泵（6）；
用于测量和记录水泥浆稠度或静胶凝强度变化的测量系统包括：搅拌叶（4）、连轴节、磁力轴、磁力马达和中控器；
用于测量和记录水泥壁面胶结强度的液压顶出系统包括：密封活塞（3）、增压泵（6）、高压管线和中控器，且在实验龄期结束后，泄压并拆卸磁力马达、浆杯盖（2），在浆杯底部连接高压管线，并通过高压管线由增压泵（6）进行供压，中控器记录顶出水泥柱时的最大压力，计算出胶结强度和抗压强度；
用于盛装水泥浆的浆杯（1），所述浆杯（1）的顶面设置有开口，且所述浆杯（1）内部构成用于容纳水泥浆的容纳腔；
浆杯盖（2），所述浆杯盖（2）可拆卸的设置于所述开口处，且所述浆杯盖（2）、所述水泥浆的水泥浆面及所述浆杯（1）对应的内表面共同围成压力腔；
隔离盖（7），所述隔离盖（7）设置于所述浆杯（1）内，且所述隔离盖与所述浆杯盖（2）共同对所述开口进行密封；
密封活塞（3），所述密封活塞（3）设置于所述容纳腔的下方，且所述密封活塞（3）与所述浆杯（1）的底面及所述浆杯（1）对应的内表面共同围成密封腔；
搅拌叶（4），所述搅拌叶（4）设置于所述浆杯（1）内，且所述搅拌叶（4）能够对所述水泥浆进行搅拌；
加热套（5），所述加热套套设于所述浆杯（1）的外侧面上；
热电偶，所述热电偶设置于所述密封活塞（3）上；或所述热电偶设置于所述浆杯（1）的底面上；
增压泵（6），所述增压泵（6）与所述压力腔和所述密封腔均连通，且所述增压泵（6）具有为所述压力腔提供压力的第一状态和为所述密封腔提供压力的第二状态；
所述增压泵（6）与所述压力腔之间设置有第一通断机构，所述增压泵（6）与所述密封腔之间设置有第二通断机构，且在所述增压泵（6）处于所述第一状态时，所述第一通断机构连通，所述第二通断机构断开，在所述增压泵（6）处于所述第二状态时，所述第一通断机构断开，所述第二通断机构连通;
所述浆杯（1）上设置有第一排气阀，当所述增压泵（6）处于所述第一状态时，所述第一排气阀切换至开启状态对所述压力腔进行排空，且当所述压力腔完成排空时，所述第一排气阀切换至关闭状态;
磁力马达，带动所述搅拌叶（4）在所述浆杯（1）内自由转动，且磁力马达能够获取所述搅拌叶（4）的扭矩；
连轴节，所述磁力马达的磁力轴通过所述连轴节与所述搅拌叶的搅拌轴传动连接；
中控器，所述中控器与所述加热套（5）、所述增压泵（6）、所述搅拌叶（4）和所述磁力马达电连接，且所述中控器能够根据所述磁力马达获取的扭矩计算获得所述水泥浆的稠度，并能够绘制水泥浆的稠度变化与时间的关系。
2.根据权利要求1所述的水泥胶化仪，其特征在于：所述磁力马达的磁力轴上设置有连轴键，所述搅拌叶的搅拌轴上设置有螺旋导入键槽，所述连轴键和所述螺旋导入键槽配合构成所述连轴节。
3.根据权利要求1所述的水泥胶化仪，其特征在于：所述密封活塞与所述浆杯的内表面之间设置有用于防止热电偶采集的温度高于水泥浆的实际温度的隔热O圈。
4.一种权利要求1至3中任一项所述的水泥胶化仪的控制方法，其特征在于，包括：
中控器控制所述加热套（5）和增压泵（6）模拟水泥浆的应用环境，并利用搅拌叶对水泥浆进行搅拌；
获取搅拌叶的扭矩和搅拌叶的搅拌时间，并根据扭矩和搅拌时间确定水泥浆稠度变化与时间的关系；
所述水泥胶化仪具有稠化时间检测模式和静胶凝强度检测模式：
在稠化时间检测模式中，所述搅拌叶以第一转速进行转动；
在静胶凝强度检测模式中，所述搅拌叶以第二转速进行转动；
所述第一转速大于所述第二转速；
在中控器控制所述加热套（5）和增压泵（6）模拟水泥浆的应用环境中还包括：
获取水泥浆在应用环境中由井口至井底的时间t、井口温度T1、井底循环温度T2、井底静止温度T3和井底压力P1，并设定初始压力值P0；
所述中控器控制所述加热套（5）将浆杯（1）及水泥浆的温度在t时间段内由T1变化至T2，并在（a-t）的时间段内由T2变化至T3，a为计算常数；
所述中控器控制所述增压泵（6）将压力腔内的压力在t时间段内由P0变化至P1；
所述控制方法还包括：
胶结强度检测模式：
在水泥浆凝固后，压力腔泄压至大气压，并向密封腔内增压，记录膨胀收缩检测模式后获得的水泥柱由静止切换到移动时的压力值P2；
根据公式计算水泥的胶结强度P4；
P4=P2*πR2/（2πR*H2）；
其中R为密封活塞（3）的半径；H2为水泥柱的高度；
并根据公式计算水泥的抗压强度P5；
P5=K*P4；
其中K为计算系数。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述第一转速的范围为100rpm至200rpm；所述第二转速的范围为0.1°/min至0.5°/min。
6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述初始压力值P0的数值范围为2Mpa至6Mpa。
7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：在所述水泥胶化仪切换至胶结强度检测模式时，将浆杯盖（2）和隔离盖（7）由浆杯（1）上拆除，并所述增压泵（6）切换至第二状态。
CN202011497735.1A 2020-12-17 2020-12-17 水泥胶化仪及其控制方法 Active CN112710586B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011497735.1A CN112710586B (zh) 2020-12-17 2020-12-17 水泥胶化仪及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011497735.1A CN112710586B (zh) 2020-12-17 2020-12-17 水泥胶化仪及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112710586A CN112710586A (zh) 2021-04-27
CN112710586B true CN112710586B (zh) 2024-01-30

Family

ID=75544163

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011497735.1A Active CN112710586B (zh) 2020-12-17 2020-12-17 水泥胶化仪及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112710586B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1223458A (en) * 1984-06-08 1987-06-30 John R. Delorey Versatile pressurized consistometer/rheometer/fluid loss apparatus
SU1770827A1 (ru) * 1990-04-17 1992-10-23 Mo N Proizv Ob Neftegazavtomat Kohcиctometp
CN1570599A (zh) * 2004-04-27 2005-01-26 西南石油学院 变速增压式油井水泥浆稠度仪及其稠化时间的测量方法
CN201765223U (zh) * 2010-08-24 2011-03-16 沈阳泰格石油仪器设备制造有限公司 水泥浆体系综合评价仪
CN103245773A (zh) * 2013-04-19 2013-08-14 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
CN104153760A (zh) * 2014-07-22 2014-11-19 中国石油大学(华东) 油气井水泥环密封特性模拟测试装置与实验方法
CN206020216U (zh) * 2016-07-24 2017-03-15 沈阳金欧科石油仪器技术开发有限公司 一种增压稠化仪浆杯总成
CN106593414A (zh) * 2017-01-10 2017-04-26 中国石油大学(北京) 一种测试水泥环与套管胶结强度的实验装置及方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160305923A1 (en) * 2015-04-18 2016-10-20 PT3 Design Inc. Consistometer and Methods of Measuring Cement Slurry Consistency

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1223458A (en) * 1984-06-08 1987-06-30 John R. Delorey Versatile pressurized consistometer/rheometer/fluid loss apparatus
SU1770827A1 (ru) * 1990-04-17 1992-10-23 Mo N Proizv Ob Neftegazavtomat Kohcиctometp
CN1570599A (zh) * 2004-04-27 2005-01-26 西南石油学院 变速增压式油井水泥浆稠度仪及其稠化时间的测量方法
CN201765223U (zh) * 2010-08-24 2011-03-16 沈阳泰格石油仪器设备制造有限公司 水泥浆体系综合评价仪
CN103245773A (zh) * 2013-04-19 2013-08-14 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
CN104153760A (zh) * 2014-07-22 2014-11-19 中国石油大学(华东) 油气井水泥环密封特性模拟测试装置与实验方法
CN206020216U (zh) * 2016-07-24 2017-03-15 沈阳金欧科石油仪器技术开发有限公司 一种增压稠化仪浆杯总成
CN106593414A (zh) * 2017-01-10 2017-04-26 中国石油大学(北京) 一种测试水泥环与套管胶结强度的实验装置及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Measurement of mixed mode interfacial strengths with cementitious materials;Maryam Tabatabaei et al.;《Engineering Fracture Mechanics》;第1-19页 *
高温条件下的固井第一界面水力胶结强度实验研究;张万栋 等;《钻采工艺》;第42卷(第5期);第24-27页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112710586A (zh) 2021-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103245773B (zh) 固井用水泥浆体积变化测试仪及测试方法
US7240545B1 (en) Test apparatus for direct measurement of expansion and shrinkage of oil well cements
CA2878066C (en) Cement testing
US9459245B2 (en) Measurement of properties of sample of curing compositions under high pressure
US4691558A (en) Pressure pulse gelation test apparatus and method
CN110907334B (zh) 一种砾岩全直径岩心径向流油水相对渗透率测量装置及方法
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
CN103510944A (zh) 一种高温高压封堵/防吐模拟评价装置及其评价方法
CN109030318B (zh) 一种压力室结构和渗透率测试系统
CN108645753B (zh) 一种电力设备用油运动粘度及粘度指数全自动测定的装置及测定方法
CN108593701A (zh) 一种全自动凝点测定装置和方法
CN108827830A (zh) 一种高温高压钻井液流动性能测试装置及方法
CN112710586B (zh) 水泥胶化仪及其控制方法
CN114705715B (zh) 相变材料的测试装置及测试方法
CN208537347U (zh) 一种高温高压钻井液流动性能测试装置
CN104849149B (zh) 一种高分子保温材料高温静水压性能模拟试验方法
CN106124702B (zh) 高温高压下动态钻井液泥饼模拟评价仪
WO2021231916A1 (en) System and method for testing cement
CN112684109A (zh) 一种高温高压钻井液抑制性评价装置及其使用方法
CN105628600A (zh) 用于评价深井钻井液的润滑性能的实验装置与实验方法
CN111088977B (zh) 用于固井环空加压的实验装置及试验方法
CN208350347U (zh) 机械密封启停实验装置
CN112177591B (zh) 一种用于模拟油井水泥浆流动状态以及养护测试一体化的试验方法
CN105486609A (zh) 一种用于原油粘度测试的高温高压粘度测定仪
CN112903424B (zh) 一种一体化多功能岩土体热力性能原位测试仪

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant