CN2116902U - 多筒组合式水泥浆稳定性测试模 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种组合式双筒(或四筒)水 泥浆稳定性测试模，适于测试各种不同配方的油井水 泥浆在模拟地层高温高压真实条件下的重力沉降稳 定性。它由测试筒、浆筒帽、底座及带有凹槽的上下 盖板组合而成，测试筒为两个半圆黄铜管扣合，外部 用喉箍紧固，扣合部位形成一个主密封面和两个辅助 密封面，密封可靠，整套装置结构简单紧凑，能合理和 充分地利用通用水泥高温高压养护釜釜体容积，装拆 模操作方便并便于清洗，测试效率高。

Description

本实用新型涉及一种水泥浆稳定性测试模，特别是一种能模拟井下不同地层温度和压力条件的多筒组合式（双筒或四筒）水泥浆稳定性测试模。适用于测试各种不同配方的油井水泥浆在不同温度压力下的重力沉降稳定性，从而指导油气井固井作业（尤其是水平井）的水泥浆配方设计。

目前，国内还没有用于测定高温高压模拟地层真实条件的固井水泥浆稳定性测试手段，而只是沿用建筑水泥的试验方法，即在常温常压下或水浴中将试管内的水泥浆静置一段时间后，测定其顶部游离水的高度以衡量水泥浆的稳定性。由于温度压力与井下地层条件相差甚远，对某一水泥浆体系来说，表现出虽然游离水的测定值很小，但在高温高压下对固井质量产生不利影响的“自由水”却很大，因而所得的测定值不能直接用来指导固井水泥浆的配方设计。

国外目前也仅有英国石油公司（BP）使用一种单筒式水泥浆沉降管作为该公司内部水平井固井时的水泥浆沉降稳定性测试手段。这种单筒式沉降管是一根对剖分成两半的黄铜管，外部用喉箍箍住，下部以螺纹拧在黄铜底座上，两半黄铜管外的上端各焊有一个耳钩以便将沉降管放入养护釜内。这种结构的沉降管部分对合部分密封性能差，使用一段时间后密封容易失效，导致渗浆而发生凝固后不易脱模等不良现象，因而不能保证测试结果准确无误；同时，这种部分对合结构不易迅速准确地对合，也不易保证在养护釜内置放平稳，而且操作时易倾覆，因而使用不便；由于是单筒，每次只能作一种配方的水泥浆沉降稳定性试验，使测试结果带有局限性和偶然性；单筒结构也不能充分利用养护釜的容积，因而测试效率低。

本实用新型的任务是要提供一种可供油田固井水泥浆实验室及有关科研单位使用的，能模拟井下不同深度地层高温高压条件的多筒式（双筒或四筒）水泥浆稳定性测试模，经一次试验即可分别测试多筒（双筒或四筒）内水泥浆的稳定性。测试模整体尺寸符合通用的水泥高温高压养护釜釜体要求，既可对同一配方的水泥浆分别测出其自由水高度以消除单筒测试的局限性和偶然性，亦可对数种供选择的配方进行同一条件（即相同的温度和压力）下的稳定性测试比较，使测试结果更具科学性和可靠性。本实用新型根据国内通用的水泥养护釜釜体结构和尺寸设计，因而可最大限度地利用测试空间，提高测试效率，并可保证试模置放垂直、不易倾翻。本实用新型采用剖分扣合的密封方式，既可确保密封，又拆卸、对中方便，便于操作和清洗，整套装置结构简单紧凑。

本实用新型（双筒式）是以如下方式完成的：测试筒由两个半园形黄铜管扣合成光滑园筒，筒体采用黄铜材料有利于加工和温度的传导以使实验条件能准确控制。筒外上下以两个不锈钢喉箍将两半管紧固。扣合部位的形状为沿着园筒轴向，并以筒的对分剖面作为基准面，并从园筒横截面壁厚中心处，对应地将一个半管的一个扣合部位的外半壁加工成高于基准面的台阶，将另一个扣合部位的外半壁加工成低于基准面的台阶，另一半管则与之相反，使两半管对扣恰成一园筒形测试筒且两半管的内半壁扣合面就在基准面上，并分别形成一个主密封面和两个辅助密封面。当喉箍夹紧时，三面同时被挤紧以确保可靠地密封，并可方便地取出凝固后的水泥石而不致产生因密封不良而导致两半管接合部位渗浆凝结，使两半管粘连而脱模困难的缺陷。这种扣合结构也便于定位和拆模，当扣合时可防止两半管互相错开，拆模时只需将两半管沿侧向错动即可轻松地脱模并可保证试块完整和测试精确。测试筒上端有一浆筒帽，可防止水泥柱顶部受到干扰；浆筒帽有两种结构，一种是帽内顶部沿直径开有一道横槽，槽两端分别与帽沿内侧开的两道纵槽连通，另一种是帽内顶部仅有沿直径开的一道横槽，槽两端直接与外部连通。这两种结构的浆筒帽，既可将养护釜内的压力通过养护液传递给筒内的水泥浆，又不致产生养护液与筒内水泥浆之间的混浆现象，还便于清除槽内残余的水泥颗粒。浆筒帽与测试筒之间为滑动配合装配，既有一定密封性又便于取、盖筒帽。测试筒下端有两半管扣合后整体加工而成的螺纹，可与底座连接，筒与底座之间有一黄铜密封垫以防止水泥浆泄漏。浆筒帽和底座材料为黄铜制成。浆筒帽上面和底座下面各有一个盖板，盖板用不锈钢制成，可防止其在高温高压条件下使用时产生锈蚀，以延长使用寿命。两盖板长条形的对角线与养护釜釜体内直径相同，盖板的两短边加工成两段园弧恰与釜体内壁相吻合，可保证试模居中安放。下盖板比上盖板略窄，以免触及位于釜体下部两旁的冷却盘管，底部还有四个支脚可使试模座放平稳。上盖板的下面与浆筒帽连接处和下盖板的上面与底座连接处均对称加工有两个与浆筒帽及底座外形相同的凹槽，测试筒上的浆筒帽和底座则分别嵌于上、下盖板的凹槽之中，两端带有螺纹的中空的连接螺杆穿过上下两盖板，下端拧入下盖板的螺纹孔内，上端在上盖板上以紧固螺母将上盖板、浆筒帽、测试筒、底座及下盖板连成一个整体，组成测试模总成。在上、下盖板的中心部位均钻有园孔，当测试模放入养护釜内时，园孔的位置恰与釜盖上的热电偶插孔对正。连接螺杆的空腔可允许热电偶通过釜盖上的热电偶插孔方便地插入杆内。连接螺杆的材料为不锈钢制成。连接螺杆的上端可用螺纹连接一专用手柄以便将装浆后的测试模总成置于养护釜釜体内或由釜体内取出。卸下手柄即可盖上釜盖。实验完毕后，用专用手柄取出测试模总成，取下手柄，卸开紧固螺母和喉箍即可分别拆模，既易于装拆和操作，又便于清洗。

使用时，装有水泥浆的测试模置入养护釜内，按给定实验条件加温加压养护至预定时间后取出测试模总成，拆模后即可分别测试各测试筒内水泥试块的高度，其高度与测试筒筒高之差即为自由水高度。自由水高度越小则稳定性越好，反之亦然。同时还可将取出的水泥柱切片制备成多个小段并测定其密度值以分析其密度之差及密度变化情况，密度差越小稳定性越好，反之亦然。

本实用新型也可根据需要制成四筒式水泥浆稳定性测试模。四筒式试模的上盖板下面对称加工有四个浆筒帽凹槽，下盖板上面对称加工有四个筒底座凹槽，以便嵌放四个有浆筒帽及底座的测试筒。上盖板中心位置钻有园孔并车有螺纹，当测试模总成放入养护釜内时，园孔的位置恰与釜盖上的热电偶插孔对正，热电偶可穿过园孔插入釜内。园孔上的螺纹可用来连接专用手柄。上、下盖板的两旁也对称加工有两个园孔，两端带有螺纹的连接螺杆下端可拧入下盖板的螺纹孔，上端穿过上盖板上的园孔并以紧固螺母将上盖板、浆筒帽、测试筒、底座及下盖板连成一个整体组成测试模总成，这种连接方式既便于加工又可保证可靠连接，使测试模总成更加稳固。

以下将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。

附图1是本实用新型（双筒式）的一种具体结构的安装示意图。

附图2是本实用新型（四筒式）的一种具体结构的安装示意图。

附图3是本实用新型仅有横槽与外部直通的浆筒帽结构示意图。

附图4是本实用新型横纵槽连通的浆筒帽结构示意图。

附图5是本实用新型测试筒及扣合部位结构安装示意图。

参照附图1，双筒式测试模上有两个测试筒（5），测试筒（5）由两个在扣合部位加工成台阶形的半铜管扣合而成，测试筒（5）外部以上下两个不锈钢喉箍（7）紧固。浆筒帽（8）以滑动配合装配在测试筒（5）的上部。测试筒（5）以螺纹与底座（4）连接。测试筒（5）与底座（4）之间加有黄铜密封垫（3）。上盖板（9）和下盖板（2）的对角线与养护釜釜体内径相同，两盖板（9）、（2）的短边均加工成与釜体内壁形状一致的园弧，下盖板（2）比上盖板（9）略窄，底部有四个支脚（1）。上盖板（9）的下面和下盖板（2）的上面分别加工有与浆筒帽（8）和底座（4）外形尺寸都一致的凹槽各两个，与测试筒（5）连在一起的浆筒帽（8）和底座（4）正好嵌放在上盖板（9）和下盖板（2）的凹槽中。在上盖板（9）和下盖板（2）相同的中心部位分别加工有园孔和螺纹孔，两端带有螺纹的中空的连接螺杆（6）的下端拧入下盖板（2）的螺纹孔内，上端穿过上盖板（9）上的园孔以紧固螺母（10）从上至下将上盖板（9）、浆筒帽（8）、测试筒（5）、底座（4）和下盖板（2）连成一个整体。中空的连接螺杆（6）空腔内可插入热电偶，上部有连接螺纹与专用手柄（11）相连。

参照附图2，四筒式测试模的上盖板（9）的下面和下盖板（2）的上面分别加工有与浆筒帽（8）和底座（4）外形尺寸都一致的凹槽各四个。上盖板（9）的中心部位钻有园孔，热电偶可插入此孔中，孔内加工有螺纹可用以连接专用手柄（11）。上、下盖板（9）、（2）的两旁对称各钻有两个园孔，下盖板（2）的园孔车有螺纹。两根双头连接螺杆（6）下端拧入下盖板（2）的螺纹孔内，上端穿过上盖板（9）上的园孔并以紧固螺母（10）将上盖板（9）、浆筒帽（8）、测试筒（5）、底座（4）和下盖板（2）连成一个整体。

参照附图3，浆筒帽内顶部沿直径开有一道横槽，两端直接与帽外连通。

参照附图4，浆筒帽内顶部沿直径开有一道横槽（A），分别与帽沿内侧开的两道纵槽（B）、（C）连通。

参照附图5，测试筒由两个半铜管（1）、（2）扣合而成，扣合部位呈台阶形并形成（A）、（B）、（C）三个密封面，内侧密封面（A）为主密封面，（B）、（C）为辅助密封面。测试筒与底座相连接的螺纹为两个半铜管（1）、（2）扣合成一整体后再车制而成。

在安装使用时，应在与水泥浆接触的测试筒（5）内表面涂一层润滑脂（软黄油），涂脂要薄而均匀；在测试筒（5）的三个密封面（A）、（B）、（C）上以及下部与底座（4）连接的螺纹处分别涂一层密封脂（硬黄油），在安装并拧紧喉箍（7）后应将测试筒（5）内表面挤出的残余硬黄油擦拭掉。

Claims (7)

1、一种由上盖板(9)、浆筒帽(8)、测试筒(5)、底座(4)、密封垫(3)、下盖板(2)、连接杆(6)和专用手柄(11)组成的多筒组合式(双筒或四筒)水泥浆稳定性测试模，其特征在于：测试筒(5)由两个喉箍(7)将两个半铜管在管外紧固扣合成一光滑园筒，筒下部的连接螺纹为扣合成一整体后再车制而成。

2、按权利要求1所述的多筒组合式（双筒或四筒）水泥浆稳定性测试模，其特征在于：测试筒（5）扣合部位的形状为沿筒轴向，以筒的对分剖面作为基准面，并从园筒横截面壁厚中心处对应地将一个半管的一个扣合部位的外半壁加工成高于基准面的台阶，将另一个扣合部位的外半壁加工成低于基准面的台阶，另一半管则与之相反，使两半管对扣时恰成一完整园筒，且两半管的内半壁扣合面就在基准面上，并分别形成一个主密封面和两个辅助密封面。

3、按权利要求1所述的多筒组合式（双筒或四筒）水泥浆稳定性测试模，其特征在于：上盖板（9）与下盖板（2）的对角线与养护釜釜体内直径相同，两盖板（9）、（2）的短边均加工成与釜体内壁相吻合的园弧，下盖板（2）比上盖板（9）略窄。

4、按权利要求1所述的多筒组合式（双筒或四筒）水泥浆稳定性测试模，其特征在于：浆筒帽（8）内顶部沿直径开有一道横槽，横槽两端与帽外直通或与内壁两侧的两道纵槽连通。

5、按权利要求1所述的多筒组合式（双筒或四筒）水泥浆稳定性测试模，其特征在于：测试筒（5）与浆筒帽（8）为滑动配合，与底座（4）为螺纹连接；

6、按权利要求1所述的多筒组合式（双筒或四筒）水泥浆稳定性测试模，其特征在于：底座（4）、浆筒帽（8）、测试筒（5）及垫片（3）的材料均为黄铜，其它件的材料为不锈钢。

7、按权利要求1所述的多筒组合式（双筒）水泥浆稳定性测试模，其特征在于：连接螺杆（6）为中空杆，空腔尺寸可允许安放热电偶。

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