CN2840038Y - 水泥膨胀模拟试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型应用于钻井、固井技术领域，是研究评价水泥样品膨胀收缩性能和相关添加剂对水泥胀缩性能影响程度的专用仪器。本仪器能模拟井下温度和压力，检测水泥浆样品在流体、塑性体和硬化体状态时膨胀或收缩的线性变量和体积变量及变化规律。采用隔离管，使位移传感器与加压介质隔离，解决位移传感器受高温、高压及蒸汽影响。活塞使试验样品与加压介质隔离，解决相互渗透问题。活塞随样品膨胀或收缩上下移动。测试筒下部采用密封件、平面圆盘和螺纹套紧固，解决样品精确定量及密封。能连续检测水泥样品在不同状态时的变化量及变化规律，提高仪器测试精度。本仪器对于试验研究水泥产品、添加剂的相关性能，优选施工方案具有重要意义。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种石油钻井、固井技术领域的水泥试验、评价仪器。主要应用于测试水泥浆样品在凝固过程中收缩或膨胀的变化及变化规律；评价相关添加剂对水泥凝固过程的影响。本仪器有加温、加压部件，可以模拟井下温度和压力条件，测定水泥浆在流体、塑性体和硬化体状态的变化量，评价水泥产品或添加剂对速凝、缓凝、膨胀、收缩性能的影响，优选出适用的水泥产品或添加剂种类及配比，解决钻井现场封固井壁及保护产层的问题。
背景技术
固井水泥浆性能好坏直接影响固井质量。水泥与添加剂配方能否适应井下条件，需要在实验室内优选出最佳水泥浆配方，并测试其凝固过程中膨胀、收缩情况。现在应用的测试水泥胀、缩性能的方法大致分为两种：一种是将水泥浆体盛放在一个密封袋中，内置应变计，测量水泥浆体的塑性形变。另一种是将水泥浆先制成一定形状的固体样块，再用测长仪测量其随时间产生的形变。这两种方法只能分别测定水泥浆体在塑性体或硬化体状态的形变，误差很大，而且不能模拟现场井下的温度、压力条件，获得的测试数据与井下实际情况存在较大误差。采用现有测试方法所获得的水泥胀、缩性数据指导固井作业，会严重影响固井质量。未查阅到测试水泥浆样品在凝固过程中收缩或膨胀的变化量的专用试验仪器。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种水泥膨胀模拟试验装置，采用电加热部件和加压部件，模拟现场井下的温度、压力条件，连续测定样品在流体、塑性体和硬化体状态时的微小变量，并显示测试数据。提高水泥浆样品在凝固过程中收缩或膨胀变化量的测试水平和精度。克服现有水泥浆测定方法只能分别在塑性体或硬化体状态测试，误差大的不足；克服不能模拟现场井下条件，所获得的测试数据存在较大误差的缺点。
本实用新型水泥膨胀模拟试验装置，是由电加热部件、测试筒、位移传感器、数据处理及显示器等所组成。测试筒上部与测试筒盖螺纹连接并有密封圈。测试筒下部有平面圆盘，平面圆盘与测试筒之间有密封件。螺纹套与测试筒下部螺纹连接，并紧固密封件。测试筒内径在20～100mm之间，高度在20～300mm之间。测试筒内有活塞，使加压介质与水泥试验样品隔离，解决相互渗透的问题，活塞直径为20～100mm之间，厚度为5～50mm之间。隔离管在位移传感器内，并与测试筒盖连接。位移传感器与螺旋调节杆连接，螺旋调节杆旋在支架的螺孔内，实现上下调节功能。螺旋调节杆可以是手动或电动。隔离管内径为3～20mm之间，长度为50～400mm之间。位移传感器芯轴直径为2～15mm之间，长度为50～400mm之间。位移传感器芯轴穿过测试筒盖的中心孔，上部在隔离管内，下部在测试筒内，位移传感器芯轴下端与活塞连接。位移传感器为圆筒状，内径在4～20mm之间，长度在50～400mm之间。位移传感器导线连接数据处理及显示器，实现位移传感器信号传输。测试筒盖上连接有管线，管线连接加压阀和泄压阀。加压阀与加压、增压部件连接，实现为活塞加压功能。加压部件与增压部件是为本实用新型提供压力介质的外部装置，可以采用高压气瓶或泵等，不属于本实用新型的保护范围。加压介质可以采用气体，也可以是液体。电加热部件位于测试筒外部，可以实现加热功能。管线上的压力传感器与数据处理及显示器之间有导线连接，实现压力信号传输。电加热部件的温度传感器与数据处理及显示器之间有导线连接，实现温度信号传输。
所述的位移传感器可以采用激光位移传感器、电磁位移传感器或红外线位移传感器等。
本实用新型采用的测试筒精确定量待试样品，测试筒下部采用密封件、平面圆盘和螺纹套结构，保证测试筒密封、样品定量、气体排空，并易于装卸。测试筒上部放置活塞，使水泥试验样品与加压介质隔离，并且保证样品定量和能够自由位移。活塞上部有位移传感器芯轴，试验样品的膨胀、收缩变化带动活塞与位移传感器芯轴上下移动。位移传感器检测到位移传感器芯轴的移动量并通过位移传感器输出信号。增加隔离管，使位移传感器芯轴置于其内部，位移传感器置于其外部，使位移传感器与加压介质分离，解决位移传感器受高温、高压以及蒸汽干扰信号的问题。外置加压、增压部件，达到既可气体加压、也可液体加压，并能达到模拟现场所需高压的目的。配置电加热部件，实现模拟地层温度。配置数据处理及显示器，实现自动连续监测显示各试验参数及测试曲线，提高仪器自动检测的精度和可靠性。
本实用新型的有益效果是：水泥膨胀模拟试验装置能模拟现场井下的温度、压力条件，连续测定样品在流体、塑性体和硬化体状态时的微小变量，并显示测试数据。采用隔离管结构，使位移传感器芯轴在其内部，位移传感器在其外部，解决了位移传感器受高温、高压及蒸汽影响而不能正常工作的难题。测试筒上部采用活塞结构，既可以保证密封，又能使加压介质与样品隔离，而且保证试验样品无论在流体、塑性体或硬化体状态时，样品膨胀或收缩都能带动活塞上下移动，带动位移传感器芯轴上下移动，通过位移传感器精确测量出样品的微小变量。解决了其它测试方法不能在同一试验连续测定流体、塑性体或硬化体膨胀或收缩的问题。可以检测样品的线性变量，也可以检测样品的体积变量，并且能检测样品在试验条件下随时间的变化规律。测试筒下部采用密封件、平面圆盘及螺纹套紧固结构，解决样品的密封、精确定量及气体排空问题，因而保证了仪器的测试精度。
附图说明
本申请附图是水泥膨胀试验装置的剖面示意图。是一个实施例。
图中：1.电加热部件，2.螺纹套，3.平面圆盘，4.密封件，5.测试筒，6.水泥试验样品，7.活塞，8.密封圈，9.测试筒盖，10.泄压阀，11.隔离管，12.位移传感器芯轴，13.位移传感器，14.螺旋调节杆，15.支架，16.数据处理及显示器，17.加压阀，18.管线，19.增压部件，20.加压部件。
具体实施方式
测试筒(5)为圆筒状，内径36mm，高度100mm，测试筒(5)上部与测试筒盖(9)螺纹连接并有密封圈(8)。测试筒(5)下部有一个平面圆盘(3)，平面圆盘(3)与测试筒(5)底部之间有密封件(4)。平面圆盘(3)直径50mm，厚度10mm。螺纹套(2)与测试筒(5)下部螺纹连接，并紧固密封件(4)。测试筒(5)内有活塞(7)，活塞(7)直径36mm，厚度10mm。隔离管(11)在位移传感器(13)内，并与测试筒盖(9)连接。位移传感器(13)采用电磁位移传感器(13)。位移传感器(13)与螺旋调节杆(14)连接，螺旋调节杆(14)旋在支架(15)的螺孔内，通过转动调节杆(14)，可带动位移传感器(13)上下移动，以确定检测信号零点位置。隔离管(11)内径为6mm，长度为250mm。位移传感器芯轴(12)直径为5mm，长度300mm。位移传感器芯轴(12)穿过测试筒盖(9)中心孔，上部在隔离管(11)内，下部在测试筒(5)内，位移传感器芯轴(12)下端与活塞(7)螺纹连接。位移传感器(13)为圆筒状，内径为10mm，长度为150mm。位移传感器(13)有导线连接数据处理及显示器(16)，测试筒盖(9)上连接有高压管线(18)，管线(18)连接加压阀(17)和泄压阀(10)。电加热部件(1)位于测试筒(5)外部，管线(18)上的压力传感器与数据处理及显示器(16)之间有导线连接，电加热部件(1)的温度传感器与数据处理及显示器(16)之间有导线连接。测试筒(5)内装满水泥实验样品(6)。连接加压部件(20)和增压部件(19)，经加压阀(17)提供试验所需压力。由电加热部件(1)提供试验所需温度。温度、压力控制信号和位移传感器(13)的检测信号传输到数据处理及显示器(16)，实现监测试验参数、输出试验结果的全过程。
叙述利用本实用新型完成的一次水泥试验实例：选用温度100℃，压力5MPa，测试筒(5)内装水泥浆实验样品50ml，按操作步骤装好仪器后，启动仪器加压、加热，开始试验。数据处理及显示器自动采集、处理、记录、显示、存储试验温度、压力、体积变量和随时间产生的变化规律曲线。试验时间为24h，仪器可显示、打印出各项试验参数、主要时间点样品的膨胀变量和随时间产生的膨胀变化曲线。本次试验主要测试结果见下表：
| 温度 | 压力 | 时间h | 4 | 8 | 12 | 16 | 20 | 24 |
| 100℃ | 5MPa | 体积变量ml | -0.10 | 0.15 | 0.45 | 0.65 | 0.85 | 1.00 |
| 变化率％ | -0.20 | 0.30 | 0.90 | 1.30 | 1.70 | 2.0 |
本装置的试验温度范围是：室温～180℃，试验压力范围是：0～10MPa，测定体积变量量程可由操作者设定。
试验完成后，通过泄压阀(10)泄除压力，待温度降低后，拆卸相关配件，清洗干净，收存备用。
Claims (3)
1、一种水泥膨胀模拟试验装置，由加热部件(1)、测试筒(5)、位移传感器(13)、数据处理及显示器(16)组成，其特征在于：测试筒(5)上部与测试筒盖(9)螺纹连接并有密封圈(8)，测试筒(5)下部有平面圆盘(3)，平面圆盘(3)与测试筒(5)之间有密封件(4)，螺纹套(2)与测试筒(5)下部螺纹连接，并紧固密封件(4)，测试筒(5)内径在20～100mm之间，高度在20～300mm之间，测试筒(5)内有活塞(7)，活塞(7)直径为20～100mm之间，厚度为5～50mm之间，隔离管(11)在位移传感器(13)内，并与测试筒盖(9)连接，位移传感器(13)与螺旋调节杆(14)连接，螺旋调节杆(14)旋在支架(15)的螺孔内，隔离管(11)内径为3～20mm之间，长度为50～400mm之间，位移传感器芯轴(12)直径为2～15mm之间，长度为50～400mm之间，位移传感器芯轴(12)穿过测试筒盖(9)中心孔，上部在隔离管(11)内，下部在测试筒(5)内，位移传感器芯轴(12)下端与活塞(7)连接，位移传感器(13)为圆筒状，内径在4～20mm之间，长度在50～400mm之间，位移传感器(13)有导线连接数据处理及显示器(16)，测试筒盖(9)上连接有管线(18)，管线(18)连接加压阀(17)和泄压阀(10)，加压阀(17)与加压部件(20)和增压部件(19)连接，电加热部件(1)位于测试筒(5)外部，管线(18)上的压力传感器与数据处理及显示器(16)之间有导线连接，电加热部件(1)的温度传感器与数据处理及显示器(16)之间有导线连接。
2、如权利要求1所述的水泥膨胀模拟试验装置，其特征在于：位移传感器(13)采用电磁位移传感器。
3、如权利要求1所述的水泥膨胀模拟试验装置，其特征在于：位移传感器(13)采用的是激光位移传感器。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHINA PETROLEUM GROUP POHAI DRILLING ENGINEERING C Free format text: FORMER OWNER: HUABEI PETROLEUM ADMINISTRATIVE BUREAU Effective date: 20090508 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20090508 Address after: No. 106 Huang Hai Road, Tianjin economic and Technological Development Zone, post code: 300457 Patentee after: CNPC Bohai Drilling Engineering Co., Ltd. Address before: Science and technology management office, Huabei Petroleum Administration Bureau, Renqiu, Hebei Province, zip code: 062552 Co-patentee before: Inst of Drilling-Well Technology, Huabei Petroleum Administration Patentee before: North China Petroleum Administration |
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| C17 | Cessation of patent right | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Expiration termination date: 20150610 Granted publication date: 20061122 |