專利名稱：水泥膨脹模擬試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種石油鉆井、固井技術(shù)領(lǐng)域的水泥試驗(yàn)、評(píng)價(jià)儀器。主要應(yīng)用于測(cè)試水泥漿樣品在凝固過程中收縮或膨脹的變化及變化規(guī)律；評(píng)價(jià)相關(guān)添加劑對(duì)水泥凝固過程的影響。本儀器有加溫、加壓部件，可以模擬井下溫度和壓力條件，測(cè)定水泥漿在流體、塑性體和硬化體狀態(tài)的變化量，評(píng)價(jià)水泥產(chǎn)品或添加劑對(duì)速凝、緩凝、膨脹、收縮性能的影響，優(yōu)選出適用的水泥產(chǎn)品或添加劑種類及配比，解決鉆井現(xiàn)場(chǎng)封固井壁及保護(hù)產(chǎn)層的問題。
背景技術(shù)：
固井水泥漿性能好壞直接影響固井質(zhì)量。水泥與添加劑配方能否適應(yīng)井下條件，需要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)優(yōu)選出最佳水泥漿配方，并測(cè)試其凝固過程中膨脹、收縮情況。現(xiàn)在應(yīng)用的測(cè)試水泥脹、縮性能的方法大致分為兩種一種是將水泥漿體盛放在一個(gè)密封袋中，內(nèi)置應(yīng)變計(jì)，測(cè)量水泥漿體的塑性形變。另一種是將水泥漿先制成一定形狀的固體樣塊，再用測(cè)長(zhǎng)儀測(cè)量其隨時(shí)間產(chǎn)生的形變。這兩種方法只能分別測(cè)定水泥漿體在塑性體或硬化體狀態(tài)的形變，誤差很大，而且不能模擬現(xiàn)場(chǎng)井下的溫度、壓力條件，獲得的測(cè)試數(shù)據(jù)與井下實(shí)際情況存在較大誤差。采用現(xiàn)有測(cè)試方法所獲得的水泥脹、縮性數(shù)據(jù)指導(dǎo)固井作業(yè)，會(huì)嚴(yán)重影響固井質(zhì)量。未查閱到測(cè)試水泥漿樣品在凝固過程中收縮或膨脹的變化量的專用試驗(yàn)儀器。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種水泥膨脹模擬試驗(yàn)裝置，采用電加熱部件和加壓部件，模擬現(xiàn)場(chǎng)井下的溫度、壓力條件，連續(xù)測(cè)定樣品在流體、塑性體和硬化體狀態(tài)時(shí)的微小變量，并顯示測(cè)試數(shù)據(jù)。提高水泥漿樣品在凝固過程中收縮或膨脹變化量的測(cè)試水平和精度?？朔F(xiàn)有水泥漿測(cè)定方法只能分別在塑性體或硬化體狀態(tài)測(cè)試，誤差大的不足；克服不能模擬現(xiàn)場(chǎng)井下條件，所獲得的測(cè)試數(shù)據(jù)存在較大誤差的缺點(diǎn)。
本實(shí)用新型水泥膨脹模擬試驗(yàn)裝置，是由電加熱部件、測(cè)試筒、位移傳感器、數(shù)據(jù)處理及顯示器等所組成。測(cè)試筒上部與測(cè)試筒蓋螺紋連接并有密封圈。測(cè)試筒下部有平面圓盤，平面圓盤與測(cè)試筒之間有密封件。螺紋套與測(cè)試筒下部螺紋連接，并緊固密封件。測(cè)試筒內(nèi)徑在20～100mm之間，高度在20～300mm之間。測(cè)試筒內(nèi)有活塞，使加壓介質(zhì)與水泥試驗(yàn)樣品隔離，解決相互滲透的問題，活塞直徑為20～100mm之間，厚度為5～50mm之間。隔離管在位移傳感器內(nèi)，并與測(cè)試筒蓋連接。位移傳感器與螺旋調(diào)節(jié)桿連接，螺旋調(diào)節(jié)桿旋在支架的螺孔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)上下調(diào)節(jié)功能。螺旋調(diào)節(jié)桿可以是手動(dòng)或電動(dòng)。隔離管內(nèi)徑為3～20mm之間，長(zhǎng)度為50～400mm之間。位移傳感器芯軸直徑為2～15mm之間，長(zhǎng)度為50～400mm之間。位移傳感器芯軸穿過測(cè)試筒蓋的中心孔，上部在隔離管內(nèi)，下部在測(cè)試筒內(nèi)，位移傳感器芯軸下端與活塞連接。位移傳感器為圓筒狀，內(nèi)徑在4～20mm之間，長(zhǎng)度在50～400mm之間。位移傳感器導(dǎo)線連接數(shù)據(jù)處理及顯示器，實(shí)現(xiàn)位移傳感器信號(hào)傳輸。測(cè)試筒蓋上連接有管線，管線連接加壓閥和泄壓閥。加壓閥與加壓、增壓部件連接，實(shí)現(xiàn)為活塞加壓功能。加壓部件與增壓部件是為本實(shí)用新型提供壓力介質(zhì)的外部裝置，可以采用高壓氣瓶或泵等，不屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。加壓介質(zhì)可以采用氣體，也可以是液體。電加熱部件位于測(cè)試筒外部，可以實(shí)現(xiàn)加熱功能。管線上的壓力傳感器與數(shù)據(jù)處理及顯示器之間有導(dǎo)線連接，實(shí)現(xiàn)壓力信號(hào)傳輸。電加熱部件的溫度傳感器與數(shù)據(jù)處理及顯示器之間有導(dǎo)線連接，實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)傳輸。
所述的位移傳感器可以采用激光位移傳感器、電磁位移傳感器或紅外線位移傳感器等。
本實(shí)用新型采用的測(cè)試筒精確定量待試樣品，測(cè)試筒下部采用密封件、平面圓盤和螺紋套結(jié)構(gòu)，保證測(cè)試筒密封、樣品定量、氣體排空，并易于裝卸。測(cè)試筒上部放置活塞，使水泥試驗(yàn)樣品與加壓介質(zhì)隔離，并且保證樣品定量和能夠自由位移?；钊喜坑形灰苽鞲衅餍据S，試驗(yàn)樣品的膨脹、收縮變化帶動(dòng)活塞與位移傳感器芯軸上下移動(dòng)。位移傳感器檢測(cè)到位移傳感器芯軸的移動(dòng)量并通過位移傳感器輸出信號(hào)。增加隔離管，使位移傳感器芯軸置于其內(nèi)部，位移傳感器置于其外部，使位移傳感器與加壓介質(zhì)分離，解決位移傳感器受高溫、高壓以及蒸汽干擾信號(hào)的問題。外置加壓、增壓部件，達(dá)到既可氣體加壓、也可液體加壓，并能達(dá)到模擬現(xiàn)場(chǎng)所需高壓的目的。配置電加熱部件，實(shí)現(xiàn)模擬地層溫度。配置數(shù)據(jù)處理及顯示器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)顯示各試驗(yàn)參數(shù)及測(cè)試曲線，提高儀器自動(dòng)檢測(cè)的精度和可靠性。
本實(shí)用新型的有益效果是水泥膨脹模擬試驗(yàn)裝置能模擬現(xiàn)場(chǎng)井下的溫度、壓力條件，連續(xù)測(cè)定樣品在流體、塑性體和硬化體狀態(tài)時(shí)的微小變量，并顯示測(cè)試數(shù)據(jù)。采用隔離管結(jié)構(gòu)，使位移傳感器芯軸在其內(nèi)部，位移傳感器在其外部，解決了位移傳感器受高溫、高壓及蒸汽影響而不能正常工作的難題。測(cè)試筒上部采用活塞結(jié)構(gòu)，既可以保證密封，又能使加壓介質(zhì)與樣品隔離，而且保證試驗(yàn)樣品無論在流體、塑性體或硬化體狀態(tài)時(shí)，樣品膨脹或收縮都能帶動(dòng)活塞上下移動(dòng)，帶動(dòng)位移傳感器芯軸上下移動(dòng)，通過位移傳感器精確測(cè)量出樣品的微小變量。解決了其它測(cè)試方法不能在同一試驗(yàn)連續(xù)測(cè)定流體、塑性體或硬化體膨脹或收縮的問題?？梢詸z測(cè)樣品的線性變量，也可以檢測(cè)樣品的體積變量，并且能檢測(cè)樣品在試驗(yàn)條件下隨時(shí)間的變化規(guī)律。測(cè)試筒下部采用密封件、平面圓盤及螺紋套緊固結(jié)構(gòu)，解決樣品的密封、精確定量及氣體排空問題，因而保證了儀器的測(cè)試精度。


本申請(qǐng)附圖是水泥膨脹試驗(yàn)裝置的剖面示意圖。是一個(gè)實(shí)施例。
圖中1.電加熱部件，2.螺紋套，3.平面圓盤，4.密封件，5.測(cè)試筒，6.水泥試驗(yàn)樣品，7.活塞，8.密封圈，9.測(cè)試筒蓋，10.泄壓閥，11.隔離管，12.位移傳感器芯軸，13.位移傳感器，14.螺旋調(diào)節(jié)桿，15.支架，16.數(shù)據(jù)處理及顯示器，17.加壓閥，18.管線，19.增壓部件，20.加壓部件。
具體實(shí)施方式
測(cè)試筒(5)為圓筒狀，內(nèi)徑36mm，高度100mm，測(cè)試筒(5)上部與測(cè)試筒蓋(9)螺紋連接并有密封圈(8)。測(cè)試筒(5)下部有一個(gè)平面圓盤(3)，平面圓盤(3)與測(cè)試筒(5)底部之間有密封件(4)。平面圓盤(3)直徑50mm，厚度10mm。螺紋套(2)與測(cè)試筒(5)下部螺紋連接，并緊固密封件(4)。測(cè)試筒(5)內(nèi)有活塞(7)，活塞(7)直徑36mm，厚度10mm。隔離管(11)在位移傳感器(13)內(nèi)，并與測(cè)試筒蓋(9)連接。位移傳感器(13)采用電磁位移傳感器(13)。位移傳感器(13)與螺旋調(diào)節(jié)桿(14)連接，螺旋調(diào)節(jié)桿(14)旋在支架(15)的螺孔內(nèi)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)桿(14)，可帶動(dòng)位移傳感器(13)上下移動(dòng)，以確定檢測(cè)信號(hào)零點(diǎn)位置。隔離管(11)內(nèi)徑為6mm，長(zhǎng)度為250mm。位移傳感器芯軸(12)直徑為5mm，長(zhǎng)度300mm。位移傳感器芯軸(12)穿過測(cè)試筒蓋(9)中心孔，上部在隔離管(11)內(nèi)，下部在測(cè)試筒(5)內(nèi)，位移傳感器芯軸(12)下端與活塞(7)螺紋連接。位移傳感器(13)為圓筒狀，內(nèi)徑為10mm，長(zhǎng)度為150mm。位移傳感器(13)有導(dǎo)線連接數(shù)據(jù)處理及顯示器(16)，測(cè)試筒蓋(9)上連接有高壓管線(18)，管線(18)連接加壓閥(17)和泄壓閥(10)。電加熱部件(1)位于測(cè)試筒(5)外部，管線(18)上的壓力傳感器與數(shù)據(jù)處理及顯示器(16)之間有導(dǎo)線連接，電加熱部件(1)的溫度傳感器與數(shù)據(jù)處理及顯示器(16)之間有導(dǎo)線連接。測(cè)試筒(5)內(nèi)裝滿水泥實(shí)驗(yàn)樣品(6)。連接加壓部件(20)和增壓部件(19)，經(jīng)加壓閥(17)提供試驗(yàn)所需壓力。由電加熱部件(1)提供試驗(yàn)所需溫度。溫度、壓力控制信號(hào)和位移傳感器(13)的檢測(cè)信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理及顯示器(16)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)參數(shù)、輸出試驗(yàn)結(jié)果的全過程。
敘述利用本實(shí)用新型完成的一次水泥試驗(yàn)實(shí)例選用溫度100℃，壓力5MPa，測(cè)試筒(5)內(nèi)裝水泥漿實(shí)驗(yàn)樣品50ml，按操作步驟裝好儀器后，啟動(dòng)儀器加壓、加熱，開始試驗(yàn)。數(shù)據(jù)處理及顯示器自動(dòng)采集、處理、記錄、顯示、存儲(chǔ)試驗(yàn)溫度、壓力、體積變量和隨時(shí)間產(chǎn)生的變化規(guī)律曲線。試驗(yàn)時(shí)間為24h，儀器可顯示、打印出各項(xiàng)試驗(yàn)參數(shù)、主要時(shí)間點(diǎn)樣品的膨脹變量和隨時(shí)間產(chǎn)生的膨脹變化曲線。本次試驗(yàn)主要測(cè)試結(jié)果見下表

本裝置的試驗(yàn)溫度范圍是室溫～180℃，試驗(yàn)壓力范圍是0～10MPa，測(cè)定體積變量量程可由操作者設(shè)定。
試驗(yàn)完成后，通過泄壓閥(10)泄除壓力，待溫度降低后，拆卸相關(guān)配件，清洗干凈，收存?zhèn)溆谩?br> 權(quán)利要求1.一種水泥膨脹模擬試驗(yàn)裝置，由加熱部件(1)、測(cè)試筒(5)、位移傳感器(13)、數(shù)據(jù)處理及顯示器(16)組成，其特征在于測(cè)試筒(5)上部與測(cè)試筒蓋(9)螺紋連接并有密封圈(8)，測(cè)試筒(5)下部有平面圓盤(3)，平面圓盤(3)與測(cè)試筒(5)之間有密封件(4)，螺紋套(2)與測(cè)試筒(5)下部螺紋連接，并緊固密封件(4)，測(cè)試筒(5)內(nèi)徑在20～100mm之間，高度在20～300mm之間，測(cè)試筒(5)內(nèi)有活塞(7)，活塞(7)直徑為20～100mm之間，厚度為5～50mm之間，隔離管(11)在位移傳感器(13)內(nèi)，并與測(cè)試筒蓋(9)連接，位移傳感器(13)與螺旋調(diào)節(jié)桿(14)連接，螺旋調(diào)節(jié)桿(14)旋在支架(15)的螺孔內(nèi)，隔離管(11)內(nèi)徑為3～20mm之間，長(zhǎng)度為50～400mm之間，位移傳感器芯軸(12)直徑為2～15mm之間，長(zhǎng)度為50～400mm之間，位移傳感器芯軸(12)穿過測(cè)試筒蓋(9)中心孔，上部在隔離管(11)內(nèi)，下部在測(cè)試筒(5)內(nèi)，位移傳感器芯軸(12)下端與活塞(7)連接，位移傳感器(13)為圓筒狀，內(nèi)徑在4～20mm之間，長(zhǎng)度在50～400mm之間，位移傳感器(13)有導(dǎo)線連接數(shù)據(jù)處理及顯示器(16)，測(cè)試筒蓋(9)上連接有管線(18)，管線(18)連接加壓閥(17)和泄壓閥(10)，加壓閥(17)與加壓部件(20)和增壓部件(19)連接，電加熱部件(1)位于測(cè)試筒(5)外部，管線(18)上的壓力傳感器與數(shù)據(jù)處理及顯示器(16)之間有導(dǎo)線連接，電加熱部件(1)的溫度傳感器與數(shù)據(jù)處理及顯示器(16)之間有導(dǎo)線連接。
2.如權(quán)利要求1所述的水泥膨脹模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于位移傳感器(13)采用電磁位移傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的水泥膨脹模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于位移傳感器(13)采用的是激光位移傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型應(yīng)用于鉆井、固井技術(shù)領(lǐng)域，是研究評(píng)價(jià)水泥樣品膨脹收縮性能和相關(guān)添加劑對(duì)水泥脹縮性能影響程度的專用儀器。本儀器能模擬井下溫度和壓力，檢測(cè)水泥漿樣品在流體、塑性體和硬化體狀態(tài)時(shí)膨脹或收縮的線性變量和體積變量及變化規(guī)律。采用隔離管，使位移傳感器與加壓介質(zhì)隔離，解決位移傳感器受高溫、高壓及蒸汽影響。活塞使試驗(yàn)樣品與加壓介質(zhì)隔離，解決相互滲透問題?；钊S樣品膨脹或收縮上下移動(dòng)。測(cè)試筒下部采用密封件、平面圓盤和螺紋套緊固，解決樣品精確定量及密封。能連續(xù)檢測(cè)水泥樣品在不同狀態(tài)時(shí)的變化量及變化規(guī)律，提高儀器測(cè)試精度。本儀器對(duì)于試驗(yàn)研究水泥產(chǎn)品、添加劑的相關(guān)性能，優(yōu)選施工方案具有重要意義。
文檔編號(hào)G01N33/38GK2840038SQ20052010896
公開日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2005年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月10日
發(fā)明者郭寶利, 袁孟雷, 趙世軍, 王愛玲 申請(qǐng)人:華北石油管理局, 華北石油管理局鉆井工藝研究院