水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，包括用于盛装水泥浆的密封浆杯，在该密封浆杯上安装有用于采集水泥浆剪切波的剪切波采集装置、用于采集水泥浆纵波的纵波采集装置、用于控制密封浆杯内压力的压力控制系统、用于测量密封浆杯内水泥浆体积变化的体积采集系统、用于给水泥浆加热的加热测量装置；所述剪切波采集装置、纵波采集装置、压力控制系统、体积采集系统、加热测量装置与计算机系统连接。本发明专利技术不仅可以准确计量水泥浆在液态、塑性态、固态三个阶段的体积变化量，而且还便于监测膨胀剂主要作用在水泥浆体积收缩的哪个阶段，这对于膨胀剂的评价与优选有着重要的意义。

Test device and method for volume change of liquid plastic solid three state in cement hydration process

【技术实现步骤摘要】
水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置及方法
本专利技术涉及石油钻井固井工程
，尤其涉及一种水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置及方法。
技术介绍
固井施工过程中，水泥浆充填于套管与井眼之间的环形空间内，凝结固化后形成的水泥环支撑井壁、保护套管、封隔油气水层。通常水泥浆本身会产生体积收缩，导致后期水泥环胶结质量得不到保证，引起层间窜流、环空带压等问题。通过监测水泥浆体积收缩的时变过程，对合理研发膨胀水泥浆体系，解决水泥浆体积收缩的问题有着重要的意义。经过多年的研究发展，国内外已经在水泥浆体积收缩测试装置上取得了长足的进步(例如：汪晓静.一种油井水泥高温高压体积膨胀收缩测试仪：CN102928578A、李宁.固井用水泥浆体积变化测试仪及测试方法：CN103245773A、张华.体积膨胀收缩率测试装置：CN205138938U等)，虽然这些装置能够实现对水泥浆体积收缩的测量，但是无法分辨出液态、塑性态、固态三个阶段水泥浆的体积收缩，目前对于水泥浆塑性收缩和硬化体收缩还没有可靠的测试手段，无法对水泥浆水化过程中液塑固三态体积变化精细有效地测试。抑制水泥浆体积收缩较好的方法就是加入油井水泥膨胀剂，膨胀剂的种类繁多，对油井水泥来说，膨胀材料发生作用最好是在水泥浆处于塑性态时，使得水泥浆体积不收缩，在水泥浆处于固态阶段产生微膨胀，这样既减小了水泥浆的体积收缩量，又不会因后期过量膨胀破坏水泥石的内部结构。因此，需要一个体积膨胀收缩测试装置既能监测水泥浆从液态到固态整个过程体积的变化量，也能准确计量水泥浆在液态、塑性态、固态三个阶段各自的体积变化量，从而监测膨胀剂的效果主要作用在水泥浆的哪个阶段，可以更精细地对膨胀剂进行评价与优选。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种既能实现连续监测水泥浆体积的变化又能区分水化过程液塑固三个阶段的体积变化量的测试装置及方法。一种水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，包括用于盛装水泥浆的密封浆杯，在该密封浆杯上安装有用于采集水泥浆剪切波的剪切波采集装置、用于采集水泥浆纵波的纵波采集装置、用于控制密封浆杯内压力的压力控制系统、用于测量密封浆杯内水泥浆体积变化的体积采集系统、用于给水泥浆加热的加热测量装置；所述剪切波采集装置、纵波采集装置、压力控制系统、体积采集系统、加热测量装置与计算机系统连接。进一步地，如上所述的水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，所述剪切波采集装置包括剪切波发射器、剪切波接收器、声波采集系统；所述纵波采集装置包括纵波发射器、纵波接收器、声波采集系统；所述剪切波发射器、纵波发射器、的一端分别探入在水泥浆内，另一端分别与所述声波采集系统连接；纵波接收器、剪切波接收器分别安装在密封浆杯的顶盖上；所述纵波发射器、剪切波发射器分别安装在密封浆杯的底盖上。进一步地，如上所述的水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，所述剪切波发射器、剪切波接收器、纵波发射器、纵波接收器的表面分别涂覆有一层耐高温润滑油。进一步地，如上所述的水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，所述压力控制系统包括设置在该密封浆杯上的增压与泄压口、压力传感器、压力控制系统、置于密封浆杯内水泥浆上表面的液体介质；所述增压与泄压口通过液压管线与压力控制系统连接，该压力控制系统可以通过液压管线控制流入或流出密封浆杯内液体介质的流量；所述压力传感器的信号采集端与压力控制系统连接，该压力传感器的信号输出端与计算机系统连接；所述水泥浆直径dcm，高度h1cm，上端面与液体介质直接接触，液体介质与水泥浆直接接触不会影响水泥浆上端面的水化反应和后期强度，液体介质高度h2cm，水泥浆膨胀高度h3cm，满足h1＞＞h2>h3。进一步地，如上所述的水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，体积采集系统包括：精密流量传感器、体积变化采集系统；所述精密流量传感器的采集端安装在液压管线上用于测量经过该液压管线的液体介质流量，其信号输出端连接在体积变化采集系统上，体积变化采集系统与计算机系统连接。进一步地，如上所述的水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，所述加热测量装置包括：加热器、用于测量加热器加热温度的外耦温度传感器、用于测量水泥浆温度的内耦温度传感器、温度控制系统；所述内耦温度传感器、外耦温度传感器的信号输出端、加热器分别与温度控制系统连接，温度控制系统的信号输出端与计算机系统连接。一种水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试方法，包括通过水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置测试液塑固三态的体积变化；该水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置包括：顶盖、液体介质、密封浆杯、加热器、水泥浆、增压与泄压口、底盖、内耦温度传感器、外耦温度传感器、温度控制系统、压力传感器、压力控制系统、精密流量传感器、体积变化采集系统、纵波发射器、纵波接收器、剪切波发射器、剪切波接收器、声波采集系统、计算机系统；该测量方法具体包括以下步骤：(1)将底盖通过浆杯底部螺纹安装在浆杯下端面，将纵波发射器、剪切波发射器、内耦温度传感器通过密封圈安装在底盖上，三者均与水泥浆直接接触，为了拆卸方便，可分别在其表面涂一层耐高温润滑油；(2)按照配方要求配制相应体系的水泥浆，随后注入到浆杯内部h1cm刻度处，将顶盖通过浆杯顶部螺纹安装在浆杯上端面，将纵波接收器、剪切波接收器通过密封圈安装在顶盖上，两者均与水泥浆直接接触，为了拆卸方便，可分别在其表面涂一层耐高温润滑油；(3)将内耦温度传感器、外耦温度传感器通过数据线连接在温度控制系统上，将加热器一端的加热管线连接在温度控制系统上，将温度控制系统上的温度传感器端口通过数据线连接在计算机系统上；(4)将压力传感器一端连接在压力控制系统上，另一端连接在计算机系统上；液压管线一端连接在压力控制系统上，另一端通过螺母扣连接在增压与泄压口上；(5)将精密流量传感器一端连接在液压管线上，另一端连接在体积变化采集系统上，将体积变化采集系统上的体积变化采集端口通过数据线连接在计算机系统上；(6)将纵波发射器、纵波接收器、剪切波发射器、剪切波接收器通过数据线连接在声波采集系统上，将声波采集系统上的声波采集端口通过数据线连接在计算机系统上；(7)启动压力控制系统，向浆杯内注入液体介质，拧松增压与泄压口上的螺母扣，等到有液体介质从丝扣中流出时，拧紧螺母扣，此时浆杯上部已充满液体介质；(8)打开温度控制系统电源，根据实际工况设定温度、压力和升温升压时间，启动程序，此时温度控制系统、压力控制系统会按照程序进程自动升温升压，等升到设定的温度和压力值时，温度和压力控制系统会自动保温保压，保证水泥浆的温度压力环境稳定；(9)启动升温升压程序时，同时启动声波采集系统，监测水泥浆升温升压阶段和养护阶段过程中纵波和剪切波的实时变化；(10)等到升温升压过程结束后，打开精密流量传感器，启动体积变化采集系统,实时监测浆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，其特征在于，包括用于盛装水泥浆(5)的密封浆杯(3)，在该密封浆杯(3)上安装有用于采集水泥浆(5)剪切波的剪切波采集装置、用于采集水泥浆(5)纵波的纵波采集装置、用于控制密封浆杯(3)内压力的压力控制系统、用于测量密封浆杯(3)内水泥浆(5)体积变化的体积采集系统、用于给水泥浆(5)加热的加热测量装置；/n所述剪切波采集装置、纵波采集装置、压力控制系统、体积采集系统、加热测量装置与计算机系统连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，其特征在于，包括用于盛装水泥浆(5)的密封浆杯(3)，在该密封浆杯(3)上安装有用于采集水泥浆(5)剪切波的剪切波采集装置、用于采集水泥浆(5)纵波的纵波采集装置、用于控制密封浆杯(3)内压力的压力控制系统、用于测量密封浆杯(3)内水泥浆(5)体积变化的体积采集系统、用于给水泥浆(5)加热的加热测量装置；
所述剪切波采集装置、纵波采集装置、压力控制系统、体积采集系统、加热测量装置与计算机系统连接。


2.根据权利要求1所述的水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，其特征在于，所述剪切波采集装置包括剪切波发射器(17)、剪切波接收器(18)、声波采集系统(19)；所述纵波采集装置包括纵波发射器(15)、纵波接收器(16)、声波采集系统(19)；
所述剪切波发射器(17)、纵波发射器(15)的一端分别探入在水泥浆内，另一端分别与所述声波采集系统(19)连接；
纵波接收器(16)、剪切波接收器(18)分别安装在密封浆杯(3)的顶盖(1)上；所述纵波发射器(15)、剪切波发射器(17)分别安装在密封浆杯(3)的底盖(7)上。


3.根据权利要求2所述的水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，其特征在于，所述剪切波发射器(17)、剪切波接收器(18)、纵波发射器(15)、纵波接收器(16)的表面分别涂覆有一层耐高温润滑油。


4.根据权利要求1所述的水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，其特征在于，所述压力控制系统包括设置在该密封浆杯(3)上的增压与泄压口(6)、压力传感器(11)、压力控制系统(12)、置于密封浆杯(3)内水泥浆上表面的液体介质(2)；
所述增压与泄压口(6)通过液压管线与压力控制系统(12)连接，该压力控制系统(12)可以通过液压管线控制流入或流出密封浆杯(3)内液体介质(2)的流量；所述压力传感器(11)的信号采集端与压力控制系统(12)连接，该压力传感器(11)的信号输出端与计算机系统连接；
所述水泥浆(5)直径dcm，高度h1cm，上端面与液体介质(2)直接接触，液体介质(2)与水泥浆直接接触不会影响水泥浆上端面的水化反应和后期强度，液体介质(2)高度h2cm，水泥浆膨胀高度h3cm，满足h1＞＞h2>h3。


5.根据权利要求1所述的水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，其特征在于，体积采集系统包括：精密流量传感器(13)、体积变化采集系统(14)；
所述精密流量传感器(13)的采集端安装在液压管线上用于测量经过该液压管线的液体介质流量，其信号输出端连接在体积变化采集系统(14)上，体积变化采集系统(14)与计算机系统连接。


6.根据权利要求1所述的水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，其特征在于，所述加热测量装置包括：加热器(4)、用于测量加热器(4)加热温度的外耦温度传感器(9)、用于测量水泥浆(5)温度的内耦温度传感器(8)、温度控制系统(10)；
所述内耦温度传感器(8)、外耦温度传感器(9)的信号输出端、加热器(4)分别与温度控制系统(10)连接，温度控制系统(10)的信号输出端与计算机系统连接。


7.一种水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试方法，其特征在于，通过水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置测试液塑固三态的体积变化；该水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置包括：顶盖(1)、液体介质(2)、密封浆杯(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘健，薛元陶，李早元，黄盛，程小伟，郭小阳，宋伟涛，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51