本发明专利技术公开了一种水泥石养护装置及其使用方法，通过加热一个大的恒温加温箱体内部空间，对整个养护釜由外到内进行加温恒温，改变了传统养护装置在养护釜内或釜体壁上设置加热电阻的加热方式，不仅可以控制养护釜内的温度，同时有减小釜体尺寸、提高承压能力、降低制造成本、增大釜内空间利用效率的优点。该恒温加温箱内可同时放置多个不同大小的单釜，即可根据需要灵活配置釜体的数量和大小；通过在取式样时只取所需的小釜，还可克服传统养护装置在取水泥石试样时，养护釜内其余水泥石温度压力波动而导致水泥石性能变化的问题，使得所养护出的水泥石更符合井下水泥石的实际。护出的水泥石更符合井下水泥石的实际。护出的水泥石更符合井下水泥石的实际。
【技术实现步骤摘要】
一种水泥石养护装置及其使用方法
[0001]本专利技术涉及油气井固井
，特别涉及一种水泥石养护装置及其使用方法。
技术介绍
[0002]固井工程中，通常通过在模拟的井下高温高压环境中养护水泥石，之后对水泥石进行多种性能测试，并将其测试结果作为优选水泥浆体系、优化水泥浆配方以及控制后续工艺施工参数的依据等。因此，室内养护装置能否真实、快速模拟出水泥浆在井下的凝结环境，对高效快速养护出符合井下实际的水泥石样品至关重要。
[0003]目前的水泥石养护方法及装置，可分为两类，一类为常压养护：养护釜中压力为一个大气压，温度一般不超过90℃，利用液体作为加热介质，让水泥石在恒定的温度下进行加热，从而达到养护的目的；另一类为高温高压养护：在模拟的井下高温高压条件下养护，养护温度一般高于90℃的环境，通过气体泵向釜体内反复泵入或排出液体使得养护釜内压力达到几十个兆帕的高压。
[0004]当前，随着国内外石油天然气勘探开发的深入，深井超深井越来越多，井底温度超过90℃的井越来越多，对水泥石长期密封性能的关注力度越来越大，对水泥浆(石)高温高压长时间养护的需求越来越大，但固井实验室中大量的水泥石高温高压养护实践表明，当前使用的传统高温高压养护釜还普遍存在以下不足：
[0005]1、在一个釜体上实现加温加压功能，导致装置结构复杂。在釜体内或釜体外壁上设置加热恒温装置，实现加温恒温；在釜盖12上设置可螺纹密封的排液排气口，用于在釜体加压前注入加热加压介质时排气，确保介质充满整个釜体；在釜体上设置进液加压口/出液降压口，并与精密压力泵配合，通过液体介质的反复泵入与排出，实现对釜体内腔的加压、保压和泄压；这种通过一套养护釜实现加温恒温和加压保压的方式，导致釜体结构异常复杂，不仅设计难度大、制造成本高，而且养护釜体积较大、空间利用率低。
[0006]2、通常情况下，对水泥石短期性能的检测，包括水泥石养护1天、2天、3天、7天的抗压强度等性能；对水泥石长期性能的检测，则包括养护14天、28天、60天甚至90天的抗压强度等性能。因此，对养护釜的占用时间非常多，但目前的高温高压养护釜，每次养护基本都只能模拟一种温度和压力条件，如要实现多个养护温度或压力条件，则需多台高温高压养护釜，使得养护工作的效率较低，不利于长时间、大批量的养护。
[0007]3、每次从釜体内取水泥石样品时，都需要对整个釜体进行降温降压，且至少降温至100℃以下才能打开釜盖12取样，取样之后再重新升温升压继续进行养护，导致釜内所有的水泥石样品都经历一次温压下波动甚至大幅度下波动的过程，从而与井下水泥石所处温压环境基本稳定的实际不符，同时，水泥石本身属脆性材料，反复的升温降温、升压降压过程，可导致其内部结构的劣化和强度性能等的降低，从而导致所养护水泥石不能代表井下水泥石实际的情况。
[0008]鉴于传统高温高压养护釜存在上述不足，以及当前深井超深井对长时间、多温压、大批量高温高压养护的迫切需求，业界急需一种更为价廉物美、简洁高效的高温高压养护
釜。
技术实现思路
[0009]本专利技术针对现有技术的缺陷，提供了一种水泥石养护装置及其使用方法，解决了现有技术中存在的缺陷。
[0010]为了实现以上专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0011]一种水泥石养护装置，包括：加温装置和加压装置；
[0012]加温装置包括：恒温加温箱、温度控制器、养护釜；
[0013]所述恒温加温箱内或外壁设有电阻加热丝，以实现对整个箱体进行加热。同时，恒温加温箱正面设有箱体门，箱体门用于将养护釜放入箱内进行养护。
[0014]恒温加温箱外部设置保温层，用于减少箱体内热量的散失。
[0015]恒温加温箱内设有温度传感装置，用于检测箱体内部温度，温度传感装置通过电路与温度控制器连通。
[0016]所述温度控制器上设有养护温度控制面板和电子显示屏幕；
[0017]电子显示屏幕上显示恒温加温箱体内部的温度，养护温度控制面板上设有数字键盘、温度设定按钮可设定恒温加温箱内的养护温度。
[0018]所述加压装置包括：氮气瓶、压力管线、压力控制阀和压力表；
[0019]所述氮气瓶与压力管线一端连接，压力管线另一端连接到养护釜体的压力注入口，用于在开始养护前向养护釜内部注入压力。
[0020]所述压力管线上设有两个压力控制阀，通过开关压力控制阀，可将氮气瓶内压力注入釜体中或将釜体内残余压力泄到空气中。同时压力管线上设有一压力表，当压力管线连接到养护釜后，显示养护釜内部压力。
[0021]所述养护釜内放置物料支架台，物料支架台由多个隔板和长螺母组成，隔板分为有凹槽的和无凹槽的隔板，凹槽用于放置已经养护成型的水泥石；无凹槽的隔板用于放置水泥石模具，并在模具中加入水泥浆；隔板表面开有通孔，长螺母穿过通孔，用于固定多层的隔板和水泥石模具。将多层水泥石模具和隔板用长螺母固定为一个整体后再放入釜体进行养护。
[0022]本专利技术还公开了一种水泥石养护装置的使用方法，包括以下步骤：
[0023]1、将水泥石模具放到无凹槽的隔板上并倒入水泥浆，将养护成型的水泥石放到有凹槽的隔板上，重叠放置每一层隔板，最后使用长螺母固定多层隔板和水泥石模具为一个整体物料支架台。
[0024]2、将物料支架台放入养护釜，养护釜内壁体积刻度线注入定量水，密封养护釜。
[0025]3、将养护釜顶部压力注入口的压力阀门通过压力管线与氮气瓶连接。
[0026]4、由真实气体状态方程推出了公式5，根据公式5计算开始养护前需要向养护釜内注入的压力，其公式推导过程和使用方法如下：
[0027]公式2为真实气体状态方程，式中Z为气体压缩因子，P为养护釜3内压力，T为养护釜3内的温度，V为养护釜3内气体体积，R为气体通用常数。公式3，4为养护开始前和达到设定养护温度2种状态下养护釜3内氮气的真实气体状态方程，其中P1为养护开始前向釜体内注入的压力，P2为达到设定养护温度时釜体内的压力，T1，T2为养护开始前的室温和设定的
养护温度，Z1，Z2为养护开始前(室温)和设定养护温度2种状态下的气体压缩因子。由公式3，4可以推导出公式5。
[0028][0029][0030][0031]式中：Z——气体压缩因子，无单位；
[0032]Z1——养护开始前(室温)气体压缩因子，无单位；
[0033]Z2——达到设定养护温度时气体压缩因子，无单位；
[0034]P——气体压力，pa；
[0035]P1——养护开始前向釜体内注入的压力，pa；
[0036]P2——达到设定养护温度时釜体内的压力，pa；
[0037]T——养护釜内温度，k；
[0038]T1——养护开始前养护釜内温度(室温)，k；
[0039]T2——设定的养护温度，k；
[0040]V——养护釜内气体体积，m3；
[0041]n——养护釜内气体物质的量，m本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水泥石养护装置，其特征在于，包括：加温装置和加压装置；加温装置包括：恒温加温箱、温度控制器、养护釜；所述恒温加温箱内或外壁设有电阻加热丝，以实现对整个箱体进行加热；同时，恒温加温箱正面设有箱体门，箱体门用于将养护釜放入箱内进行养护；恒温加温箱外部设置保温层，用于减少箱体内热量的散失；恒温加温箱内设有温度传感装置，用于检测箱体内部温度，温度传感装置通过电路与温度控制器连通；所述温度控制器上设有养护温度控制面板和电子显示屏幕；电子显示屏幕上显示恒温加温箱体内部的温度，养护温度控制面板上设有数字键盘、温度设定按钮可设定恒温加温箱内的养护温度；所述加压装置包括：氮气瓶、压力管线、压力控制阀和压力表；所述氮气瓶与压力管线一端连接，压力管线另一端连接到养护釜体的压力注入口，用于在开始养护前向养护釜内部注入压力；所述压力管线上设有两个压力控制阀，通过开关压力控制阀，可将氮气瓶内压力注入釜体中或将釜体内残余压力泄到空气中；同时压力管线上设有一压力表，当压力管线连接到养护釜后，显示养护釜内部压力；所述养护釜内放置物料支架台，物料支架台由多个隔板和长螺母组成，隔板分为有凹槽的和无凹槽的隔板，凹槽用于放置已经养护成型的水泥石；无凹槽的隔板用于放置水泥石模具，并在模具中加入水泥浆；隔板表面开有通孔，长螺母穿过通孔，用于固定多层的隔板和水泥石模具；将多层水泥石模具和隔板用长螺母固定为一个整体后再放入釜体进行养护。2.根据权利要求1所述的一种水泥石养护装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：1、将水泥石模具放到无凹槽的隔板上并倒入水泥浆，将养护成型的水泥石放到有凹槽的隔板上，重叠放置每一层隔板，最后使用长螺母固定多层隔板和水泥石模具为一个整体物料支架台；2、将物料支架台放入养护釜，养护釜内壁体积刻度线注入定量水，密封养护釜；3、将养护...
【专利技术属性】
技术研发人员：张兴国，涂强，周岩，杨燕，李路宽，雷阿山，庞佑元，杨学松，马瑞瑞，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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