水泥浆演化的超声波测量装置、系统以及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了水泥浆演化的超声波测量装置、系统以及方法。其中，测试装置包括筒体和设置在筒体两头的活塞和堵头，筒体内沿轴线设置有相连通的水泥浆舱和活塞腔，水泥浆舱包括滑道和喇叭口，喇叭口包括大端和小端，滑道与活塞腔相连接，在滑道和活塞腔的连接处形成一环形台阶；堵头设置有第一超声波探头，活塞上设置有第二超声波探头，第二超声波探头至少部分位于滑道内并能沿筒体的轴向移动。与现有技术相比，本发明专利技术提供的水泥浆演化的超声波测量装置可准确测量特殊水泥浆候凝过程中的声学参数，获得水泥石的岩石力学强度和固结时间，研究水泥浆从液态到固态最后水泥石成型的声学变化规律，为特殊水泥浆固井质量和测井评价方法提供理论依据。法提供理论依据。法提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】
水泥浆演化的超声波测量装置、系统以及方法


[0001]本专利技术涉及固井用的特殊水泥浆超声波测量
，尤其涉及一种水泥浆演化的超声波测量装置、系统以及方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着深井超深井、页岩气、致密砂岩油气等的勘探开发，为了防止油气水窜以及固井漏失，泡沫低密度、高密度及特殊材料固井水泥浆体系得到广泛应用。与常规的水泥浆相比，特殊材料的添加对水泥石的性能造成较大影响，但固井水泥胶结质量评价仍采用传统方法，测井响应机理及特征不清，造成测井固井水泥胶结质量解释结果与固井工艺评价水泥胶结质量不相符，给后续作业带来很大困扰。
[0003]由于大量泡沫、微珠、纳米液硅、钛铁矿等特殊材料的加入，非水泥的材料加量甚至达到了水泥浆占比的100％，造成了特殊水泥浆体系的密度发生较大的变化，现场应用最低密度已经达到1.15g/cm3，最高密度已经达到2.82g/cm3。复杂材料的增加，造成了水泥浆声学特性的变化，并且不同的特殊水泥浆体对声学特性的影响也不同，给目前常用的以声学特性测井为基础的固井质量评价技术带来了难题，其适用性有待评价。
[0004]早期水泥胶结和固井质量评价主要是通过发射10
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20kHz的超声波信号，测量声波信号振幅和信号衰减，给出不同套管外径下的水泥环最小封隔长度，这类仪器主要有水泥胶结测井(CBL)、变密度测井(VDL)、水泥评价测井(CET)等测井仪器。后来斯伦贝谢和哈里伯顿相继推出了超声成像测井仪(USI)和井周扫描测井仪(CAST)，采用超声波频率250
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700kHz发射宽频带超声波，从而激发出套管共振模式波，这类仪器能探测套管外水泥环分布特征。阿特拉斯研制的SBT固井质量评价仪，是目前分扇区测量测井仪器中探测能力最强的，也是目前固井质量评价和套管外窜槽检测的主要仪器之一，该仪器探头以贴井壁的方式工作，衰减率测量采用的是分扇区测量方法，其主要研究套管内沿螺旋向“滑行”的套管波的衰减率。
[0005]但是，现有固井质量评价仪和评价方法已经不适用特殊材料固井水泥浆体系，为了完善固井质量评价方法和评价标准，需要对特殊水泥浆在候凝过程中的声学特性进行超声波测量，进而研究特殊水泥浆的强度等力学参数随时间、温度和压力的变化情况，因此需要设计一种特殊水泥浆演化的超声波测量装置及方法。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供水泥浆演化的超声波测量装置，其可用于水泥浆演化过程中的声学特性测量。
[0007]本专利技术提供的一种水泥浆演化的超声波测量装置，包括：
[0008]筒体，其内沿轴线设置有相连通的水泥浆舱和活塞腔，所述水泥浆舱包括相连通的圆筒状的滑道和喇叭口，所述滑道与所述活塞腔相连接，所述滑道的直径小于所述活塞腔的直径从而在所述滑道和所述活塞腔的连接处形成一环形台阶；所述喇叭口包括一大端
和一小端，所述小端连接所述滑道，所述小端的直径与所述滑道的直径相等，所述大端的直径大于所述小端的直径；
[0009]活塞，其包括相连的活塞头和活塞杆，所述活塞头设置在所述活塞腔内并能沿所述筒体的轴向移动，所述活塞头朝向所述水泥浆舱的一端设置有第二超声波探头，所述第二超声波探头至少部分位于所述滑道内并能沿所述筒体的轴向移动；
[0010]端盖，所述端盖可拆卸地设置在所述筒体远离所述水泥浆舱的一端，端盖的中心上开设有一贯穿所述端盖的安装孔，所述活塞杆穿过所述安装孔延伸至所述筒体外；所述活塞头将所述活塞腔分隔为水压舱和排气舱，所述端盖上还设置有贯穿所述端盖的注水孔，所述注水孔连通所述水压舱；所述筒体上设置有贯穿所述筒体侧壁的排气孔，所述排气孔连通所述排气舱；所述活塞头与所述水压舱接触的环面的面积、所述第二超声波探头端面的面积以及所述滑道的横截的面积三者相等；以及
[0011]堵头，其可拆卸地设置在所述筒体靠近所述水泥浆舱的一端，所述堵头朝向所述水泥浆舱的一端设置有第一超声波探头；所述堵头上设置有出气孔和孔隙金属块，所述出气孔贯穿所述堵头并连通所述水泥浆舱；所述孔隙金属块设置在所述堵头朝向所述水泥浆舱的一端，所述孔隙金属块与所述出气孔紧密接触。
[0012]优选地，所述出气孔设置有多个，多个所述出气孔沿所述堵头的周向均匀分布，所述孔隙金属块为环状结构。
[0013]优选地，所述排气孔紧邻所述环形台阶。
[0014]优选地，所述活塞中心设置有贯穿所述活塞头和所述活塞杆的安装孔，所述第二超声波探头具有一安装杆，所述安装杆穿过所述安装孔延伸至所述活塞杆外，所述安装杆上延伸出所述活塞杆外的一端设置有外螺纹以及与所述外螺纹相配合的螺母，所述螺母用于锁定所述第二超声波探头与所述活塞的位置。
[0015]优选地，所述活塞杆上还设置有插销。
[0016]优选地，所述活塞杆上设置有刻度尺。
[0017]优选地，所述刻度尺用于指示所述水泥浆舱中可用于装填水泥浆的长度。
[0018]优选地，还包括加热装置，所述加热装置包裹在所述筒体外侧。
[0019]优选地，所述第二超声波探头与所述滑道之间、所述第一超声波探头与所述堵头之间、所述堵头与所述筒体之间以及所述活塞头与所述筒体之间通过密封圈密封。
[0020]优选地，所述第二超声波探头的厚度等于所述滑道的长度。
[0021]本专利技术还提供了一种水泥浆演化的超声波测量系统，包括加压装置、超声波采集装置以及如上所述的水泥浆演化的超声波测量装置，所述加压装置用于向所述活塞施加轴向压力以推动所述活塞向水泥浆舱方向移动；所述超声波采集装置分别与所述第一超声波探头和所述第二超声波探头相连，所述超声波采集装置用于激发所述第一超声波探头和所述第二超声波探头发射超声波，并采集超声波数据。
[0022]本专利技术还提供了一种水泥浆演化的超声波测量方法，水泥浆演化在如上所述的水泥浆演化的超声波测量装置中进行，测量方法包括以下步骤：
[0023]将所述筒体竖直放置，从所述筒体待安装所述堵头的一端将水泥浆倒入所述水泥浆舱内并使水泥浆占满整个所述水泥浆舱；
[0024]安装所述堵头和所述第一超声波探头，再将所述筒体横向放置；
[0025]通过加压装置向所述活塞施加轴向压力以推动所述活塞朝所述水泥浆舱移动以将压力传递至水泥浆；
[0026]待施加的轴向压力稳定后，记录所述活塞的位置；
[0027]启动超声波采集装置，测量超声波穿过水泥浆的声波信号。
[0028]与现有技术相比，本专利技术提供一种水泥浆演化的超声波测量装置可准确测量特殊水泥浆候凝过程中的声学参数，获得水泥石的岩石力学强度和固结时间，研究水泥浆从液态到固态最后水泥石成型的声学变化规律，同时能够解决水泥石成型后脱模难的问题，为特殊水泥浆固井质量和测井评价方法提供理论依据，对于掌握套管井的声学传播特性和变化规律，建立第一、第二界面水泥胶结质量定量评价方法，建立特殊水泥浆体系解释标准具有广泛的应用前景。
[0029]上述技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水泥浆演化的超声波测量装置，其特征在于，包括：筒体，其内沿轴线设置有相连通的水泥浆舱和活塞腔，所述水泥浆舱包括相连通的圆筒状的滑道和喇叭口，所述滑道与所述活塞腔相连接，所述滑道的直径小于所述活塞腔的直径从而在所述滑道和所述活塞腔的连接处形成一环形台阶；所述喇叭口包括一大端和一小端，所述小端连接所述滑道，所述小端的直径与所述滑道的直径相等，所述大端的直径大于所述小端的直径；活塞，其包括相连的活塞头和活塞杆，所述活塞头设置在所述活塞腔内并能沿所述筒体的轴向移动，所述活塞头朝向所述水泥浆舱的一端设置有第二超声波探头，所述第二超声波探头至少部分位于所述滑道内并能沿所述筒体的轴向移动；端盖，所述端盖可拆卸地设置在所述筒体远离所述水泥浆舱的一端，端盖的中心上开设有一贯穿所述端盖的安装孔，所述活塞杆穿过所述安装孔延伸至所述筒体外；所述活塞头将所述活塞腔分隔为水压舱和排气舱，所述端盖上还设置有贯穿所述端盖的注水孔，所述注水孔连通所述水压舱；所述筒体上设置有贯穿所述筒体侧壁的排气孔，所述排气孔连通所述排气舱；所述活塞头与所述水压舱接触的环面的面积、所述第二超声波探头端面的面积以及所述滑道的横截的面积三者相等；以及堵头，其可拆卸地设置在所述筒体靠近所述水泥浆舱的一端，所述堵头朝向所述水泥浆舱的一端设置有第一超声波探头；所述堵头上设置有出气孔和孔隙金属块，所述出气孔贯穿所述堵头并连通所述水泥浆舱；所述孔隙金属块设置在所述堵头朝向所述水泥浆舱的一端，所述孔隙金属块与所述出气孔紧密接触。2.根据权利要求1所述的水泥浆演化的超声波测量装置，其特征在于，所述出气孔设置有多个，多个所述出气孔沿所述堵头的周向均匀分布，所述孔隙金属块为环状结构。3.根据权利要求1所述的水泥浆演化的超声波测量装置，其特征在于，所述排气孔紧邻所述环形台阶。4.根据权利要求1所述的水泥浆演化的超声波测量装置，其特征在于，所述活塞中心设置有贯穿所述活塞头和所述活塞杆的安装孔，所述第二超声波探头具有一安装杆，所述安装杆穿过所述安装孔延伸至所述活塞杆外，所述安装杆上延伸出所述活塞杆外的一端设置有外螺纹以及与所述外螺纹相配合的螺母，所述螺母用于锁定所述第二超声波探头与所述活塞的位置。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁士东，吴海燕，朱祖扬，李永杰，袁多，谢关宝，初永涛，胡越发，魏历灵，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：