固井用水泥浆体积变化测试仪及测试方法技术

本发明专利技术提供的固井用水泥浆体积变化测试仪，包括釜体（2）、浆杯（6）、气源（28）、水源（29）、增压泵（18）、位移传感器（21）、压力传感器（25）及控制面板（26）及计算机采集终端（27）；本发明专利技术还提供使用上述测试仪的测试方法。本发明专利技术提供的固井用水泥浆体积变化测试仪及测试方法，能够在室内有效地模拟井下温度，压力条件；能够在室内有效模拟水泥浆在井下的流动状态和静止状态；能够精确的记录水泥浆体积的微小变化，保证测试结果的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测量领域，特别涉及一种。
技术介绍
水泥浆的好坏直接影响固井质量的好坏，由于水泥浆在凝结成水泥石过程中，会发生体积收缩，在环空形成微环隙，可能造成气窜。因此，需要在水泥浆中加入膨胀剂，优选水泥浆配方。这就要求能够对水泥浆在凝结过程中的体积变化进行测量。目前，常用的测试方法为ASTM膨胀测试法，这种测试中有一个IinchXlinchX II l/4inch的模具，用来盛装水泥试样，放在实验室环境中测试。达到初凝，试样从模具中取出，然后精确地测量试样的长度(通常精确至+/-0.0Olinch)。这个值作为零点或初始点。记录初始点以后，试样被放置在不同的温度、湿度、压力(但通常为常压)条件下养护规定的时间，然后测量在这些不同条件下的长度并记 录。正向的网点变化代表着线性膨胀，而负向网点变化代表水泥收缩。通过这些数据点，水泥线性膨胀或收缩的百分比可以计算的出。但是这种测试方法在井下的温度和压力条件下，没有对试样进行初期养护。另外，即使试样在初凝后被放置在其他温度条件下，仍必须在记录有意义的数据之前将试样放在室温条件下进行重新标定。任何可能被记录的点，这些点的温度条件明显不同于零点或初始点，都会因为热膨胀或(在较低的温度下)收缩而产生误差。这种测试方法在一段时间内仅产生单一的点。在两个测量时间点之间所发生的动态的膨胀或收缩，没有被捕捉到。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够动态测量水泥浆凝结过程中体积动态变化的测试仪及测试方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种固井用水泥浆体积变化测试仪，其包括釜体2、浆杯6、气源28、水源29、增压泵18、位移传感器21、压力传感器25及控制面板26、计算机采集终端27 ;所述釜体2内有浆杯6 ;所述釜体2和浆杯6之间通过釜盖I和橡胶垫4密封；所述浆杯顶盖3上有两个孔；所述釜体外设置有加热器8 ;所述内热电偶9从釜盖I插入浆杯中；所述外热电偶5插入釜体2中；所述釜体2连接压力传感器25 ;所述气源28通过空气至釜阀10连接釜体2，还通过压力调节阀13连接增压泵18 ;所述增压泵内有活塞19和连杆20，所述连杆连接所述位移传感器21 ;所述水源29连接增压泵18，也通过水至釜阀24连接釜体2 ;所述内热电偶9、外热电偶5、压力传感器25、位移传感器21均连接控制面板26 ;所述控制面板26和计算机采集终端27连接。进一步地，所述增压泵分别通过增压泵气管A14连接电磁阀泄气口 A16，通过增压泵气管B15连接电磁阀泄气口 B17。进一步地，所述增压泵18连接高压释放阀22。根据本专利技术的另一个方面，还提供一种基于上述测试仪的测试方法，其包括:将配制好的水泥浆倒入浆杯6，浆体液面到浆杯6内部刻度处；依次放上橡胶垫4，浆杯内盖，然后装上浆杯顶盖，将浆杯放入所述釜体2中，拧上所述釜盖I ;将所述内热电偶9从所述釜盖I插入所述浆杯6中；打开所述水源29和所述气源28，向所述增压泵18中注水；打开所述水至釜阀24，向所述釜体2中注满水；调整所述压力调节阀13，设定实验压力；通过控制面板26打开加热器开关；通过所述计算机采集终端27采集所述位移传感器21采集的位移数据，采集所述内热电偶9和外热电偶5采集的温度数据，采集所述压力传感器25采集的压力数据；通过采集的所述位移数据，温度数据及压力数据绘制反映了水泥浆水化放热速率，水泥浆试验压力和水泥浆在不同时刻体积变化率的变化曲线。进一步地，该方法还包括:试验结束后先关闭加热器；缓慢打开高压释放阀，释放增压泵18中的压力；打开空气至釜阀，将釜体内的水从管线排出，缓慢打开釜盖取出浆杯进行清理。进一步，该方法还包括: 当釜体2内水泥浆体积发生收缩时，就会产生微环隙，造成釜体2内压力下降；通过所述气源28会向增压泵18中打气，电磁阀将增压泵气管B15打开，气体从活塞19下部的空隙部分进入，并推动活塞19向上移动，向釜体2内补水以补充压力；在所述活塞19向上运动的过程中会推动所述连杆20，所述连杆20又带动所述位移传感器21向上移动，由所述位移传感器21记录位移；在所述活塞19向上移动的过程中，上下活塞19之间多余的气体通过所述增压泵气管A14由所述电磁阀泄气口 A16排出；当所述釜体内水泥浆发生体积膨胀时，压力上升，釜体2内被压出的水通过管线进入增压泵中，并推动活塞19向下移动，释放多余压力；在活塞19向下运动的过程中拉动连杆20，所述连杆20带动所述位移传感器21的部件向下移动，由所述位移传感器21记录位移；在活塞19向下移动的过程中，上下活塞19之间压力会下降，所述气源28会向增压泵中打气，电磁阀将增压泵气管A14打开，气体从活塞19中部的空隙部分进入，而活塞19下部分多余的气体则通过增压泵气管B15由电磁阀泄气口 B17排出。进一步地，该方法还包括在实验开始时，控制设置在所述浆杯6内的桨叶对水泥浆进行搅拌，从而模拟水泥浆在井下顶替过程中流动状态。进一步地，所述搅拌的时间为1-6小时。本专利技术提供的，能够在室内有效地模拟井下温度，压力条件；能够在室内有效模拟水泥浆在井下的流动状态和静止状态；由于釜体密封，水泥浆从流动态到液塑态再到凝结过程中发生体积变化时，压力也会变化。根据压力恒定的原理，利用压力差自动进行压力补偿和释放。并通过活塞带动位移传感器的来采集位移的变化，并计算出水泥浆的体积变化情况。能够精确的记录水泥浆体积的微小变化，保证测试结果的准确性。附图说明图1为本专利技术实施例提供的固井用水泥浆体积变化测试仪的结构示意图。图2为本专利技术实施例提供的一水泥浆体积变化测试结果的示意图。图3是本专利技术实施例提供的又一水泥浆体积变化测试结果的示意图。图4是本专利技术实施例提供的另一水泥浆体积变化测试结果的示意图。具体实施例方式参见图1，本专利技术实施例提供的一种固井用水泥浆体积变化测试仪，主要包括釜体2、浆杯6、气源28、水源29、增压泵18、位移传感器21、压力传感器25、控制面板26及计算机采集终端27。釜体2内有浆杯6。釜体2和浆杯6之间通过釜盖I和橡胶垫4密封。浆杯6内有水泥浆7。浆杯6的底部可以拆卸，方便实验后取出凝结的水泥石。浆杯顶盖3上有两个孔，釜体内的水可从孔中进入同橡胶垫4接触，保证浆杯压力同釜体内环境压力一样。釜体外有加热器8。内热电偶9从釜盖I插入浆杯中，实时测量浆杯中水泥浆温度。外热电偶5插入釜体中，实时测量釜体内浆杯温度。釜体2连接压力传感器25。气源28通过空气至釜阀10连接釜体2。气源28通过压力调节阀13连接增压泵18。压力调节阀13的作用在于测试开始时设定增压泵18中初始压力，并使增压泵18和釜体2整个连通结构中的压力在实验过程中保持稳定，起到稳压作用。增压泵18分别通过增压泵气管A14连接电磁阀泄气口 A16，通过增压泵气管B15连接电磁阀泄气口 B17。增压泵内有活塞19和连杆20。连杆20连接位移传感器21 ;水源29既连接增压泵18，也通过水至釜阀24连接釜体2。内热电偶9、外热电偶5、压力传感器25、位移传感器21均连接控制面板26和计算机采集终端27。增压泵18连 接高压释放阀22。实验开始时，打开水源29，水通过管线进入。水至釜阀24控制釜体2和增压泵18联通。打开水至釜阀24后，可向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固井用水泥浆体积变化测试仪，其特征在于，包括釜体（2）、浆杯（6）、气源（28）、水源（29）、增压泵（18）、位移传感器（21）、压力传感器（25）、控制面板（26）及计算机采集终端（27）；所述釜体（2）内有浆杯（6）；所述釜体（2）和浆杯（6）之间通过釜盖（1）和橡胶垫（4）密封；所述浆杯顶盖（3）上有两个孔；所述釜体外设置有加热器（8）；所述内热电偶（9）从釜盖（1）插入浆杯中；所述外热电偶（5）插入釜体（2）中；所述釜体（2）连接压力传感器（25）；所述气源（28）通过空气至釜阀（10）连接釜体（2），还通过压力调节阀（13）连接增压泵（18）；所述增压泵内有活塞（19）和连杆（20），所述连杆（20）连接所述位移传感器（21）；所述水源（29）连接增压泵（18），也通过水至釜阀（24）连接釜体（2）；所述内热电偶（9）、外热电偶（5）、压力传感器（25）、位移传感器（21）均连接控制面板（26）；所述控制面板（26）和计算机采集终端（27）连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，李早元，滕学清，郭小阳，艾正青，程小伟，李晓春，李明，文志明，辜涛，刘德英，黄盛，周晓红，王伟，许雯婧，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：