專利名稱：一種油井水泥高溫高壓體積膨脹收縮測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)量油井水泥的體積膨脹收縮裝置領(lǐng)域，具體涉及一種油井水泥高溫高壓體積膨脹收縮測(cè)試儀，用于測(cè)試和對(duì)比不同井況中不同水泥漿體系的膨脹和收縮性倉泛。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)有的高溫高壓膨脹儀包括《非接觸式高溫高壓智能膨脹儀》(申請(qǐng)?zhí)?00420064869.4):該專利提供了一種 高溫高壓膨脹儀，用于測(cè)量粘土的膨脹性能，但是該儀器不能用來測(cè)量水平井中水泥漿的脹縮率，并且實(shí)驗(yàn)溫度達(dá)不到170°C?！陡邷馗邏号蛎泝x》(申請(qǐng)?zhí)?00710086442.2):該專利只提供一種實(shí)驗(yàn)釜體，只能測(cè)量線性膨脹率，但不適用于油井水泥漿體積膨脹率的測(cè)試，并且不適用于水平井中的水泥漿膨脹率?！度詣?dòng)巖石膨脹力測(cè)試儀》(申請(qǐng)?zhí)?00920084012.I):該專利提供了一種適用于巖石膨脹的測(cè)試儀，但是該儀器不能在高溫下操作，不能模擬直井或者水平井下的高溫高壓環(huán)境，亦不能實(shí)現(xiàn)脹縮率的實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)量。從上面可以看出，目前能查到的專利可以完成膨脹等實(shí)驗(yàn)，但是均不適用于體積膨脹的測(cè)試，亦不適用于水平井中水泥漿膨脹性能測(cè)試。現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于測(cè)量油井水泥體積脹縮率的儀器少有報(bào)道，還沒有一種集成設(shè)備既能測(cè)定直井中水泥漿的體積脹縮率又能測(cè)定水平井中水泥漿的體積脹縮率。目前此行業(yè)中，常借用建筑上的測(cè)量設(shè)備如混凝土收縮膨脹率測(cè)定儀或者用螺旋測(cè)微器測(cè)量收縮前后的長(zhǎng)度值，這樣雖能測(cè)量水泥石的線膨脹，但兩者都無法精確測(cè)量水泥漿的體積膨脹率；無法實(shí)現(xiàn)水泥漿實(shí)時(shí)膨脹的直觀測(cè)量，也不能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄；更無法模擬及測(cè)量直井、水平井中高溫高壓條件下水泥漿的膨脹性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種油井水泥高溫高壓體積膨脹收縮測(cè)試儀，能夠模擬直井及水平井井底的高溫高壓，使水泥漿在模擬井底條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，可連續(xù)測(cè)量油井水泥的膨脹率和收縮率，并記錄溫度壓力曲線和時(shí)間-脹縮率曲線。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種油井水泥高溫高壓體積膨脹收縮測(cè)試儀，包括高溫高壓釜、溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、控制器5和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6 ；所述溫度控制系統(tǒng)包括加熱釜套7和電熱偶9 ;所述高溫高壓釜安裝在所述加熱釜套7內(nèi)；加熱釜套7通過可轉(zhuǎn)動(dòng)工作頭8設(shè)置在控制器5的一側(cè)外壁上；通過旋轉(zhuǎn)可轉(zhuǎn)動(dòng)工作頭8使高溫高壓釜處于垂直狀態(tài)或水平狀態(tài)；
在所述加熱釜套7的上表面開有一個(gè)加熱釜套孔19 ；所述電熱偶9為溫度傳感器；所述電熱偶9的一端插入到加熱釜套孔19內(nèi)，另一端連接到控制器5上；在控制器5上連接有位移傳感器11，所述位移傳感器11的另一端與高溫高壓釜連接；所述壓力控制系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)I、水源2、精密壓力源3和壓力傳感器，所述空氣壓縮機(jī)I和水源2分別通過管路與精密壓力源3連接，精密壓力源3通過管路與所述控制器5連接；所述壓力傳感器的一端用于測(cè)量高溫高壓釜內(nèi)的壓力，另一端與控制器5連接；控制器5與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6連接；所述位移傳感器11采集的位移信號(hào)、電熱偶9采集的溫度信號(hào)和壓力傳感器采集的壓力信號(hào)分別傳遞給控制器5，再由控制器5傳遞給計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示各種曲線?！に鼍軌毫υ?包括養(yǎng)護(hù)壓力膠管10、氣源截止閥15、高低壓隔離閥16、升壓速率調(diào)節(jié)閥17和壓力電源開關(guān)18 ；所述升壓速率調(diào)節(jié)閥17 —端接低壓氣源，另一端與高低壓隔離閥16的一端相連通；所述氣源截止閥15 —端接高壓氣源，另一端與高低壓隔離閥16的另一端匯合，所述高低壓隔離閥16再通過養(yǎng)護(hù)壓力膠管10接入高溫高壓釜，用于輸送壓力至高溫高壓釜體內(nèi)；所述匯合處與高溫高壓釜之間的管路上，依次設(shè)置有輸出壓力表12和高壓傳感器13 ;所述高壓傳感器13的另一端與控制器5連接；在升壓速率調(diào)節(jié)閥17與高低壓隔離閥16之間設(shè)有低壓傳感器14 ;所述低壓傳感器14的另一端與控制器5連接。所述控制器5的外表面面板上設(shè)置有電源開關(guān)20、加熱開始按鈕21、溫度顯示器22、加熱停止按鈕23和壓力表24 ;溫度顯示器22用于顯示加熱釜套7及高溫高壓釜的溫度；壓力表24用于顯不聞溫聞壓圣內(nèi)的壓力。所述計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6、控制器5、精密壓力源3和空氣壓縮機(jī)I均與電源4連接。所述高溫高壓釜包括釜體28、釜體上蓋30和釜體下蓋35 ；所述釜體28為中空結(jié)構(gòu)，所述釜體上蓋30安裝在所述釜體28上端，所述釜體下蓋35安裝在所述釜體28下端，待測(cè)試的水泥漿置于所述釜體上蓋30和釜體下蓋35之間的釜體28的內(nèi)腔里，在待測(cè)試的水泥漿的上方裝有活塞29，活塞29上固定有活塞桿32，所述活塞桿32的另一端穿過所述釜體上蓋30與所述位移傳感器11連接；在所述活塞29的上表面與釜體上蓋30之間有加壓腔；所述釜體上蓋30為階梯軸結(jié)構(gòu)，上部為小徑段，下部為大徑段，其大徑段的外壁通過螺紋安裝在所述釜體28上部；在所述釜體上蓋30中部開有與其同軸的階梯通孔40，所述階梯通孔40的小孔徑段用于夾持活塞桿32，大孔徑段與釜體28內(nèi)腔的尺寸一致，兩者相連通構(gòu)成所述的加壓腔，活塞在所述加壓腔里滑動(dòng)，這樣就利用了釜體上蓋30，使釜體28的有效內(nèi)腔加長(zhǎng)；在所述釜體上蓋30的小徑段開有兩個(gè)與階梯通孔相連通的水平孔，分別為左口39和右口 41 ;所述左口 39上連接有養(yǎng)護(hù)壓力接頭34，所述養(yǎng)護(hù)壓力接頭34與所述養(yǎng)護(hù)壓力膠管10連接；所述右口 41為堵塞孔，在堵塞孔內(nèi)裝有排氣閥31 ；所述排氣閥31擰入具有內(nèi)外螺紋的螺母中，然后再一起擰入右口 41中。當(dāng)加壓時(shí)需要排出管內(nèi)空氣，這時(shí)擰開排氣閥31，當(dāng)有水溢出時(shí)，擰緊排氣閥31 ；在所述位移傳感器11的外壁上通過螺紋固定有一個(gè)連接套筒；所述連接套筒的下端內(nèi)壁通過螺紋固定到螺母36的上端，所述螺母36的下端外壁通過螺紋固定到釜體上蓋30的小孔徑段內(nèi)；所述位移傳感器11的可伸縮式位移桿位于連接套筒內(nèi)，所述活塞桿32穿過螺母36與所述可伸縮式位移桿連接，當(dāng)活塞桿32移動(dòng)時(shí)，可伸縮式位移桿隨之移動(dòng)，這樣位移傳感器11就可以測(cè)出活塞桿32的位移量；所述釜體下蓋35為階梯軸結(jié)構(gòu)，其小徑段的上表面與待測(cè)試的水泥漿接觸，其大徑段的外壁通過螺紋安裝在所述釜體28的下部；所述釜體下蓋35中部開有與其同軸的通孔，在所述通孔內(nèi)裝有螺桿25 ;因?yàn)榇郎y(cè)的水泥漿是從釜體28的下端注入的，如果不設(shè)置螺桿25，釜體下蓋35擰入釜體28時(shí)，會(huì)帶入空氣進(jìn)入釜體28的內(nèi)腔，造成誤差。 在釜體上蓋30下端的環(huán)形槽內(nèi)套有上蓋膠圈37，實(shí)現(xiàn)釜體上蓋30與釜體28之間的密封；在階梯通孔40的大孔徑段與小孔徑段過渡處裝有活塞桿膠圈33，實(shí)現(xiàn)活塞桿32與釜體上蓋30之間的密封；在活塞29上裝有活塞膠圈38，實(shí)現(xiàn)活塞29與釜體28之間的密封；在螺桿25上部的環(huán)形槽內(nèi)套有螺桿膠圈26，實(shí)現(xiàn)螺桿25與釜體下蓋35之間的密封，在釜體下蓋35上部的環(huán)形槽內(nèi)套有下蓋膠圈27，實(shí)現(xiàn)釜體下蓋35與釜體28之間的密封。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(I)本測(cè)試儀可以在高溫高壓條件下測(cè)試水泥漿的體積膨脹性能；本測(cè)試儀可適用的高壓69. IMPa，高溫175。。；(2)利用本測(cè)試儀可以測(cè)量和評(píng)價(jià)直井、水平井中水泥漿體系的膨脹收縮性能；(3)利用本發(fā)明能夠在養(yǎng)護(hù)的溫度壓力下，連續(xù)測(cè)量油井水泥的膨脹率/收縮率，并記錄溫度壓力曲線，時(shí)間-脹縮率曲線。實(shí)驗(yàn)壓力0-69. IMPa，室溫-175°C，有利于測(cè)試和對(duì)比不同水泥漿體系的收縮和膨脹性能，有利于進(jìn)行水泥漿配方的設(shè)計(jì)，得到滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需求的水泥漿體系。


圖I是本發(fā)明油井水泥高溫高壓體積膨脹收縮測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，空氣壓縮機(jī)I水源2精密壓力源3電源4控制器5計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6加熱釜套7可轉(zhuǎn)動(dòng)工作頭8電熱偶9養(yǎng)護(hù)壓力膠管10位移傳感器11輸出壓力表12氣源截止閥15高低壓隔離閥16升壓速率調(diào)節(jié)閥17壓力源電源開關(guān)18加熱釜套孔19電源開關(guān)20加熱開始按鈕21溫度顯示器22加熱停止按鈕23壓力表24。圖2是本發(fā)明油井水泥高溫高壓體積膨脹收縮測(cè)試儀的基本原理圖，其中，高壓傳感器13低壓傳感器14養(yǎng)護(hù)壓力接頭34。圖3是本發(fā)明油井水泥高溫高壓體積膨脹收縮測(cè)試儀中的高溫高壓釜的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，位移傳感器11螺桿25螺桿膠圈26下蓋膠圈27釜體28活塞29釜體上蓋30排氣閥31活塞桿32活塞桿膠圈33養(yǎng)護(hù)壓力接頭34釜體下蓋35螺母36上蓋膠圈37活塞膠圈38。圖4是圖3中的釜體上蓋30的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，左口 39，階梯通孔40，右口 41。
圖5是利用本發(fā)明油井水泥高溫高壓體積膨脹收縮測(cè)試儀進(jìn)行第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。圖6是利用本發(fā)明油井水泥高溫高壓體積膨脹收縮測(cè)試儀進(jìn)行第二個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述如圖I所示，一種油井水泥高溫高壓體積膨脹收縮測(cè)試儀，包括高溫高壓釜、溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、控制器和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。①高溫高壓釜如圖3所示，高溫高壓釜由不銹鋼制造，包括釜體28、釜體上蓋30和釜體下蓋35 ；水泥漿樣品和傳壓介質(zhì)(水)是隔離開的，釜腔內(nèi)一個(gè)活塞即起加壓作用又起隔離作用。釜體28為中空結(jié)構(gòu)，釜體上蓋30安裝在釜體28的上端，釜體下蓋35安裝在釜體28的下端，待測(cè)試的水泥漿置于釜體上蓋30和釜體下蓋35之間的釜體28的內(nèi)腔里，在待測(cè)試的水泥漿的上方裝有活塞29，活塞29上固定有活塞桿32，活塞桿32的另一端穿過釜體上蓋30與位移傳感器11連接，位移傳感器11與控制器5相連，活塞29的上表面與釜體上蓋30之間有加壓腔。如圖4所示，釜體上蓋30為階梯軸結(jié)構(gòu)，上部為小徑段，下部為大徑段，其大徑段的外壁通過螺紋安裝在釜體28的上部；釜體上蓋30中部開有與其同軸的階梯通孔，階梯通孔的大口徑段與釜體28內(nèi)腔的尺寸一致，兩者相連通構(gòu)成加壓腔。釜體上蓋30的小徑段開有兩個(gè)與階梯通孔相連通的水平孔，分別為左口 39，右口41。養(yǎng)護(hù)壓力膠管10連到養(yǎng)護(hù)壓力接頭34上，養(yǎng)護(hù)壓力接頭34擰入左口 39 ;右口 41為堵塞孔，排氣閥31擰入具有內(nèi)外螺紋的螺母中，然后再一起擰入右口 41中。當(dāng)系統(tǒng)加壓時(shí)，需要排出管內(nèi)空氣，這時(shí)擰開排氣閥31，當(dāng)有水溢出時(shí)，擰死排氣閥31。膠圈37套在釜體上蓋30下端的環(huán)形槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)與釜體28之間的密封。釜體下蓋35為階梯軸結(jié)構(gòu)，其小徑段的上表面與待測(cè)的水泥漿接觸，其大徑段的外壁通過螺紋安裝在釜體28的下部，釜體下蓋35中部開有與其同軸的通孔，在通孔內(nèi)裝有螺桿25。膠圈26套在螺桿25上部的環(huán)形槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)螺桿25與釜體下蓋35之間的密封，膠圈27套在釜體下蓋35上部的環(huán)形槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)釜體下蓋35與釜體28之間的密封。②溫度控制系統(tǒng)所述溫度控制系統(tǒng)包括加熱釜套7和電熱偶9，溫度控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)程序升溫和恒溫控制，恒溫控制±0. 50C ;高溫高壓釜安裝在加熱釜套7內(nèi)；加熱釜套7通過可轉(zhuǎn)動(dòng)工作頭8設(shè)置在控制器5的一側(cè)外壁上；通過旋轉(zhuǎn)可轉(zhuǎn)動(dòng)工作頭8使高溫高壓釜處于垂直狀態(tài)或水平狀態(tài)；在加熱釜套7的上表面開有一個(gè)加熱釜套孔19 ；所述電熱偶9為溫度傳感器；所述電熱偶9的一端插入到加熱釜套孔19內(nèi)，另一端連接到控制器5上；在控制器5上連接有位移傳感器11，所述位移傳感器11的另一端擰到高溫高壓釜的活塞桿32上；溫度顯示器22設(shè)在控制器5的外表面面板上，用于顯示加熱釜套7的溫度·
控制器5的外表面面板上設(shè)置有電源開關(guān)20、加熱開始按鈕21、溫度顯示器22、力口熱停止按鈕23和壓力表24 ;溫度顯示器22用于顯示加熱釜套7及高溫高壓釜的溫度；壓力表24用于顯示釜體28內(nèi)的壓力，也就是顯示高壓傳感器13和低壓傳感器14測(cè)得壓力。③壓力控制系統(tǒng)儀器配備精密壓力源3，壓力源有可精密控制的氣液平衡增壓器，以獲得精密的工作壓力。如圖2所示，所述壓力控制系統(tǒng)包括高壓氣源、低壓氣源、精密壓力源3和壓力表24，空氣壓縮機(jī)I和水源2分別通過管路與精密壓力源3連接，精密壓力源3通過管路與所述控制器5連接，壓力傳感器包括高壓傳感器13和低壓傳感器14 ；精密壓力源3包括養(yǎng)護(hù)壓力膠管10、輸出壓力表12、氣源截止閥15、高低壓隔離閥16、升壓速率調(diào)節(jié)閥17和壓力電源開關(guān)18。
養(yǎng)護(hù)壓力膠管10的一端設(shè)在精密壓力源3上，另一端接在養(yǎng)護(hù)壓力接頭34上，用于輸送壓力至爸體上蓋30。升壓速率調(diào)節(jié)閥17 —端接低壓氣源，另一端與高低壓隔離閥16相連通，氣源截止閥15 —端接高壓氣源，另一端與高低壓隔離閥16匯合，再通過養(yǎng)護(hù)壓力膠管10、養(yǎng)護(hù)壓力接頭34接入釜體上蓋30。輸出壓力表12和高壓傳感器13依次設(shè)置在匯合處與釜體上蓋30之間的管路上；高壓傳感器13的另一端與控制器5連接；在升壓速率調(diào)節(jié)閥17與高低壓隔離閥16之間設(shè)有低壓傳感器14 ;低壓傳感器14的另一端與控制器5連接。④管路系統(tǒng)管路系統(tǒng)傳遞工作壓力至釜體，管路上依次設(shè)置有輸出壓力表12和高壓傳感器13 ;高壓傳感器13的另一端與控制器5連接；在升壓速率調(diào)節(jié)閥17與高低壓隔離閥16之間設(shè)有低壓傳感器14 ;低壓傳感器14的另一端與控制器5連接?？刂破?分別與位移傳感器11、電熱偶9、高壓傳感器13、低壓傳感器14以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6相連；計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6、控制器5、精密壓力源3和空氣壓縮機(jī)I均與電源4連接。⑤計(jì)算機(jī)檢測(cè)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)溫度、壓力、位移信號(hào)由計(jì)算機(jī)與控制器通訊獲取，計(jì)算機(jī)將這些信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)處理，在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示，計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序顯示各曲線。本發(fā)明油井水泥高溫高壓體積膨脹收縮測(cè)試儀的操作步驟如下步驟一準(zhǔn)備工作接好壓力控制單元的氣源、電源、水源；壓力控制單元的各閥和開關(guān)均在關(guān)閉位置，接好儀器的電源，接好計(jì)算機(jī)的電源，及與儀器通訊線，打開計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制程序單元;步驟二 儀器安裝將活塞桿32擰入活塞29中，活塞桿32的上部插入到釜體上蓋30的上口 40中；排氣閥31、養(yǎng)護(hù)壓力接頭34，分別擰入釜體上蓋30的左口 39、右口 41中；將安裝好的釜體上蓋30擰入釜體28的上部；然后將釜體倒放在工具臺(tái)上。至此，將配置好的水泥漿從釜體下部注入，注入水泥漿的上表面與釜體螺紋下的臺(tái)階面相平。擰上釜體下蓋35，擰上螺桿25。翻過釜體28，將其置入加熱釜套7內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)，卡牢(如果模擬水平井中水泥漿體積膨脹，則將可轉(zhuǎn)動(dòng)工作頭8順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90度);養(yǎng)護(hù)壓力膠管10接在養(yǎng)護(hù)壓力接頭34。步驟三體積膨脹收縮的測(cè)試操作打開系統(tǒng)電源開關(guān)，打開水源2，擰松排氣閥31。注意觀察排氣閥31處一旦有水排出，即可關(guān)閉擰緊排氣閥31，關(guān)閉水源2。插好電熱偶9，打開加熱開始按鈕21。打開氣源截止閥15、高低壓隔離閥16，加壓速率調(diào)節(jié)閥17，因氣體進(jìn)入增壓缸需平衡時(shí)間，加壓速率調(diào)節(jié)閥17調(diào)節(jié)應(yīng)緩慢進(jìn)行，當(dāng)高壓快達(dá)到預(yù)定壓力之前，停止調(diào)節(jié)，觀察壓力；5分鐘后再緩慢調(diào)節(jié)一次，達(dá)到預(yù)定壓力；水泥漿按預(yù)設(shè)溫度壓力養(yǎng)護(hù)，計(jì)算機(jī)屏幕顯示測(cè)試曲線。下面通過實(shí)驗(yàn)來說明本發(fā)明的效果 圖5所示為一水泥漿體系在直井中的體積膨脹收縮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)條件為壓力llMPa，溫度90°C ;水泥漿配方為嘉華G級(jí)油井水泥+0. 5% DZH+6% FSAM+0. 44H20。圖5中的實(shí)驗(yàn)是在養(yǎng)護(hù)壓力llMPa，養(yǎng)護(hù)溫度90°C下測(cè)定的水泥漿在直井中的體積收縮率。在初始階段，隨著養(yǎng)護(hù)壓力溫度升高，水泥漿出現(xiàn)體積膨脹較室溫下水泥漿膨脹了 6%。；隨著溫度壓力趨向穩(wěn)定，水泥漿逐漸收縮以致達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的收縮量即為8%。。圖6所示為一水泥漿體系在水平井中的體積膨脹收縮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)條件為壓力15MPa，溫度100°C ;水泥漿配方為嘉華G級(jí)油井水泥+0. 5% DZH+6% FSAM+0. 44H20。圖6中實(shí)驗(yàn)是在養(yǎng)護(hù)壓力15MPa，養(yǎng)護(hù)溫度100°C下測(cè)定的水泥漿在水平井中的體積脹縮率。當(dāng)養(yǎng)護(hù)溫度達(dá)到100°c時(shí)放入水泥漿，水泥漿在養(yǎng)護(hù)過程中開始發(fā)生收縮，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)，水泥漿體系收縮量急劇增大，養(yǎng)護(hù)2h后體系的收縮量呈現(xiàn)緩慢遞增，養(yǎng)護(hù)7h時(shí)體系收縮達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的收縮量即為20. 4%。。本發(fā)明區(qū)別于其它實(shí)驗(yàn)設(shè)備的特點(diǎn)如下(一 )多功能性將測(cè)試釜體放置在加熱釜套中，加熱釜套處于豎直位置時(shí)，可以模擬直井中水泥漿的體積脹縮率；將可轉(zhuǎn)動(dòng)工作頭順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°C，使加熱釜套處于水平位置時(shí)，可以模擬水平井中水泥漿的體積脹縮率。兩種方法，便于用戶模擬不同井(直井、水平井)中的水泥漿體積脹縮率情況。( 二)直觀性利用該發(fā)明①水泥漿的膨脹收縮性能可通過與計(jì)算機(jī)相連的特殊設(shè)計(jì)位移傳感器記錄并在計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)時(shí)顯示；②水泥漿養(yǎng)護(hù)過程中的實(shí)驗(yàn)壓力和溫度通過相關(guān)傳感器傳輸?shù)接?jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示。(三)系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)程序控制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)、打印，自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。本發(fā)明旨在提供一種油井水泥高溫高壓體積膨脹收縮測(cè)試儀，能在養(yǎng)護(hù)的溫度壓力下，模擬直井、水平井中，油井水泥的體積收縮率和膨脹率，并記錄溫度壓力曲線，時(shí)間-脹縮率曲線。該油井水泥高溫高壓體積膨脹收縮測(cè)試儀主要由測(cè)試高溫高壓釜體、位移傳感器、溫度控制系統(tǒng)、精密壓力源、管路系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等六個(gè)部分組成。其主要特點(diǎn)是①可模擬直井、水平井下高溫高壓的養(yǎng)護(hù)條件實(shí)驗(yàn)壓力可調(diào)，實(shí)驗(yàn)溫度自動(dòng)控制，兩者均可實(shí)時(shí)顯示；③通過精密位移傳感器測(cè)量的水泥漿體積膨脹收縮曲線實(shí)時(shí)顯示實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)輸出并保存、自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告；⑤儀器結(jié)構(gòu)布局合理，外觀簡(jiǎn)潔。該實(shí)驗(yàn)儀器的研制成功，可模擬直井、水平井下溫度、壓力，測(cè)定水泥漿體積膨脹收縮率，宜于優(yōu)化水泥漿體系設(shè)計(jì)，因而具有十分廣闊的推廣應(yīng)用前景，能產(chǎn)生顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。上述技術(shù)方案只是本發(fā)明的一種實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言，在本發(fā)明公開了應(yīng)用方法和原理的基礎(chǔ)上，很容易做出各種類型的改進(jìn)或變形，而不僅限于本發(fā)明上述具體實(shí)施方式
所描述的方法，因此前面描述的方式只是優(yōu)選的，而并不具有限制性的意義。·
權(quán)利要求
1.一種油井水泥高溫高壓體積膨脹收縮測(cè)試儀，其特征在于所述油井水泥高溫高壓體積膨脹收縮測(cè)試儀，包括高溫高壓釜、溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、控制器(5)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(6)； 所述溫度控制系統(tǒng)包括加熱釜套(7)和電熱偶(9);所述高溫高壓釜安裝在所述加熱釜套(7)內(nèi)；加熱釜套(7)通過可轉(zhuǎn)動(dòng)工作頭(8)設(shè)置在控制器(5)的一側(cè)外壁上；通過旋轉(zhuǎn)可轉(zhuǎn)動(dòng)工作頭(8)使高溫高壓釜處于垂直狀態(tài)或水平狀態(tài)； 在所述加熱釜套(7)的上表面開有一個(gè)加熱釜套孔(19)； 所述電熱偶(9)為溫度傳感器；所述電熱偶(9)的一端插入到加熱釜套孔(19)內(nèi)，另一端連接到控制器(5)上； 在控制器(5)上連接有位移傳感器(11)，所述位移傳感器(11)的另一端與高溫高壓釜連接； 所述壓力控制系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)(I)、水源(2)、精密壓力源(3)和壓力傳感器，所述空氣壓縮機(jī)(I)和水源(2)分別通過管路與精密壓力源(3)連接，精密壓力源(3)通過管路與所述控制器(5)連接；所述壓力傳感器的一端用于測(cè)量高溫高壓釜內(nèi)的壓力，另一端與控制器(5)連接； 控制器(5)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(6)連接； 所述位移傳感器(11)采集的位移信號(hào)、電熱偶(9)采集的溫度信號(hào)和壓力傳感器采集的壓力信號(hào)分別傳遞給控制器(5)，再由控制器(5)傳遞給計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)￠)，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(6)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示各種曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的油井水泥高溫高壓體積膨脹收縮測(cè)試儀，其特征在于所述精密壓力源(3)包括養(yǎng)護(hù)壓力膠管(10)、氣源截止閥(15)、高低壓隔離閥(16)、升壓速率調(diào)節(jié)閥(17)和壓力電源開關(guān)(18)； 所述升壓速率調(diào)節(jié)閥(17) —端接低壓氣源，另一端與高低壓隔離閥(16)的一端相連通；所述氣源截止閥(15) —端接高壓氣源，另一端與高低壓隔離閥(16)的另一端匯合，所述高低壓隔離閥(16)再通過養(yǎng)護(hù)壓力膠管(10)接入高溫高壓釜，用于輸送壓力至高溫高壓釜體內(nèi)； 所述匯合處與高溫高壓釜之間的管路上依次設(shè)置有輸出壓力表(12)和高壓傳感器(13);所述高壓傳感器(13)的另一端與控制器(5)連接；在升壓速率調(diào)節(jié)閥(17)與高低壓隔離閥(16)之間設(shè)有低壓傳感器(14);所述低壓傳感器(14)的另一端與控制器(5)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的油井水泥高溫高壓體積膨脹收縮測(cè)試儀，其特征在于所述控制器(5)的外表面面板上設(shè)置有電源開關(guān)(20)、加熱開始按鈕(21)、溫度顯示器(22)、力口熱停止按鈕(23)和壓力表(24);溫度顯示器(22)用于顯示加熱釜套(7)及高溫高壓釜的溫度；壓力表(24)用于顯示高溫高壓釜內(nèi)的壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的油井水泥高溫高壓體積膨脹收縮測(cè)試儀，其特征在于所述計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)￠)、控制器(5)、精密壓力源(3)和空氣壓縮機(jī)(I)均與電源(4)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的油井水泥高溫高壓體積膨脹收縮測(cè)試儀，其特征在于所述高溫高壓釜包括釜體(28)、釜體上蓋(30)和釜體下蓋(35)；所述釜體(28)為中空結(jié)構(gòu)，所述釜體上蓋(30)安裝在所述釜體(28)上端，所述釜體下蓋(35)安裝在所述釜體(28)下端，待測(cè)試的水泥漿置于所述釜體上蓋(30)和釜體下蓋(35)之間的釜體(28)的內(nèi)腔里，在待測(cè)試的水泥漿的上方裝有活塞(29)，活塞(29)上固定有活塞桿(32)，所述活塞桿(32)的另一端穿過所述釜體上蓋(30)與所述位移傳感器(11)連接；在所述活塞(29)的上表面與釜體上蓋(30)之間有加壓腔； 所述釜體上蓋(30)為階梯軸結(jié)構(gòu)，上部為小徑段，下部為大徑段，其大徑段的外壁通過螺紋安裝在所述釜體(28)上部；在所述釜體上蓋(30)中部開有與其同軸的階梯通孔(40)，所述階梯通孔(40)的小孔徑段用于夾持活塞桿(32)，大孔徑段與釜體(28)內(nèi)腔的尺寸一致，兩者相連通構(gòu)成所述的加壓腔； 在所述釜體上蓋(30)的小徑段開有兩個(gè)與階梯通孔(40)相連通的水平孔，分別為左口(39)和右口(41);所述左口(39)上連接有養(yǎng)護(hù)壓力接頭(34)，所述養(yǎng)護(hù)壓力接頭(34)與所述養(yǎng)護(hù)壓力膠管(10)連接；所述右口(41)為堵塞孔，在堵塞孔內(nèi)裝有排氣閥(31)；所述排氣閥(31)擰入具有內(nèi)外螺紋的螺母中，然后再一起擰入右口(41)中； 在所述位移傳感器(11)的外壁上通過螺紋固定有一個(gè)連接套筒；所述連接套筒的下端內(nèi)壁通過螺紋固定到螺母(36)的上端，所述螺母(36)的下端外壁通過螺紋固定到釜體上蓋(30)的小孔徑段內(nèi)；所述位移傳感器(11)的可伸縮式位移桿位于連接套筒內(nèi)，所述活塞桿(32)穿過螺母(36)與所述可伸縮式位移桿連接，當(dāng)活塞桿(32)移動(dòng)時(shí)，可伸縮式位移桿隨之移動(dòng)； 所述釜體下蓋(35)為階梯軸結(jié)構(gòu)，其小徑段的上表面與待測(cè)試的水泥漿接觸，其大徑段的外壁通過螺紋安裝在所述釜體(28)的下部；所述釜體下蓋(35)中部開有與其同軸的通孔，在所述通孔內(nèi)裝有螺桿(25)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的油井水泥高溫高壓體積膨脹收縮測(cè)試儀，其特征在于在釜體上蓋(30)下端的環(huán)形槽內(nèi)套有上蓋膠圈(37)，實(shí)現(xiàn)釜體上蓋(30)與釜體(28)之間的密封；在階梯通孔(40)的大孔徑段與小孔徑段過渡處裝有活塞桿膠圈(33)，實(shí)現(xiàn)活塞桿(32)與釜體上蓋(30)之間的密封；在活塞(29)上裝有活塞密封圈(38)，實(shí)現(xiàn)活塞(29)與釜體(28)之間的密封；在螺桿(25)上部的環(huán)形槽內(nèi)套有螺桿膠圈(26)，實(shí)現(xiàn)螺桿(25)與釜體下蓋(35)之間的密封，在釜體下蓋(35)上部的環(huán)形槽內(nèi)套有下蓋膠圈(27)，實(shí)現(xiàn)釜體下蓋(35)與釜體(28)之間的密封。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種油井水泥高溫高壓體積膨脹收縮測(cè)試儀，屬于油井水泥用測(cè)量體積膨脹收縮裝置領(lǐng)域。所述測(cè)試儀包括高溫高壓釜、溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、控制器和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。所述測(cè)試儀能在養(yǎng)護(hù)的溫度壓力下，模擬直井、水平井中，油井水泥的體積收縮率和膨脹率，并記錄溫度壓力曲線，時(shí)間-脹縮率曲線。利用本發(fā)明，實(shí)驗(yàn)壓力可調(diào)，實(shí)驗(yàn)溫度自動(dòng)控制，而且兩者均可實(shí)時(shí)顯示；水泥漿的體積膨脹收縮曲線也能實(shí)時(shí)顯示；實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)輸出并保存、自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告；本發(fā)明的結(jié)構(gòu)布局合理，外觀簡(jiǎn)潔。
文檔編號(hào)G01N33/38GK102928578SQ201110229850
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月11日
發(fā)明者汪曉靜, 丁士東, 王其春, 楊紅歧, 劉偉, 初永濤, 常連玉, 譚春勤, 劉學(xué)鵬, 陶謙 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院