[发明专利]固井用水泥浆体积变化测试仪及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量领域，特别涉及一种固井用水泥浆体积变化测试仪及测试方法。

背景技术

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1inch×1inch×Ⅱ1/4inch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+/-0.001inch）。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。

发明内容

本发明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，本发明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。

根据本发明的另一个方面，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1；

将所述内热电偶9从所述釜盖1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；