[发明专利]一种带围压和水养护条件下的水泥浆膨胀收缩测试装置

说明书

本发明提供了一种带围压和水养护条件下的水泥浆膨胀收缩测试装置，包括水泥浆储存系统、温度控制系统、围压控制系统、注水养护系统和测量系统。本发明可以根据水泥凝固所处的实际工况，模拟水泥浆在带围压和水养护的井底条件，测量水泥浆的膨胀和收缩量，以此为依据，宜于优化水泥浆体系设计，有助于提高水泥施工效果。

技术领域

本发明涉及油气井固井领域，尤其涉及一种带围压和水养护条件下的水泥浆膨胀收缩测试装置。

背景技术

水泥在土木、建筑和石油工程行业得到了广泛的应用，但水泥的收缩会造成水泥凝固后的开裂，水泥在凝固期间的收缩特性严重影响到施工的效果，另外在石油工程中的固井作业中，在地层和套管之间的环空中注入水泥浆形成水泥环，以维护地层的稳定性和隔离储层内的油气，然而水泥浆体积的收缩将影响水泥环的胶结质量，甚至会形成环空间隙造成油气外泄。为克服水泥的收缩性，可通过添加膨胀剂的方式改善水泥施工的效果，但是膨胀剂的添加量需要进行准备评估，否则过度或过少的膨胀量同样会影响施工效果。因此，准确测定水泥浆的膨胀收缩量对水泥浆配方的优化设计具有重要的指导作用。

目前对于水泥浆体积膨胀收缩量的测试方法，主要包括膨胀环法、长度测量法、体积测量法。

公开号CN101059499A研发的水泥自收缩测试法，由量管、瓶塞、广口瓶和待测试样组成，该仪器能够科学反映出水泥凝固过程的收缩变化量，但无法模拟固井工程中的温度和压力等条件。公开号CN102353607A研发的一种收缩仪，可同时观测水泥浆垂直向及水平向的收缩变形，能够观测水泥石常压下体积的变化情况，但无法实现施工压力环境下的水泥浆膨胀收缩测定。CN202177628U研发的一种油井水泥高温高压体积收缩膨胀测试仪，该装置能在养护的温度压力下测试水泥浆的体积收缩率和膨胀率，但该装置无法模拟水泥浆的水养护条件。

目前，常用的测量水泥浆膨胀收缩的装置的测试多为大气压条件，对于实现施工环境中的较高的压力和水养护条件具有困难，但压力和水养护环境会影响到水泥的水化反应进程，测试条件的失真会对测试结果产生较大的误差，实现真实施工条件下的水泥浆膨胀收缩量测试极为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术之不足，本发明提供一种带围压和水养护条件下的水泥浆膨胀收缩测试装置，可有效模拟真实施工条件，考察压力和水养护环境对水泥的水化反应进程进行模拟实验。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带围压和水养护条件下的水泥浆膨胀收缩测试装置，包括水泥浆储存系统、温度控制系统、围压控制系统、注水养护系统和测量系统；所述的水泥浆储存系统包括底盘、压头和钢筒，所述的钢筒密封连接在底盘和压头之间，钢筒内壁、底盘上端面与压头下端面之间形成水泥容纳腔；所述的钢筒内部中空具有围压空腔；所述的温度控制系统包括加热带和温度传感器，所述的加热带环绕外包在钢筒外壁上，所述的温度传感器设置在水泥容纳腔内；所述的围压控制系统包括注气管线和液压泵，所述的注气管线与钢筒内的围压空腔管路联通，液压泵与注气管线连接并为其供气；所述的注水养护系统包括注水管线和伺服水泵，所述的注水管线与水泥容纳腔连通，所述的伺服水泵与注水管线连接并为其供水；所述的测量系统包括伺服压机，所述伺服压机压接在压头上方。

在上述方案中，温度控制系统为水泥浆凝固过程提供温度条件，围压控制系统为水泥浆凝固过程提供围压条件，注水养护系统为水泥浆凝固过程中提供水养护条件，测量系统则为压头施加恒定轴压，可测量水泥浆轴向位移，压头的轴向位移变化率即为水泥的膨胀/收缩率。

进一步的，为了更好地将底盘与钢筒结合并密封，所述的底盘对应钢筒位置处具有向上凸起的凸台结构，所述的钢筒外套在凸台结构周向侧面，且钢筒内壁与凸台结构的周向外壁之间通过密封圈密封。

进一步的，为了更好地将压头与钢筒顶部密封，同时便于在轴压下测量记录水泥浆变化，所述的压头滑动连接在钢筒的水泥容纳腔顶部，且压头与钢筒内壁之间通过密封圈密封。