體積膨脹收縮率測(cè)試裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種油井水泥固化類材料收縮性測(cè)定領(lǐng)域，特別涉及一種體積膨脹收縮率測(cè)試裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了對(duì)地層中蘊(yùn)藏的石油天然氣資源進(jìn)行開(kāi)采，往往需要打井并通至待開(kāi)采的目標(biāo)地層，以通過(guò)井設(shè)置開(kāi)采設(shè)備。所打的井在開(kāi)采前一般均需要加固井壁，簡(jiǎn)稱為固井。固井的一般過(guò)程包括在井中下入套管，并在井壁與套管的環(huán)空處注入、充填水泥漿等作業(yè)。通過(guò)固井作業(yè)，可以封隔油、氣和水層，以使得油、氣和水不互竄，從而保證開(kāi)采過(guò)程中正常的油氣生產(chǎn)。在固井過(guò)程中，由于水泥漿具有水化收縮的特性，水泥漿經(jīng)硬化后形成的固井水泥環(huán)的體積會(huì)發(fā)生收縮，從而易導(dǎo)致井下固井水泥環(huán)出現(xiàn)環(huán)空間隙。當(dāng)形成間隙后，油、氣、水可以通過(guò)所述間隙發(fā)生互竄，因而使得固井水泥環(huán)失去層間封隔作用。
[0003]為了提高水泥環(huán)的層間封隔能力，通常需要在水泥漿體系中摻入膨脹材料，使水泥漿具有微膨脹特性，以解決水泥水化體積收縮產(chǎn)生的一系列問(wèn)題。
[0004]當(dāng)向水泥漿體系中摻入膨脹材料后，一般需要進(jìn)行水泥漿體系的體積膨脹收縮率測(cè)試，以準(zhǔn)確確定固井用的摻入膨脹材料后的水泥漿體系的體積膨脹收縮率，進(jìn)而有效指導(dǎo)水泥漿體系設(shè)計(jì)，提高固井質(zhì)量。
[0005]目前，常用的測(cè)量體積膨脹收縮率的裝置為一種膨脹收縮測(cè)量?jī)x器，其雖然可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量水泥漿體系的膨脹收縮率，但由于其測(cè)試時(shí)，被測(cè)水泥漿樣品與實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)之間的過(guò)渡管線多會(huì)使得被測(cè)水泥漿樣品在采集過(guò)程中體積上會(huì)帶來(lái)較大的測(cè)試誤差，從而造成最終體積膨脹收縮率存在較大誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種能準(zhǔn)確測(cè)量體積膨脹收縮率測(cè)試裝置及方法，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。
[0007]本發(fā)明的上述目的可采用下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0008]—種體積膨脹收縮率測(cè)試裝置，其包括:用于容納待測(cè)水泥樣本的本體，其具有相背對(duì)的開(kāi)口端和封閉的底座；用于密封所述開(kāi)口端的蓋體，所述蓋體與所述本體密封配合后，形成一個(gè)封閉的容納腔；所述蓋體上設(shè)置有用于向所述容納腔輸入液體的注入孔，以及與所述容納腔相連通的刻度管；所述注入孔上設(shè)置有可拆卸的密封機(jī)構(gòu)；所述刻度管具有相對(duì)的第一端和第二端，所述第一端與所述容納腔相連通，所述第二端為開(kāi)口端，在所述刻度管表面設(shè)置有刻度線。
[0009]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述刻度管具有一中心軸線，所述裝置使用時(shí)，所述刻度管的中心軸線處于鉛垂位置。
[0010]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述蓋體內(nèi)表面呈半球形，所述刻度管的中心軸線設(shè)置在所述蓋體的中心。
[0011]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述裝置的內(nèi)徑范圍為120毫米至180毫米，所述刻度管量程包括以下量程中的一種:-1暈升至+1暈升、-?ο暈升至+10暈升。
[0012]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述刻度管的精度包括以下精度中至少的一種:0.01毫升、0.1暈升，
[0013]所述刻度管的精度為0.01暈升時(shí)，其量程為-1 _升至+1暈升，其內(nèi)徑為3暈米；所述刻度管的精度為0.1毫升時(shí)，其量程為-10毫升至+10毫升，其內(nèi)徑為10毫米。
[0014]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述裝置的材質(zhì)為玻璃，所述蓋體與所述本體密封配合的方式為在配合的位置設(shè)置有玻璃磨口錐形對(duì)接結(jié)構(gòu)，且在所述對(duì)接結(jié)構(gòu)的位置還設(shè)置有法蘭結(jié)構(gòu)。
[0015]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述注入孔具有一中心軸線，所述注入孔的中心軸線與所述刻度管的中心軸線成一銳角，所述注入孔上的密封機(jī)構(gòu)包括密封蓋與所述密封蓋匹配的密封圈。
[0016]一種體積膨脹收縮率測(cè)試方法，包括如下步驟:
[0017]將預(yù)定體積V的水泥漿樣品注入可變形的容器中；
[0018]將所述容納有水泥漿樣品的容器放入所述本體中，并向所述本體中注第一液體至溢出為止;
[0019]將所述蓋體安裝在所述本體上，通過(guò)所述注入孔向所述容納腔注入所述第一液體至刻度管的O刻度位置處，記錄此時(shí)裝置中所注入第一液體的體積為V1,并密封所述注入孔；
[0020]對(duì)所述裝置中的水泥漿樣品進(jìn)行恒溫養(yǎng)護(hù)，至水泥漿完全固化呈水泥石，記錄此時(shí)裝置刻度管的刻度值V2;
[0021]計(jì)算水泥的體積膨脹收縮率，其中計(jì)算水泥的體積膨脹收縮率μ = (V2-V1X μ》/V，其中，μ i為所述第一液體的膨脹率，當(dāng)計(jì)算的μ >0時(shí)，水泥體積膨脹；μ〈O時(shí)，水泥體積收縮；μ = O時(shí)，水泥體積既不膨脹也不收縮。
[0022]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，對(duì)所述裝置中的水泥漿樣品進(jìn)行恒溫養(yǎng)護(hù)前，在所述裝置中第一液體的上表面加入I毫升至2毫升第二液體，所述第二液體的密度小于所述第一液體。
[0023]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在所述方法中，所述刻度管的量程為-10毫升至+10毫升，精度為0.1毫升、內(nèi)徑為10毫米；當(dāng)所述刻度管測(cè)量的體積變化在-1毫升至+1毫升以內(nèi)時(shí)，更換量程為-1毫升至+1毫升，精度為0.01毫升，內(nèi)徑為3毫升的刻度管進(jìn)行測(cè)量。
[0024]本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是:所述體積膨脹收縮率測(cè)試裝置通過(guò)設(shè)置用于容納待測(cè)水泥樣本的本體，其具有相背對(duì)的開(kāi)口端和封閉的底座；用于密封所述開(kāi)口端的蓋體，所述蓋體與所述本體密封配合后，形成一個(gè)封閉的容納腔；所述蓋體上設(shè)置有用于向所述容納腔輸入液體的注入孔，以及與所述容納腔相連通的刻度管；所述注入孔上設(shè)置有可拆卸的密封機(jī)構(gòu)，所述刻度管具有相對(duì)的第一端和第二端，所述第一端與所述容納腔相連通，所述第二端為開(kāi)口端，在所述刻度管表面設(shè)置有刻度線，在使用時(shí)，可以通過(guò)所述刻度管直接讀出待測(cè)水泥體積變化的量，進(jìn)而可以獲得水泥體積膨脹收縮率，使用過(guò)程中，整個(gè)水泥樣品處于封閉的容納腔內(nèi)，相對(duì)于現(xiàn)有的膨脹收縮測(cè)量而言，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，避免了現(xiàn)有的儀器過(guò)渡管線多帶來(lái)較大的測(cè)試誤差，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本申請(qǐng)一個(gè)實(shí)施方式中體積膨脹收縮率測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是本申請(qǐng)一個(gè)實(shí)施方式中體積膨脹收縮率測(cè)試裝置的剖視圖；
[0027]圖3是本申請(qǐng)一個(gè)實(shí)施方式中體積膨脹收縮率測(cè)試裝置局部放大圖；
[0028]圖4是本申請(qǐng)一個(gè)實(shí)施方式中體積膨脹收縮率測(cè)試方法的步驟流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落入本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
[0030]本發(fā)明提供一種能準(zhǔn)確測(cè)量體積膨脹收縮率測(cè)試裝置及方法，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。
[0031]請(qǐng)一并參閱圖1和圖2，本申請(qǐng)所述體積膨脹收縮率測(cè)試裝置包括:用于容納待測(cè)水泥樣本的本體1，其具有相背對(duì)的開(kāi)口端12和封閉的底座11 ;用于密封所述開(kāi)口端12的蓋體2，所述蓋體2與所述本體I密封配合后，形成一個(gè)封閉的容納腔20 ;所述蓋體2上設(shè)置有用于向所述容納腔20輸入液體的注入孔30，以及與所述容納腔20相連通的刻度管3 ;所述注入孔30上設(shè)置有可拆卸的密封機(jī)構(gòu)，所述刻度管3具有相對(duì)的第一端31和第二端32，所述第一端31與所述容納腔20相連通，所述第二端32為開(kāi)口端，在所述刻度管3表面設(shè)置有刻度線。
[0032]本申請(qǐng)實(shí)施方式中，所述體積膨脹收縮率測(cè)試裝置通過(guò)設(shè)置用于容納待測(cè)水泥樣本的本體I，其具有相背對(duì)的開(kāi)口端12和封閉的底座11 ;用于密封所述開(kāi)口端12的蓋體2，所述蓋體2與所述本體I密封配合后，形成一個(gè)封閉的容納腔20 ;所述蓋體2上設(shè)置有用于向所述容納腔20輸入液體的注入孔30，以及與所述容納腔20相連通的刻度管3 ;所述注入孔30上設(shè)置有可拆卸的密封機(jī)構(gòu)，所述刻度管3具有相對(duì)的第一端31和第二端32，所述第一端31與所述容納腔20相連通，所述第二端32為開(kāi)口端，在所述刻度管3表面設(shè)置有刻度線，在使用時(shí)，可以通過(guò)所述刻度管3直接讀出待測(cè)水泥體積變化的量，進(jìn)而可以獲得水泥體積膨脹收縮率，使用過(guò)程中，整個(gè)水泥樣品處于封閉的容納腔20內(nèi)，相對(duì)于現(xiàn)有的膨脹收縮測(cè)量而言，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，避免了現(xiàn)有的一起過(guò)渡管線多帶來(lái)較大的測(cè)試誤差，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確。
[0033]在本實(shí)施方式中，所述刻度管3的第一端31與所述容納腔20相連通，所述第二端32為開(kāi)口端，當(dāng)通過(guò)注入孔30向所述容納腔20注入液體時(shí)，容納腔20內(nèi)的空氣能夠從第二端32排出，從而保證整個(gè)裝置測(cè)量的準(zhǔn)確性。
[0034]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述刻度管3具有一中心軸線，所述體積膨脹收縮率測(cè)試裝置使用時(shí)，所述刻度管3的中心軸線處于鉛垂位置。
[0035]在本實(shí)施方式中所述刻度管3上的刻度線為體積刻度線，通過(guò)所述刻度管3內(nèi)液體的變化，可以直接反應(yīng)體積膨脹收縮率測(cè)試裝置中的水泥樣品的體積變化。所述刻度管3具有一中心軸線，當(dāng)所述體積膨脹收縮率測(cè)試裝置使用時(shí)，所述中心軸線處于鉛垂位置，以便于體積膨脹收縮率測(cè)試裝置中的水泥樣品的體積變化能夠通過(guò)所述刻度管3內(nèi)的液體升高或降低的刻度變化讀出。
[0036]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述體積膨脹收縮率測(cè)試裝置的內(nèi)徑范圍為120毫米至180毫米，所述刻度管3量程包括以下量程中的一種:_1毫升至+1毫升、-10毫升至+10毫升。所述刻度管3的精度包括以下精度中的至少一種:0.01毫升、0.1毫升。所述刻度管3的精度為0.01毫升時(shí)，其量程為-1毫升至+1毫升，其內(nèi)徑為3毫米。所述刻度管3的精度為0.1 _升時(shí)，其量程為-10 _升至+10 _升，其內(nèi)徑為10暈米。
[0037]在本實(shí)施方式中，所述體積膨脹收縮率測(cè)試裝置整體中可呈一端開(kāi)口的中空筒體結(jié)構(gòu)。例如可以為常見(jiàn)的廣口瓶的形式。當(dāng)然，所述體積膨脹收縮率測(cè)試裝置的形狀還可以為其他任意形式，本發(fā)明在此并不作具體的限定。所述體積膨脹收縮率測(cè)試裝置的內(nèi)徑可為120毫米至180毫米，以便于操作人員單手伸入放置水泥樣品或取出水泥樣品。當(dāng)所述體積膨脹收縮率測(cè)試裝置的內(nèi)徑過(guò)大時(shí)，所述蓋體2與本體I之間的密封口徑會(huì)相應(yīng)增大，相應(yīng)的制作工藝越難，成本也越高。
[0038]在本實(shí)施方式中，所述刻度管3的量程可根據(jù)普通純水泥收縮最大量來(lái)確定。一般的，普通純水泥的收縮率為5%，當(dāng)為200ml (毫升)