[发明专利]体积膨胀收缩率测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种油井水泥固化类材料收缩性测定领域，特别涉及一种体积膨胀收缩率测试装置及方法。

背景技术

为了对地层中蕴藏的石油天然气资源进行开采，往往需要打井并通至待开采的目标地层，以通过井设置开采设备。所打的井在开采前一般均需要加固井壁，简称为固井。固井的一般过程包括在井中下入套管，并在井壁与套管的环空处注入、充填水泥浆等作业。通过固井作业，可以封隔油、气和水层，以使得油、气和水不互窜，从而保证开采过程中正常的油气生产。在固井过程中，由于水泥浆具有水化收缩的特性，水泥浆经硬化后形成的固井水泥环的体积会发生收缩，从而易导致井下固井水泥环出现环空间隙。当形成间隙后，油、气、水可以通过所述间隙发生互窜，因而使得固井水泥环失去层间封隔作用。

为了提高水泥环的层间封隔能力，通常需要在水泥浆体系中掺入膨胀材料，使水泥浆具有微膨胀特性，以解决水泥水化体积收缩产生的一系列问题。

当向水泥浆体系中掺入膨胀材料后，一般需要进行水泥浆体系的体积膨胀收缩率测试，以准确确定固井用的掺入膨胀材料后的水泥浆体系的体积膨胀收缩率，进而有效指导水泥浆体系设计，提高固井质量。

目前，常用的测量体积膨胀收缩率的装置为一种膨胀收缩测量仪器，其虽然可以实现测量水泥浆体系的膨胀收缩率，但由于其测试时，被测水泥浆样品与实时采集系统之间的过渡管线多会使得被测水泥浆样品在采集过程中体积上会带来较大的测试误差，从而造成最终体积膨胀收缩率存在较大误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种能准确测量体积膨胀收缩率测试装置及方法，其结构简单、操作方便。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种体积膨胀收缩率测试装置，其包括：用于容纳待测水泥样本的本体，其具有相背对的开口端和封闭的底座；用于密封所述开口端的盖体，所述盖体与所述本体密封配合后，形成一个封闭的容纳腔；所述盖体上设置有用于向所述容纳腔输入液体的注入孔，以及与所述容纳腔相连通的刻度管；所述注入孔上设置有可拆卸的密封机构；所述刻度管具有相对的第一端和第二端，所述第一端与所述容纳腔相连通，所述第二端为开口端，在所述刻度管表面设置有刻度线。

在优选的实施方式中，所述刻度管具有一中心轴线，所述装置使用时，所述刻度管的中心轴线处于铅垂位置。

在优选的实施方式中，所述盖体内表面呈半球形，所述刻度管的中心轴线设置在所述盖体的中心。

在优选的实施方式中，所述装置的内径范围为120毫米至180毫米，所述刻度管量程包括以下量程中的一种：-1毫升至+1毫升、-10毫升至+10毫升。

在优选的实施方式中，所述刻度管的精度包括以下精度中至少的一种：0.01毫升、0.1毫升，

所述刻度管的精度为0.01毫升时，其量程为-1毫升至+1毫升，其内径为3毫米；所述刻度管的精度为0.1毫升时，其量程为-10毫升至+10毫升，其内径为10毫米。

在优选的实施方式中，所述装置的材质为玻璃，所述盖体与所述本体密封配合的方式为在配合的位置设置有玻璃磨口锥形对接结构，且在所述对接结构的位置还设置有法兰结构。

在优选的实施方式中，所述注入孔具有一中心轴线，所述注入孔的中心轴线与所述刻度管的中心轴线成一锐角，所述注入孔上的密封机构包括密封盖与所述密封盖匹配的密封圈。

一种体积膨胀收缩率测试方法，包括如下步骤：

将预定体积V的水泥浆样品注入可变形的容器中；

将所述容纳有水泥浆样品的容器放入所述本体中，并向所述本体中注第一液体至溢出为止；

将所述盖体安装在所述本体上，通过所述注入孔向所述容纳腔注入所述第一液体至刻度管的0刻度位置处，记录此时装置中所注入第一液体的体积为V₁，并密封所述注入孔；

对所述装置中的水泥浆样品进行恒温养护，至水泥浆完全固化呈水泥石，记录此时装置刻度管的刻度值V₂；

计算水泥的体积膨胀收缩率，其中计算水泥的体积膨胀收缩率μ＝(V₂-V₁×μ₁)/V，其中，μ₁为所述第一液体的膨胀率，当计算的μ>0时，水泥体积膨胀；μ<0时，水泥体积收缩；μ＝0时，水泥体积既不膨胀也不收缩。