[发明专利]一种油井水泥试块膨胀率测定装置

说明书

本发明公开了一种油井水泥试块膨胀率测定装置，属于水泥制备技术领域，包括底座、立柱和夹持臂，立柱的下端与底座连接，立柱的上端与夹持臂连接，其特征在于：还包括恒温箱和温控器，恒温箱固定在底座上，恒温箱的内壁连接有加热管，恒温箱的外壁连接有保温层，恒温箱的内壁上连接有热电偶，温控器分别与热电偶和加热管电连接，夹持臂上连接有百分表，恒温箱的内底壁上固定有下凹座，顶壁上固定有上凹座，所述上凹座贯穿恒温箱的顶壁与百分表连接，所述下凹座与上凹座之间嵌有标准杆。本发明能在不同环境温度下测试油井水泥试块膨胀率，为现场施工的油井水泥提供客观的数据参考，具有测量精度和准确度高的特点。

技术领域

本发明涉及到水泥制备技术领域，尤其涉及一种油井水泥试块膨胀率测定装置。

背景技术

在油气井的固井过程中，气窜是经常遇到的技术问题。目前的研究表明，有几种因素导致气窜产生，在水泥浆在凝固过程中，由于液柱压力下降、水泥石收缩、水泥浆失水等原因，在水泥环与地层之间形成环形缝隙，油气在地层压力下，沿缝隙向上窜到其他地层或井口处。特别是在高压井中、天然气井中，气窜问题更为突出、不仅严重影响油气资源的产量、污染其他地层，甚至可能造成严重的生产安全事故。为避免环形裂纹的产生，强化水泥环与地层的胶结，通常会使用拥有膨胀特性的水泥，或者在水泥中掺入膨胀剂。由于水泥石在硬化后仍能持续产生一定的体积膨胀，因此能够压缩或消除环形缝隙，从而避免气窜问题的产生。

市场上有多种膨胀水泥以及水泥膨胀剂，但目前没有统一的标准评价油井水泥石的膨胀率。文献中有对油井水泥的终凝后的膨胀率的测量，大多采用1cm×1cm×6cm试模，两端装有不锈钢钉头，将水泥浆置于目标温度水浴恒温养护至终凝后2小时脱模。冷却至25℃后用螺旋测微仪量取初始长度，在指定条件下养护至规定龄期，在25摄氏度下测定其膨胀量，这种膨胀量的测定存在如下弊端：1、养护温度与测试温度不一致，测量的膨胀率与现场水泥石的使用有差别；2、测试温度的稳定性无法保证，由高养护温度冷却到低测试温度，由此温度变化导致水泥石内部结构的变化，特别是对于温度敏感度高的膨胀水泥会显著影响；3、试模为非标准件，加工精度较高，尺寸较小，试块成型难度较大。而在建材行业中，标准JC/T 313-2009《膨胀水泥膨胀率试验方法》和JC/T 603-2004《水泥胶砂干缩试验方法》提出了明矾膨胀水泥、硅酸盐膨胀水泥、石膏矾土膨胀水泥、快凝普通水泥等膨胀水泥的膨胀率和道路硅酸盐水泥的胶砂干缩的测定方法及设备，但这些标准中，要求水泥石在20℃度条件下成型和养护，测定水泥石膨胀率时环境温度为20℃，设备也是在室内常温下测量长度的比长仪，这与油井水泥使用环境温度相差太大，水泥的膨胀组分在不同温度的特性差异较大，因此根据JC/T 313-2009及JC/T 603-2004判断油井水泥的线膨胀率不够客观，误差较大。

公开号为 CN 203551488U，公开日为2014年04月16日的中国专利文献公开了一种路面用水泥混凝土膨胀系数测试装置，其特征是，包括：能放置测试支架和水泥混凝土试件的水槽；埋置于水泥混凝土试件中，且能测试水泥混凝土试件表面以内温度和水槽中水温的温度检测器；固定于测试支架上端且与所要测试水泥混凝土试件上端面相连的线性差动位移传感器；分别与温度传感器和线性差动位移传感器相连的数据采集仪。

该专利文献公开的路面用水泥混凝土膨胀系数测试装置，由于结构设计不合理，第一，只能检测养护温度为10-50℃水泥石膨胀率，即路面用水泥混凝土的膨胀率，不能检测更高环境温度下的水泥石膨胀率；第二，需要埋置水泥混凝土试件中的温度检测器，难以回收再次利用，材料成本较高；第三，混凝土试块固定在水槽内不能移动，在测试龄期内，无法重复使用位移传感器。而油井水泥使用环境温度相差太大，水泥的膨胀组分在不同温度的特性差异较大，用该装置测试油井水泥膨胀率，得到的数据存在较大的误差，不能为现场施工的油井水泥提供客观的数据参考，致使油井水泥环与地层之间易形成环形缝隙，从而产生气窜现象，造成生产安全事故，在经济性能上面也存在不可取之处。

发明内容