[发明专利]一种在高温高压下测量水泥浆初终凝时间的装置及方法

说明书

本发明涉及一种在高温高压下测量水泥浆初终凝时间的装置及方法。该装置由浆杯1、加热套2、保温套3、外筒4、上探针筒体5、连通阀杆6、下探针筒体7、温控系统8、电导率测试仪11、进液阀14、储液器16、进气阀18、压力调节器19、氮气瓶20组成。该方法包括：1）通过调节温控系统，设置实验所需温度；2）将水泥浆装入浆杯中，通过液压装置调节实验所需压力；3）通过电导率测试仪监测水泥浆电导率的变化；4）当电导率数值开始下降时水泥浆中水化产物开始形成，此时为水泥浆的初凝时间，当电导率出现急剧下降时，水泥浆孔隙体积迅速下降，到达终凝时间。本发明能够测量地层温度、压力下油井水泥浆的凝结时间，有利于水泥浆的性能研究。

技术领域

本发明涉及石油钻井工程领域固井工程中一种在高温高压下测量水泥浆初终凝时间的装置及方法。

背景技术

油气井水泥浆是固井中使用的工作液，在下套管注水泥浆的过程中，水泥浆要上返至一定高度后形成水泥石，用来封隔地层和套管、阻止地层流体的侵入，保证后期射孔、开采的顺利进行。但在固井中，水泥浆的凝结时间作为水泥浆性能的重要指标，凝结时间过长将导致环空带压、水泥环完整性破坏、固井质量差等。现有的检测水泥浆凝结时间的装置主要包括手持式维卡仪、嵌入式全自动控制检测装置，手持式维卡仪测量通过观察水泥标准滑动杆在卡尺上的刻度来判断水泥浆的初终凝时间，嵌入式全自动控制检测装置通过在恒温恒湿箱内安装测试碗转动装置和测试针提起与下落装置，对水泥浆进行升温及凝结时间测量。

凝结时间的测量在混凝土的研究中较为重要，混凝土凝结时间的测量方法有电学法、稠度法、声波法、热量法、力学法等。电学法、声波法和热量法测量拌合物的电阻、波速和温度随水泥拌合物的时间变化规律，随着水泥凝结过程的发展这些物理量都有一个量的突变，这些突变点为水泥凝结的初凝和终凝；稠度法的测量仪器有改良维卡针和贯入棒，力学法包括贯入阻力法和拔出强度法等，贯入阻力法、拔出强度法和维卡仪法通过所测物理量（阻力、粘结强度和沉降量）的大小来判断水泥的初凝和终凝。

目前对水泥浆凝结时间的研究存在明显的不足：（1）实验中温度普遍较低，且未能加入压力对水泥浆凝结性能的影响；（2）通过电学法测试时，常常对浆体滤液、悬浮液进行电导率的测试，这与对水泥浆浆体进行直接测量存在较大误差。

目前的方法无法真实地反映出油井水泥浆在顶替到位后，水泥浆的凝结时间变化。因此，研究一种能够有效地模拟地层温度、压力的油井水泥浆凝结时间的检测装置，有利于现场固井侯凝时间的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在高温高压下测量水泥浆初终凝时间的装置，该装置原理可靠，操作简便，能够模拟、测量地层温度、压力下油井水泥浆的凝结时间，有利于水泥浆的性能研究，从而提高固井质量。

本发明的另一目的还在于提供利用上述装置对水泥浆初终凝时间进行测量的方法，该方法能够进行水泥浆在不同温度、不同压力条件下的初终凝时间测试，克服了现有技术的缺陷，更真实、准确地反应水泥浆在顶替到位后的情况，有效解决水泥浆在高温高压条件下初终凝时间的测试问题。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种在高温高压下测量水泥浆初终凝时间的装置，由浆杯、加热套、保温套、外筒、上探针筒体、连通阀杆、下探针筒体、温控系统、电导率测试仪、进液阀、储液器、进气阀、压力调节器、氮气瓶组成。

所述浆杯包括杯体、顶盖、底盖、上探针筒体、下探针筒体、膜片支撑、橡胶隔膜和玻璃纤维管，顶盖和底盖分别通过螺纹连接在杯体上下两端，顶盖、底盖和杯体的螺纹连接处均有密封圈，玻璃纤维管紧贴杯体内壁，顶盖中心设置上探针筒体，上探针筒体与顶盖之间有橡胶套和接头，与杯体之间有橡胶隔膜，其探针深入杯体，顶盖与橡胶隔膜之间有膜片支撑；底盖中心设置下探针筒体，下探针筒体与底盖之间有橡胶套和接头，与杯体之间有橡胶隔膜，其探针深入杯体；上、下探针与电导率测试仪的两个电极相连，自动记录水泥浆的电导率，实现高温高压下水泥浆初终凝时间的测量。