[发明专利]水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置及方法

说明书

本发明提供一种水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，包括用于盛装水泥浆的密封浆杯，在该密封浆杯上安装有用于采集水泥浆剪切波的剪切波采集装置、用于采集水泥浆纵波的纵波采集装置、用于控制密封浆杯内压力的压力控制系统、用于测量密封浆杯内水泥浆体积变化的体积采集系统、用于给水泥浆加热的加热测量装置；所述剪切波采集装置、纵波采集装置、压力控制系统、体积采集系统、加热测量装置与计算机系统连接。本发明不仅可以准确计量水泥浆在液态、塑性态、固态三个阶段的体积变化量，而且还便于监测膨胀剂主要作用在水泥浆体积收缩的哪个阶段，这对于膨胀剂的评价与优选有着重要的意义。

技术领域

本发明涉及石油钻井固井工程技术领域，尤其涉及一种水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置及方法。

背景技术

固井施工过程中，水泥浆充填于套管与井眼之间的环形空间内，凝结固化后形成的水泥环支撑井壁、保护套管、封隔油气水层。通常水泥浆本身会产生体积收缩，导致后期水泥环胶结质量得不到保证，引起层间窜流、环空带压等问题。通过监测水泥浆体积收缩的时变过程，对合理研发膨胀水泥浆体系，解决水泥浆体积收缩的问题有着重要的意义。经过多年的研究发展，国内外已经在水泥浆体积收缩测试装置上取得了长足的进步(例如：汪晓静.一种油井水泥高温高压体积膨胀收缩测试仪：CN102928578A、李宁.固井用水泥浆体积变化测试仪及测试方法：CN103245773A、张华.体积膨胀收缩率测试装置：CN205138938U等)，虽然这些装置能够实现对水泥浆体积收缩的测量，但是无法分辨出液态、塑性态、固态三个阶段水泥浆的体积收缩，目前对于水泥浆塑性收缩和硬化体收缩还没有可靠的测试手段，无法对水泥浆水化过程中液塑固三态体积变化精细有效地测试。

抑制水泥浆体积收缩较好的方法就是加入油井水泥膨胀剂，膨胀剂的种类繁多，对油井水泥来说，膨胀材料发生作用最好是在水泥浆处于塑性态时，使得水泥浆体积不收缩，在水泥浆处于固态阶段产生微膨胀，这样既减小了水泥浆的体积收缩量，又不会因后期过量膨胀破坏水泥石的内部结构。因此，需要一个体积膨胀收缩测试装置既能监测水泥浆从液态到固态整个过程体积的变化量，也能准确计量水泥浆在液态、塑性态、固态三个阶段各自的体积变化量，从而监测膨胀剂的效果主要作用在水泥浆的哪个阶段，可以更精细地对膨胀剂进行评价与优选。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种既能实现连续监测水泥浆体积的变化又能区分水化过程液塑固三个阶段的体积变化量的测试装置及方法。

一种水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，包括用于盛装水泥浆的密封浆杯，在该密封浆杯上安装有用于采集水泥浆剪切波的剪切波采集装置、用于采集水泥浆纵波的纵波采集装置、用于控制密封浆杯内压力的压力控制系统、用于测量密封浆杯内水泥浆体积变化的体积采集系统、用于给水泥浆加热的加热测量装置；

所述剪切波采集装置、纵波采集装置、压力控制系统、体积采集系统、加热测量装置与计算机系统连接。

进一步地，如上所述的水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，所述剪切波采集装置包括剪切波发射器、剪切波接收器、声波采集系统；所述纵波采集装置包括纵波发射器、纵波接收器、声波采集系统；

所述剪切波发射器、纵波发射器、的一端分别探入在水泥浆内，另一端分别与所述声波采集系统连接；纵波接收器、剪切波接收器分别安装在密封浆杯的顶盖上；所述纵波发射器、剪切波发射器分别安装在密封浆杯的底盖上。

进一步地，如上所述的水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，所述剪切波发射器、剪切波接收器、纵波发射器、纵波接收器的表面分别涂覆有一层耐高温润滑油。

进一步地，如上所述的水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，所述压力控制系统包括设置在该密封浆杯上的增压与泄压口、压力传感器、压力控制系统、置于密封浆杯内水泥浆上表面的液体介质；