專利名稱：油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)及其測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油田固井水泥石測試領(lǐng)域，涉及一種油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)，能模擬井下靜態(tài)條件養(yǎng)護(hù)、測定水泥石不同時(shí)間的抗壓應(yīng)力應(yīng)變，以及抗壓縮應(yīng)力應(yīng)變性能。
背景技術(shù)：
目前對于水泥石抗壓縮應(yīng)力應(yīng)變的室內(nèi)測試方法較少，在很大程度上借鑒混凝土行業(yè)測試標(biāo)準(zhǔn)，測量儀器功能單一，還沒有一種集成設(shè)備能在養(yǎng)護(hù)水泥石的溫度壓力下測定水泥石的壓縮強(qiáng)度、彈性模量、應(yīng)力/應(yīng)變等技術(shù)參數(shù)，現(xiàn)有的測量設(shè)備如液壓飼服壓力機(jī)只能測定常溫常壓的水泥石抗壓強(qiáng)度，無法模擬測量井底高溫高壓條件下水泥石強(qiáng)度當(dāng)然亦不能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄。申請人通過專利檢索和文獻(xiàn)查詢，未發(fā)現(xiàn)有與本發(fā)明相類似的技術(shù)設(shè)備?，F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器及方法的說明如下目前混凝土行業(yè)內(nèi)測試抗壓強(qiáng)度、彈性模量和應(yīng)力/應(yīng)變將配好的水泥漿體注入直徑為2. Mcm，高為2. 54cm的試模中，置于指定溫度下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后，在萬能材料試驗(yàn)機(jī)上測試抗壓強(qiáng)度、彈性模量和應(yīng)力/應(yīng)變曲線(每組5個(gè)試樣，取平均值)。但是不適用于高溫高壓條件下的測試，也不能實(shí)現(xiàn)對水泥石的高溫高壓養(yǎng)護(hù)。《多功能便攜式材料試驗(yàn)機(jī)》(ZL專利號93211524.1):該發(fā)明可以完成拉伸壓縮、 剪切、扭轉(zhuǎn)等實(shí)驗(yàn)，但是不適用于高溫高壓條件下的測試，也不能實(shí)現(xiàn)對水泥石的高溫高壓養(yǎng)護(hù)。因此，現(xiàn)有技術(shù)不足之處體現(xiàn)在目前對于水泥石抗壓強(qiáng)度、應(yīng)力應(yīng)變的室內(nèi)測試方法較少，測量儀器功能單一，還沒有一種集成設(shè)備能在養(yǎng)護(hù)水泥石的同時(shí)測定水泥石的壓縮強(qiáng)度、應(yīng)力應(yīng)變等技術(shù)參數(shù)，現(xiàn)有的測量設(shè)備如YAW-300BI型液壓伺服壓力機(jī)與 CSS-2205電子萬能試驗(yàn)機(jī)都，1無法實(shí)現(xiàn)同時(shí)進(jìn)行抗壓縮強(qiáng)度測試，2并且不能用于高溫高壓條件下的測量，3也不能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄，不能反映出應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系。針對上述技術(shù)現(xiàn)狀，申請人開展了本項(xiàng)專利的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，研發(fā)了本發(fā)明，油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)及其測試方法，本發(fā)明提供一種油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀，使水泥漿在模擬井底條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，該儀器可模擬在井內(nèi)高溫高壓條件下直接測試水泥石的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線，以測試水泥石的彈性；所測試結(jié)果能夠更好地模擬井下實(shí)際情況。本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的，所采取的技術(shù)方案如下，油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括水泥壓縮測試組件，電源及壓力控制單元，溫控單元，信號控制處理單元和管路；將待測水泥注入所述水泥壓縮測試組件，所述壓力控制單元和溫控單元根據(jù)所述
5信號控制處理單元輸出的控制信號控制所述水泥壓縮測試組件的壓力和溫度；所述水泥壓縮測試組件將測試信號輸出給信號控制處理單元，得到待測水泥的壓縮應(yīng)力結(jié)果。所述管路2為空氣壓縮機(jī)1與壓力控制單元3、水源7與壓力控制單元3、油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀44與壓力控制單元3的連接工具；所述壓力源為空氣壓縮機(jī)。所述系統(tǒng)中還包括位移傳感器，所述位移傳感器設(shè)置在所述水泥壓縮測試組件中，用于測試水泥石在外壓下的微小的變形，并將形變數(shù)據(jù)輸出給所述信號控制處理單元。所述水泥壓縮測試組件包括高壓釜體和壓縮模具；所述壓縮模具設(shè)置在所述高壓釜體內(nèi)；所述高壓釜體包括位移傳感器，養(yǎng)護(hù)壓力接頭，壓頭加壓接頭，釜體上蓋，活塞，膠圈組，壓縮模具，釜體下蓋；所述位移傳感器16設(shè)置在油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀44中，連接與活塞 30上，活塞30頂入到壓縮釜體上蓋四的上口 40 ；膠圈31套在壓縮釜體上蓋四的缺槽內(nèi)；養(yǎng)護(hù)壓力接頭27擰入壓縮釜體上蓋四的右口 42 ；壓頭加壓接頭觀擰入壓縮釜體上蓋四的左口 41 ；膠圈34套在壓縮釜體下蓋 35的缺槽內(nèi)；壓縮釜體下蓋35擰到壓縮釜體33的下部；壓縮模具組合32放入壓縮釜體33 中；壓縮釜體上蓋四擰到壓縮釜體33的上部。所述壓縮模具包括壓縮模具上蓋，壓縮模具筒，模具杯底活塞和壓縮模具杯底；將模具杯底活塞38推入壓縮模具杯底39的缺口處，并一起裝在壓縮模具筒37的底部，向壓縮模具筒37中注入水泥漿，漿面至壓縮模具筒37上邊緣3-5mm，然后將壓縮模具上蓋36落在水泥面上。所述壓力控制單元包括壓力源，電源開關(guān)，壓力表組和閥門組；所述壓力表組包括輸入壓力壓表9，用于顯示空氣壓縮機(jī)1向精密壓力源3輸入的壓力大小；輸出壓力壓表8， 用于顯示精密壓力源3向油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀44中輸入的壓力大小；所述閥門組包括水源閥10，用于控制水源7輸入到精密壓力源3的水量；高壓輸出閥門11，用于控制空氣壓縮機(jī)1輸入到精密壓力源3的空氣量；加壓速率調(diào)節(jié)閥12，用于控制精密壓力源3 輸入到油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀44壓力的速率；壓力調(diào)節(jié)閥46用于控制精密壓力源3輸入到油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀44的壓力大小。所述壓力控制單元一端分別和水源，電源連接，并通過所述閥門組控制壓力和水源輸出；另一端將輸出的信號通過所述信號控制處理單元傳輸給所述水泥壓縮測試組件的端□。加壓速率可以調(diào)節(jié)范圍在0_15MPa/S。所述電熱偶17設(shè)置在油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀44中；加熱釜套18上表面有一個(gè)加熱釜套孔43 ；電熱偶17插入加熱釜套孔43中。電熱偶17主要目的是測量加熱釜套18以及壓縮釜體33的溫度，該溫度在溫度控制器19中顯示出來。所述加熱釜套18設(shè)置在操作臺45中，其作用是用來放置壓縮釜體33。所述油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀44的上部是總控面板5，下部是操作臺 45。所述溫度控制器19設(shè)置在所述信號控制處理單元中物性參數(shù)控制模塊5中，用于控制輸出溫度。
所述信號控制處理單元包括各項(xiàng)物性參數(shù)控制模塊和信號分析控制處理模塊；所述物性參數(shù)控制模塊包括溫度控制器19，用于顯示加熱釜套18以及壓縮釜體 33的溫度；壓力表20，用于顯示壓縮釜體33內(nèi)的壓力；養(yǎng)護(hù)壓力閥21，用于控制養(yǎng)護(hù)水泥漿的壓力大?。粔侯^加壓閥22，用于控制壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí)加在水泥石上的測試壓力，電源開關(guān) 23，開始加熱開關(guān)對，溫度復(fù)位開關(guān)25和停止加熱開關(guān)沈；所述物性參數(shù)控制模塊根據(jù)壓力控制單元輸入的壓力信號和信號分析控制處理模塊輸入的控制指令將輸出的高壓，養(yǎng)護(hù)，溫度控制信號輸出給所述水泥壓縮測試組件，控制其操作；所述水泥壓縮測試組件將探測的結(jié)果輸出給所述信號分析控制處理模塊，并顯示輸出。本發(fā)明另一個(gè)創(chuàng)新在于，應(yīng)用所述的壓縮應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)對油井水泥進(jìn)行測試的方法，所述方法包括如下步驟步驟一準(zhǔn)備工作接好壓力控制單元的氣源、電源、水源；壓力控制單元的各閥和開關(guān)均在關(guān)閉位置，接好儀器的電源，接好計(jì)算機(jī)的電源，及與儀器通訊線，打開計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制程序單元；步驟二 樣品制備應(yīng)用壓縮模具，所述壓縮模具包括壓縮模具上蓋、壓縮模具筒、模具杯底活塞和壓縮模具杯底；首先將所述壓縮模具筒套在壓縮模具杯底上，在彼此兩件的連接處涂凡士林油，倒入水泥漿，水泥漿面距上緣3-5毫米，放上所述壓縮模具上蓋，打開釜上蓋，將壓縮模具放入釜內(nèi)，擰上釜上蓋；將系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)壓力膠管與壓頭加壓膠管分別接到釜體上蓋的養(yǎng)護(hù)壓力接頭、壓頭加壓接頭上，擰上位移傳感器，插上熱電偶；步驟三加溫、加壓養(yǎng)護(hù)打開系統(tǒng)電源開關(guān)，打開壓力控制單元的水源閥，高壓輸出閥，打開儀器面板上的養(yǎng)護(hù)壓力閥，打開加熱開關(guān)，插好熱電偶；溫度控制進(jìn)入恒溫段時(shí)，進(jìn)行補(bǔ)壓；關(guān)閉水源閥， 打開加壓速率調(diào)節(jié)閥，再順時(shí)針方向擰壓力調(diào)節(jié)閥，因氣體進(jìn)入增壓缸需平衡時(shí)間，壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)應(yīng)緩慢進(jìn)行，當(dāng)高壓快達(dá)到預(yù)定壓力之前，停止調(diào)節(jié)，觀察壓力；5分鐘后再緩慢調(diào)節(jié)一次，達(dá)到預(yù)定壓力；水泥漿按預(yù)設(shè)溫度壓力養(yǎng)護(hù)；步驟四壓縮應(yīng)力應(yīng)變的測試操作信號分析控制處理模塊進(jìn)行步驟控制，關(guān)閉儀器養(yǎng)護(hù)壓力閥，打開壓頭加壓閥 ’關(guān)閉壓力控制單元的加壓速率調(diào)節(jié)閥，用壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)氣源壓力至0. 4Mpa;打開加壓速率調(diào)節(jié)閥，加壓即開始，計(jì)算機(jī)屏幕顯示測試曲線。本方法中輸入壓力范圍值0-69. IMPa，測試溫度范圍在25_175°C。本發(fā)明采用上述的技術(shù)方案所達(dá)到的技術(shù)效果特點(diǎn)如下(一)多功能性利用該發(fā)明①可模擬井下條件(溫度和壓力)，實(shí)現(xiàn)對水泥石的高溫高壓養(yǎng)護(hù)； ②可在高溫高壓條件下，實(shí)現(xiàn)對水泥石不同養(yǎng)護(hù)齡期的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線的評價(jià)；③可在高溫高壓條件下，測試抗壓縮強(qiáng)度。
( 二)直觀性利用該發(fā)明水泥石的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線可通過與計(jì)算機(jī)相連的特殊設(shè)計(jì)位移傳感器記錄并在計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)時(shí)顯示。(三)精密壓力源精密的壓力源可提供穩(wěn)定的壓力輸出；加壓速率可以調(diào)節(jié)(0_15MPa/S)；當(dāng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由于溫度等原因造成壓力超過設(shè)定范圍時(shí)，系統(tǒng)能自動降低壓力，實(shí)現(xiàn)壓力保護(hù)作用。(四)精密位移傳感器水泥石在壓力有微小的變形，位移傳感器就可測試出來，送入計(jì)算機(jī)處理。(五)系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)程序控制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)溫度、壓力、位移信號由計(jì)算機(jī)與控制器通訊獲取，計(jì)算機(jī)將這些信號經(jīng)數(shù)據(jù)處理，在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示，計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序顯示各曲線，自動生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 利用本發(fā)明能夠模擬井底養(yǎng)護(hù)的溫度壓力，并在此溫度壓力下連續(xù)測量油井水泥石的壓縮應(yīng)力，并記錄溫度壓力曲線，壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線。實(shí)驗(yàn)最高壓力69. IMPa,最高溫度 175°C，有利于直觀測試和對比不同水泥漿體系的抗壓縮性能，有利于進(jìn)行水泥漿配方的設(shè)計(jì)，得到滿足現(xiàn)場施工需求的水泥漿體系。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖；圖2是信號控制處理單元中物性參數(shù)控制模塊的面板示意圖；圖3是高壓釜體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是高壓釜體上蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是壓縮模具示意圖；圖6所示為實(shí)施例1水泥漿體系壓縮應(yīng)力應(yīng)變的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖；圖7所示為實(shí)施例2水泥漿體系壓縮應(yīng)力應(yīng)變的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖；下面將結(jié)合具體實(shí)施方式
加以說明。
具體實(shí)施例方式圖1是油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)圖，其中空氣壓縮機(jī)1管路系統(tǒng)2， 壓力控制單元3，電源4，物性參數(shù)控制模塊面板5，信號分析控制處理模塊6，水源7，輸出壓力壓表8，輸入壓力壓表9，水源閥10，高壓輸出閥11，加壓速率調(diào)節(jié)閥12，電源開關(guān)13，養(yǎng)護(hù)壓力膠管14，壓頭加壓膠管15，位移傳感器16，電熱偶17，加熱釜套18，加熱釜套孔43， 油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀44，操作臺45，壓力調(diào)節(jié)閥46電源4分別與壓力控制單元3、油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀44、信號分析控制處理模塊6相連；空氣壓縮機(jī)1、水源7連到壓力控制單元3上，然后連到油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀44上；油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀44與信號分析控制處理模塊6相連。油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀44的上部分為物性參數(shù)控制模塊面板5，下部為操作臺45 ；加熱釜套18設(shè)置在操作臺45中，加熱釜套18中加熱釜套孔43。養(yǎng)護(hù)壓力膠管14，壓頭加壓膠管15，位移傳感器16，電熱偶17設(shè)置在油井水泥高
8溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀44中。輸出壓力壓表8，輸入壓力壓表9、水源閥10，高壓輸出閥11，加壓速率調(diào)節(jié)閥12， 電源開關(guān)13、壓力調(diào)節(jié)閥46設(shè)置在壓力控制單元3中。圖2是信號控制處理單元中物性參數(shù)控制模塊的面板示意圖；其中，溫度控制器 19，壓力表20，養(yǎng)護(hù)壓力閥21，壓頭加壓閥22，電源開關(guān)23，開始加熱按鈕對，溫度復(fù)位按鈕 25，停止加熱按鈕沈所述物性參數(shù)控制模塊包括溫度控制器19，用于顯示加熱釜套18以及壓縮釜體 33的溫度；壓力表20，用于顯示壓縮釜體33內(nèi)的壓力；養(yǎng)護(hù)壓力閥21用于控制養(yǎng)護(hù)水泥漿的壓力大小；壓頭加壓閥22用于控制壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí)加在水泥石上的測試壓力，電源開關(guān)23， 開始加熱開關(guān)對，溫度復(fù)位開關(guān)25和停止加熱開關(guān)26。所述物性參數(shù)控制模塊根據(jù)壓力控制單元輸入的壓力信號和信號分析控制處理模塊輸入的控制指令將輸出的高壓，養(yǎng)護(hù)，溫度控制信號輸出給所述水泥拉伸測試組件，控制其操作。圖3是高壓釜體結(jié)構(gòu)示意圖；位移傳感器16連接在活塞30上，活塞30頂入到壓縮釜體上蓋四的上口 40 ；膠圈 31套在壓縮釜體上蓋四的缺槽內(nèi)；養(yǎng)護(hù)壓力膠管14連到養(yǎng)護(hù)壓力接頭27上；養(yǎng)護(hù)壓力接頭27擰入壓縮釜體上蓋四的右口 42 ；壓頭加壓膠管15連到壓頭加壓接頭觀上；壓頭加壓接頭觀擰入壓縮釜體上蓋四的左口 41 ；膠圈34套在壓縮釜體下蓋35的缺槽內(nèi)；壓縮釜體下蓋35擰到壓縮釜體33的下部；壓縮模具32放入壓縮釜體33中；壓縮釜體上蓋四擰到壓縮釜體33的上部；將壓縮釜體33落入加熱釜套18中。圖4是高壓釜體上蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；高壓釜體上蓋四的上口 40，左口 41，右口 42 ；活塞30頂入到壓縮釜體上蓋四的上口 40 ；壓頭加壓接頭28擰入壓縮釜體上蓋四的左口 41 ；養(yǎng)護(hù)壓力接頭27擰入壓縮釜體上蓋四的右口 42 ；高壓釜體上蓋四擰到壓縮釜體33的上部。圖5是壓縮模具示意圖；將模具杯底活塞38推入壓縮模具杯底39的缺口處，并一起裝在壓縮模具筒37的底部，向壓縮模具筒37中注入水泥漿，漿面至壓縮模具筒37上邊緣3-5mm，然后將壓縮模具上蓋36落在水泥面上。圖6所示為實(shí)施例1水泥漿體系壓縮應(yīng)力應(yīng)變的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)條件養(yǎng)護(hù)壓力20MPa，養(yǎng)護(hù)溫度100°C，養(yǎng)護(hù)時(shí)間2d。水泥漿配方嘉華G級油井水泥+0. 5% DZH+6% FSAM+0. 44H20實(shí)驗(yàn)分析圖6水泥石壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線，其中紅線為應(yīng)力應(yīng)變曲線。a —b水泥石進(jìn)入可壓縮階段，壓頭壓力保持2MPa不變的條件下，應(yīng)變值不斷增加；b — c段水泥石進(jìn)入彈性階段，隨著壓頭壓力升高，水泥石變形量逐漸增大，直到c點(diǎn)開始發(fā)生永久變形，即從c點(diǎn)開始水泥石被壓裂(7. 8MPa)。在b — c段水泥石發(fā)生塑性變形，此階段可知水泥石的彈性模量，即E = !
eE 彈性模量 f 單位面積的力 e 應(yīng)變(無量綱)圖7所示為實(shí)施例2水泥漿體系壓縮應(yīng)力應(yīng)變的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)條件養(yǎng)護(hù)壓力21MPa，養(yǎng)護(hù)溫度100°C，養(yǎng)護(hù)時(shí)間2d。水泥漿配方嘉華G級油井水泥+0. 5% DZH+6% FSAM+0. 44H20實(shí)驗(yàn)分析圖7水泥石壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線，A —B水泥石進(jìn)入可壓縮階段，壓頭壓力保持2MPa不變的條件下，應(yīng)變值不斷增加；B — C段水泥石進(jìn)入彈性階段，隨著壓頭壓力升高，水泥石變形量逐漸增大，直到C點(diǎn)開始發(fā)生永久變形，即從C點(diǎn)開始水泥石被壓裂 (12. 7MPa)。在B — C段水泥石發(fā)生塑性變形，此階段可知水泥石的彈性模量(E = f/e)為 507MPao根據(jù)上述實(shí)施例，說明本發(fā)明提供了一種油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)， 能在養(yǎng)護(hù)的溫度壓力下，測量油井水泥的抗壓強(qiáng)度，并記錄溫度、抗壓應(yīng)力應(yīng)變曲線。該油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀主要由高壓釜體及樣品杯、特別加壓機(jī)構(gòu)、精密測試系統(tǒng)、 精密壓力源、溫控系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)檢測及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等七部分組成。其主要特點(diǎn)是①可模擬井下高溫高壓的養(yǎng)護(hù)條件；②實(shí)驗(yàn)壓力可調(diào)，實(shí)驗(yàn)溫度自動控制，兩者均可實(shí)時(shí)顯示；③通過精密位移傳感器測量的水泥石壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線實(shí)時(shí)顯示；④實(shí)驗(yàn)驗(yàn)操作簡單，實(shí)驗(yàn)結(jié)果自動輸出并保存、自動生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告；⑤儀器結(jié)構(gòu)布局合理，外觀簡潔。該實(shí)驗(yàn)儀器的研制成功，可模擬井下溫度、壓力，測定水泥石抗壓強(qiáng)度、彈性模量、 壓縮應(yīng)力應(yīng)變，以判斷水泥石的彈性，宜于優(yōu)化水泥漿體系設(shè)計(jì)，因而具有十分廣闊的推廣應(yīng)用前景，能產(chǎn)生顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求
1.油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括水泥壓縮測試組件，電源及壓力控制單元，溫控單元，信號控制處理單元和管路；所述信號控制處理單元為油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀；將待測水泥注入所述水泥壓縮測試組件，所述壓力控制單元和溫控單元根據(jù)所述信號控制處理單元輸出的控制信號控制所述水泥壓縮測試組件的壓力和溫度；所述水泥壓縮測試組件將測試信號輸出給信號控制處理單元，得到待測水泥的壓縮應(yīng)力結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)中還包括位移傳感器，所述位移傳感器設(shè)置在所述水泥壓縮測試組件中，用于測試水泥石在外壓下的微小的變形，并將形變數(shù)據(jù)輸出給所述信號控制處理單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)，其特征在于，所述水泥壓縮測試組件包括高壓釜體和壓縮模具；所述壓縮模具設(shè)置在所述高壓釜體內(nèi)；所述高壓釜體包括位移傳感器(16)，養(yǎng)護(hù)壓力膠管(14)，壓頭加壓膠管(15)，養(yǎng)護(hù)壓力接頭(27)，壓頭加壓接頭(觀)，壓縮釜體上蓋( )，活塞(30)，膠圈組(31) (34)，壓縮模具(32)，壓縮釜體(33)，壓縮釜體下蓋(35)；所述位移傳感器(16)設(shè)置在油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀G4)中，所述位移傳感器(16)與活塞(30)連接，所述活塞(30)頂入到壓縮釜體上蓋09)的上口 00)；膠圈(31)套在壓縮釜體上蓋09)的缺槽內(nèi)；養(yǎng)護(hù)壓力膠管(14)連到養(yǎng)護(hù)壓力接頭 (27)上；養(yǎng)護(hù)壓力接頭(XT)擰入壓縮釜體上蓋09)的右口 0 ；壓頭加壓膠管(1 連到壓頭加壓接頭08)上；壓頭加壓接頭08)擰入壓縮釜體上蓋09)的左口 ；膠圈(34) 套在壓縮釜體下蓋(3 的缺槽內(nèi)；壓縮釜體下蓋(3 擰到壓縮釜體(3 的下部；壓縮模具(3 放入壓縮釜體(3 中；壓縮釜體上蓋09)擰到壓縮釜體(3 的上部；所述壓縮模具包括壓縮模具上蓋(36)，壓縮模具筒(37)，模具杯底活塞(38)和壓縮模具杯底(39)；將模具杯底活塞(38)推入壓縮模具杯底(39)的缺口處，并共同組裝在壓縮模具筒 (37)的底部，所述壓縮模具上蓋(36)落在水泥面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力控制單元包括壓力源，電源開關(guān)，壓力表組和閥門組；所述壓力表組包括輸入壓力壓表(9)，用于顯示空氣壓縮機(jī)(1)向精密壓力源C3)輸入的壓力大??；輸出壓力壓表 (8)，用于顯示精密壓力源(3)向油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀G4)中輸入的壓力大??；所述閥門組包括水源閥(10)，用于控制水源(7)輸入到精密壓力源(3)的水量；高壓輸出閥門(11)，用于控制空氣壓縮機(jī)(1)輸入到精密壓力源(3)的空氣量；加壓速率調(diào)節(jié)閥 (12)，用于控制精密壓力源C3)輸入到油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀G4)壓力的速率；壓力調(diào)節(jié)閥G6)用于控制精密壓力源C3)輸入到油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀 (44)的壓力大??；所述壓力控制單元一端分別和水源，電源連接，并通過所述閥門組控制壓力和水源輸出；另一端將輸出的信號通過所述信號控制處理單元傳輸給所述水泥壓縮測試組件的端
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)，其特征在于，加壓速率可以調(diào)節(jié)范圍在0_15MPa/S。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)，其特征在于， 所述溫控單元包括熱電偶(17)、加熱釜套(18)、溫度控制器(19)；所述電熱偶(17)設(shè)置在油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀G4)中；加熱釜套(18)上表面有一個(gè)加熱釜套孔G3)；電熱偶(17)插入加熱釜套孔G3)中；電熱偶(17)用于測量加熱釜套(18)以及壓縮釜體(3 的溫度，該溫度在溫度控制器(19)中顯示出來；所述油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀G4)的上部是總控面板(5)，下部是操作臺 (45)；所述加熱釜套(18)設(shè)置在操作臺0 中，其作用是用來放置壓縮釜體(33)； 所述溫度控制器(19)設(shè)置在所述信號控制處理單元中物性參數(shù)控制模塊( 中，用于顯示輸出溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)，其特征在于， 所述信號控制處理單元包括各項(xiàng)物性參數(shù)控制模塊和信號分析控制處理模塊；所述物性參數(shù)控制模塊包括溫度控制器(19)，用于顯示加熱釜套(18)以及壓縮釜體 (33)的溫度；壓力表00)用于顯示壓縮釜體(33)內(nèi)的壓力；養(yǎng)護(hù)壓力閥用于控制養(yǎng)護(hù)水泥漿的壓力大??；壓頭加壓閥02)用于控制壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí)加在水泥石上的測試壓力，電源開關(guān)(23)，開始加熱開關(guān)(M)，溫度復(fù)位開關(guān)05)和停止加熱開關(guān)06)；所述物性參數(shù)控制模塊根據(jù)壓力控制單元輸入的壓力信號和信號分析控制處理模塊輸入的控制指令將輸出的高壓，養(yǎng)護(hù)，溫度控制信號輸出給所述水泥壓縮測試組件，控制其操作；所述水泥壓縮測試組件將探測的結(jié)果輸出給所述信號分析控制處理模塊，并顯示輸出ο
8.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)，其特征在于，所述管路( 為空氣壓縮機(jī)(1)與壓力控制單元(3)、水源(7)與壓力控制單元(3)、 油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變儀G4)與壓力控制單元(3)的連接通路； 所述壓力源為空氣壓縮機(jī)。
9.應(yīng)用權(quán)利要求1 8所述的壓縮應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)對油井水泥進(jìn)行測試的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟步驟一準(zhǔn)備工作接好壓力控制單元的氣源、電源、水源；壓力控制單元的各閥和開關(guān)均在關(guān)閉位置，接好儀器的電源，接好計(jì)算機(jī)的電源，及與儀器通訊線，打開計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制程序單元； 步驟二 樣品制備應(yīng)用壓縮模具，所述壓縮模具包括壓縮模具上蓋、壓縮模具筒、模具杯底活塞和壓縮模具杯底；首先將所述壓縮模具筒套在壓縮模具杯底上，在彼此兩件的連接處涂凡士林油，倒入水泥漿，水泥漿面距上緣3-5毫米，放上所述壓縮模具上蓋，打開釜上蓋，將壓縮模具放入釜內(nèi)，擰上釜上蓋；將系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)壓力膠管與壓頭加壓膠管分別接到釜體上蓋的養(yǎng)護(hù)壓力接頭、壓頭加壓接頭上，擰上位移傳感器，插上熱電偶； 步驟三加溫、加壓養(yǎng)護(hù)打開系統(tǒng)電源開關(guān)，打開壓力控制單元的水源閥，高壓輸出閥，打開儀器面板上的養(yǎng)護(hù)壓力閥，打開加熱開關(guān)，插好熱電偶；溫度控制進(jìn)入恒溫段時(shí)，進(jìn)行補(bǔ)壓；關(guān)閉水源閥，打開加壓速率調(diào)節(jié)閥，再順時(shí)針方向擰壓力調(diào)節(jié)閥，因氣體進(jìn)入增壓缸需平衡時(shí)間，壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)應(yīng)緩慢進(jìn)行，當(dāng)高壓快達(dá)到預(yù)定壓力之前，停止調(diào)節(jié)，觀察壓力；5分鐘后再緩慢調(diào)節(jié)一次，達(dá)到預(yù)定壓力；水泥漿按預(yù)設(shè)溫度壓力養(yǎng)護(hù)； 步驟四壓縮應(yīng)力應(yīng)變的測試操作信號分析控制處理模塊進(jìn)行步驟控制，關(guān)閉儀器養(yǎng)護(hù)壓力閥，打開壓頭加壓閥；關(guān)閉壓力控制單元的加壓速率調(diào)節(jié)閥，用壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)氣源壓力至0. 4Mpa ；打開加壓速率調(diào)節(jié)閥，加壓即開始，計(jì)算機(jī)屏幕顯示測試曲線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測試的方法，其特征在于，輸入壓力范圍值0-69. IMPa，測試溫度范圍在25-175°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種油井水泥高溫高壓壓縮應(yīng)力應(yīng)變系統(tǒng)，系統(tǒng)包括水泥壓縮測試組件，電源及壓力控制單元，溫控單元，信號控制處理單元和管路；利用本發(fā)明能夠模擬井底養(yǎng)護(hù)的溫度壓力，并在此溫度壓力下連續(xù)測量油井水泥石的壓縮應(yīng)力，并記錄溫度壓力曲線，壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線。有利于直觀測試和對比不同水泥漿體系的抗壓縮性能，有利于進(jìn)行水泥漿配方的設(shè)計(jì)，得到滿足現(xiàn)場施工需求的水泥漿體系。
文檔編號G01K7/02GK102401769SQ20101027784
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者丁士東, 初永濤, 常連玉, 桑來玉, 汪曉靜 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院