Ячейка для формирования цементного камня в условиях высокого давления Российский патент 2025 года по МПК G01N1/28 

Изобретение относится к лабораторному оборудованию для формирования цементного камня в условиях высокого давления из тампонажных цементов с целью определения показателей механических свойств и проницаемости для различных технологических жидкостей.

Известна трехгнездовая разъемная форма (см. ГОСТ 30744-2001 Межгосударственный стандарт Цементы Методы испытаний с использованием поли фракционного песка Москва, 2002.) размером 40×40×160 мм для изготовления образцов - балочек из цементного раствора. Конструкция формы обеспечивает возможность удаления из нее отформованных образцов без повреждения. Продольные и поперечные стенки формы при закреплении плотно прилегают друг к другу и к опорной плите, не допуская вытекания воды из формы. Приспособления для разъема и чистки формы обеспечивают выполнение соответствующих операций без повреждения образцов и деталей формы. Недостатком данной конструкции является невозможность создать такое условие при формировании цементного камня, как давление, при котором формируется цементный камень в скважине.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является форма для формирования цементного камня под давлением (см. Костелов М.А., Габбасов А.Ф. Методика формирования цементного камня под давлением. - Булатовские чтения. Сборник статей - 2018. - С. 152.), которая включает обечайку с внутренней осевой полостью, в которую заливается цементный раствор и вставляется поршень с осевым каналом, заканчивающимся резьбой, в которую ввинчивается винт с уплотнением. Осевой канал в поршне обеспечивает выход воздуха и излишков цементного раствора из полости обечайки при установке в нее поршня, винт с уплотнением герметизирует полость обечайки при создании нагрузки на поршень. Давление в цементном растворе определяется величиной силы на поршень и его площади поперечного сечения. При цементировании заколонного пространства в скважине цементный раствор находится, с одной стороны, под давлением закачки, с другой, под пластовым давлением в результате контакта с породой в стенке скважины. Давление закачки больше пластового давления в результате чего происходит водоотдача из цементного раствора в горную породу. От количества воды, потерянного цементным раствором зависят показатели механических свойств, образовавшегося цементного камня, и надежность крепи скважины. Поэтому важно при исследовании рецептур цементного раствора воспроизводить как давление закачки, так и пластовое давление, а также определять водоотдачу при этих условиях. Невозможность воспроизводить пластовое давление в рассматриваемой форме для формирования цементного камня под давлением является ее недостатком.

Задача изобретения - приближение условий формирования образца цементного камня к скважинным для повышения качества цементирования скважин.

Поставленная задача достигается тем, что ячейке для формирования цементного камня, включающей обечайку с внутренней полостью, постамент, жестко соединенный с обечайкой, поршень с двумя уплотнениями, пробку и стопор, согласно предлагаемому решению на дне внутренней полости обечайки установлена решетка с отверстиями и проточкой с нижнего торца, а в боковые поверхности постамента ввинчены датчик давления и клапаны предельного давления, рабочие полости последних соединены каналами с проточкой решетки.

Устройство представляет собой прибор для формирования цементного камня на дне полости обечайки которого установлен фильтр, лежащий на решетке с осевыми отверстиями и проточкой с нижнего торца, при этом, обечайка соединена винтами с постаментом, в боковые поверхности которого ввинчены датчик давления и клапан предельного давления. Рабочие полости датчика давления и клапаны предельного давления соединены осевым и радиальными каналами в постаменте с проточкой в нижнем торце решетки. Клапан предельного давления обеспечивает выход фильтрата из-под проточки решетки в мерную емкость, если давление фильтрата превышает давление, на которое настроен клапан. Клапан предельного давления настраивается на необходимое давление вне ячейки для формирования цементного камня путем вращения регулировочного винта, ввинченного в корпус, и упирающегося в торец направления пружины, которая упирается другим концом в держатель шара, взаимодействующего с посадочным местом седла, соединенного накидной гайки с корпусом, имеющим отверстие для перелива фильтрата в мерную емкость. Величина настраиваемого давления определяется величиной деформационной характеристики пружины.

На фиг. 1 изображен общий вид ячейки для формирования цементного камня в условиях высокого давления.

На фиг. 2 изображена ячейка для формирования цементного камня в условиях высокого давления в момент заполнения ее цементным раствором.

На фиг. 3 изображена ячейка для формирования цементного камня в условиях высокого давления в момент создания давления в цементном растворе.

Стрелками показано направление движения фильтрата из цементного раствора.

Ячейка состоит (см. фиг. 1) из диска 1, стопора 2, пробки 3, уплотнения пробки 4, поршня 5 с осевым каналом 26, заканчивающимся резьбовым участком, уплотнений поршня 6, обечайки 7, внутренняя полость которой заполнена цементным раствором 8, фильтра 9, решетки 10 с осевыми отверстиями и проточкой с нижнего торца, постамента 11 с осевым отверстием 28 и двумя радиальными отверстиями 27 и 29, уплотнения обечайки 12, датчика давления 13, винтов 14, соединяющих обечайку 7 с постаментом 11, и клапаны предельного давления 15. Настраиваемый клапан предельного давления состоит из регулировочного винта 16, ввинченного в корпус 17, и упирающегося в торец направления 18, пружины 19, которая упирается одним концом в направление 18, другим в держатель 20, шара 21, взаимодействующего с держателем 20 и посадочным местом седла 23, накидной гайки 22, соединяющей корпус 17 с седлом 23, ввинченном в постамент 11. Ячейка установлена на основании 25 с мерной емкостью 24.

Устройство работает следующим образом.

Постамент 11 (см. фиг. 1) отвинчивается от обечайки 7 и к нему привинчиваются датчик давления 13 и клапан предельного давления 15. Рабочие полости датчика давления и клапаны предельного давления, а также осевой 28 и радиальные 27, 29 каналы заполняются жидкостью затворения цементного раствора. Винтами 14 обечайка 7 привинчивается к постаменту 11 и в полость обечайки устанавливается решетка 10, проточка и отверстия которой заполняются жидкостью затворения цементного раствора. На решетку 10 устанавливается фильтр 9 и полость обечайки полностью заполняется цементным раствором. Поршень 5 с двумя уплотнениями 6 (см. фиг 2) устанавливается в полость обечайки до полного погружения уплотнений 6, при этом, излишки цементного раствора истекают через осевой канал 26. Верхняя часть осевого канала 26 очищается от цементного раствора и нее устанавливается (см. фиг 3) уплотнение пробки 4, пробка 3 и ввинчивается стопор 2. На поршень 5 ставится диск 1, и на него создается нагрузка Р. При создании нагрузки Р происходит водоотделение из цементного раствора и фильтрат через каналы 28, 27, зазор между шаром 21 и седлом 23, через отверстие в корпусе 17 поступает в мерную емкость 24. Ячейка с приложенной нагрузкой Р остается па заданное время, по завершении которого сформировавшийся образец цементного камня извлекается из обечайки 7.

Изобретение относится к лабораторному оборудованию для формирования цементного камня в условиях высокого давления из тампонажных цементов. Раскрыта ячейка для формирования цементного камня, включающая обечайку с внутренней полостью, постамент, жестко соединенный с обечайкой, поршень с двумя уплотнениями, пробку и стопор, при этом на дне внутренней полости обечайки установлена решетка с отверстиями и проточкой с нижнего торца, а в боковые поверхности постамента ввинчены датчик давления и клапаны предельного давления, рабочие полости последних соединены каналами с проточкой решетки. Изобретение обеспечивает приближение условий формирования образца цементного камня к скважинным для повышения качества цементирования скважин. 3 ил.

Ячейка для формирования цементного камня, включающая обечайку с внутренней полостью, постамент, жестко соединенный с обечайкой, поршень с двумя уплотнениями, пробку и стопор, отличающаяся тем, что на дне внутренней полости обечайки установлена решетка с отверстиями и проточкой с нижнего торца, а в боковые поверхности постамента ввинчены датчик давления и клапаны предельного давления, рабочие полости последних соединены каналами с проточкой решетки.