Стенд для моделирования процесса передачи избыточного давления на поверхность обсадных труб через цементную оболочку в интервале многолетнемерзлых горных пород Советский патент 1992 года по МПК E21B36/00 G01N3/00 

Известен также стенд для изучения процесса затвердевания жидкости в замкнутом объеме при отрицательной температуре, который содержит холодильную камеру, автоклав с крышкой и днищем, тензодатчики давления, симметрично нанесенные на боковую поверхность автоклава и соединенные с источником тока и регистрирующим прибором, термопару. Крышка и днище автоклава снабжены колпаком из теплоизолирующего материала.

Недостатком известных исследовательских стендов является отсутствие датчиков давления на крышке и днище автоклава, что не позволяет определить величину избыточного давления передаваемого через образец цементного камня. Другим недостатком является отсутствие теплоизоляции на боковой поверхности автоклава, что приводит к искажению картины распространения фронта промерзания, а отсутствие в конструкции стендов гидравлического пресса не позволяет создавать в полости автоклава избыточное давление, соответствующее гидростатическому давлению водосодержа- щей жидкости в интервале залегания ММП.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является стенд, включающий холодильную камеру, автоклав с крышкой и днищем, датчики давления, размещенные на крышке автоклава, регистрирующий прибор, гидравлический пресс и напорную линию подачи давления в полость автоклава.

Однако отсутствие слоя теплоизоляционного материала на боковой поверхности автоклава приводит к искажению картины распространения фронта промерзания,что влияет на процесс передачи избыточного давления вследствие интенсивного льдообразования в порах цементного камня, изменения его проницаемости, а отсутствие датчиков давления на днище автоклава не позволяет определить величину избыточного давления, передаваемого через цементный камень. Все это ограничивает возможности исследовательского стенда по исследованию процесса передачи избыточного давления через цементный камень при отрицательной температуре.

Цель изобретения - расширение экспериментальных возможностей стенда, что позволит разработать требования к тампо- нажному материалу, его свойствам для цементирования скважин в интервале ММП.

Указанная цель достигается тем, что стенд для моделирования процесса передачи избыточного давления на поверхность обсадных труб через цементную оболочку в интервале ММП, включающий в себя холодильную камеру, автоклав с крышкой и днищем, датчики давления, размещенные на крышке автоклава, регистрирующий прибор, гидравлический пресс и напорную линию подачи давления в полость автоклава, снабжен расположенным на боковой поверхности автоклава слоем теплоизоляционного материала и дополнительными датчиками давления, установленными на

днище автоклава.

На чертеже представлен автоклав, вертикальное сечение.

Стенд для моделирования процесса передачи избыточного давления на поверхность обсадных труб через цементную оболочку в интервале ММП содержит холодильную камеру (не показана), автоклав 1, оснащенный съемными крышкой 2 и днищем 3, слой 4 теплоизоляционного материала, которым снабжена внешняя боковая поверхность автоклава 1, датчики 5 давления, размещенные на поверхности днища 3 и крышки 2, источник 6 тока и термопару 7. Источник 6 тока соединен с датчиками давления. Сигнал от датчиков 5 и термопары 7 записывается многоканальным регистриру- . ющим прибором 8. В крышке 2 автоклава выполнен канал 9, который соединен с напорной линией гидравлического пресса

снабженной запорным краном 10, Соедини тельные провода датчиков 5 давления выведены из внутренней полости автоклава 1 с помощью гермовводов 11.

Стенд работает следующим образом.

На автоклаве 1 монтируется днище 3 с датчиками 5 давления. Затем автоклав помещается в холодильную камеру. Полость автоклава 1 заполняется идследуемым там- понажным раствором на высоту Н, которую,

например, можно определить по формуле

н -5,

где DC средний диаметр скважины, м; Он - диаметр наружной поверхности обсадной трубы, м.

Остальной объем полости автоклава 1 заполняется водосодержащей жидкостью, которой может быть заполнена каверна в скважине (например, промывочной жидкостью). Полость автоклава 1 герметизируется крышкой 2. Выводы датчиков 5 давления, размещенных на крышке 2 и днище 3, соединяют с источником 6 тока и регистрирующим прибором 8. Термопару 7 также

подключают к одному из каналов регистрирующего прибора 8. Канал 9 соединяется с напорной линией гидравлического пресса (кран 10 при этом открыт). С помощью гидравлического пресса во внутренней полости

автоклава создается избыточное давление требуемой величины, которое определяется с помощью датчиков 5 давления, и запорный кран 10 закрывают.

Затем закрывают холодильную камеру. С помощью терморегулятора в холодильной камере создают температурный режим, моделирующий процесс восстановления естественной температуры многолетнемерзлых горных пород. По мере отвердевания водо- содержащей жидкости в полости автоклава 1 с помощью датчиков 5 давления, размещенных на крышке 2 и днище 3 автоклава, измеряется соответственно величина избыточного давления водосодержащей жидко- сти в полости автоклава и величина избыточного давления, передаваемого через цементный камень на днище автоклава. После достижения величины естественной температуры многолетнемерзлых пород внутри холодильной камеры и стабилизации

избыточного давления в полости автоклава эксперимент прекращают.

Формула изобретения Стенд для моделирования процесса передачи избыточного давления на поверхность обсадных труб через цементную оболочку в интервале многолетнемерзлых горных пород, включающий в себя холодильную камеру, автоклав с крышкой и днищем, датчики давления, размещенные на крышке автоклава, регистрирующий прибор, гидравлический пресс и напорную линию передачи давления в полость автоклава, отличающийся тем, что, с целью расширения экспериментальных возможностей стенда, он снабжен расположенным на боковой поверхности автоклава слоем теплоизоляционного материала и дополнительными датчиками давления, установленными на днище автоклава.

Изобретение относится к экспериментальному оборудованию, а именно к стендам для исследования процессов передачи Изобретение относится к экспериментальному оборудованию, а именно к стендам для исследования процессов передачи избыточного давления замерзающей водо- содержащей жидкости через цементную оболочку на обсадную колонну в интервале залегания многолетнемерзлых горных пород (ММП). и может быть использовано для моделирования процесса возникновения сминающего давления при замерзании во- досодержащей жидкости в замкнутой каверне. давления водосодержащей жидкости через цементную оболочку на обсадную колонну. Цель изобретения - расширение экспериментальных возможностей стенда. Стенд содержит холодильную камеру, автоклав с крышкой и днищем, теплоизоляционное покрытие, тензодатчики, термоопору, многоканальный регистрирующий прибор, записывающий сигнал от тензодатчиков и термопары. При проведении испытаний автоклав помещают в холодильную камеру, где его полость частично заполняется исследуемым цементным раствором, а другая часть объема - водосодержащей жидкостью. С помощью гидравлического пресса во внутренней полости создают избыточное давление, имитирующее гидростатическое давление водосодержащей жидкости в скважине. Далее с помощью терморегулятора в холодильной камере создается требуемый температурный режим. По мере затвердевания замерзающей жидкости величина избыточного давления замеряется тензодатчиками. Это позволяет разработать требования к тампонажному материалу, его свойствам для цементирования скважины в интервале многолетнемерзлых горных пород. 1 ил. Известна установка для определения величин давлений, возникающих в результате схватывания или замораживания цементного раствора в замкнутом объеме, содержащая холодильную камеру, автоклав, тензодатчики давления, размещенные на наружной боковой поверхности автоклава, термопару, источник питания, который соединен с тензодатчиками, и регистрирующий прибор, записывающий показания тензодатчиков и термопары. сл С vj со ю о о ю