Консистометр Советский патент 1992 года по МПК G01N11/14 

Изобретение относится к устройствам для измерения степени ззгустевания цементных (тампонажных) растворов при выборе их рецептур для цементирования конкретных нефтяных и газовых скважин,

Наиболее близким к изобретению является атмосферный консистометр, имеющий корпус, электропривод, емкость для жидкости-теплоносителя, стакан для жидкости- теплоносителя, стакан для цементного раствора, лопасть, помещаемую в испытуемый раствор, вал измерительной лопасти с закрепленным на нем внутренним концом спиральной моментоизмерительной пружины, наружный конец которой связан с корпусом, вал электропривода, связанный со стаканом для цементного раствора, и измерительный блок.

Недостатком этого устройства следует считать возможность его применения лишь в атмосферных условиях, наличие специального вращающегося стакана для пробы раствора и контактного датчика угла закручивания спиральной моментоизмерительной пружины(лотенциометра).

Целью изобретения является обеспечение возможности измерения в рабочих емкостях.

Предлагаемый консистометр имеет корпус, электропривод, состоящий из электродвигателя и редуктора, спиральную моментоизмерительную пружину, лопасть, помещаемую в испытуемый раствор, а также измерительный блок.

Внутренний конец спиральной моментоизмерительной пружины связан с лимбом, а через лимб и пустотелый вал - с электроприводом. Наружный конец пружины связан с лопастью через диск, на котором установлен торцовый кулачок. На лимбе закреплена направляющая, обеспечивающая вертикальное перемещение поводка, соединенного с подвижным элементом измерительного блока штоком, проходящим через пустотелый вал электропривода.

При измерении консистенции цементного раствора электропривод вращает вал с лимбом с постоянной скоростью (например, 60 об/мин). Через спиральную пружину лимб увлекает за собой диск и связанную с ним лопасть. На лопасть воздействует увеличивающееся сопротивление загустевающего цементного раствора, создаваемый на лопасти момент закручивает спиральную моментоизмерительную пружину и поворачивает диск относительно лимба. На лимбе

XI

X о

00

tO XJ

нанесена шкала, соответствующая 100 условным пуазам ( единицам измерения консистенции неныотоновских жидкостей) на угле 300°, что соответствует максимально допустимой консистенции прокачиваемого в скважину цементного раствора и максимальному углу закручивания спиральной моментоизмерительной пружины. На диске закреплен указатель. Шкала и указатель необходимы для статической тарировки консистометра без цементного раствора с помощью специального аттестованного нагрузочного приспособления, устанавливаемого вместо съемной лопасти. Тарировка производится изменением длины спиральной моментоизмерительной пружины, смещением ее наружного конца в месте закрепления.

При измерениях консистенции цементного раствора лимб.закручивая спиральную моментоизмерительную пружину, с помощью направляющей перемещает поводок, который взаимодействует с торцовым кулачком, установленным на диске. Вертикальное перемещение поводка с помощью, например, штока и плунжера фиксируется бесконтактным датчиком перемещения измерительного блока.

На чертеже схематически изображен консистометр для измерений в автоклавных условиях. Консистометр имеет усиленный корпус 1 со стаканом 2 для размеа1ения пробы раствора и помещенную в испытуемый раствор, съемную лопасть 3 с валом, закрепленным в подшипниковом узле 4 и жестко связанным с диском 5, на котором установлены торцовый кулачок б, регулируемая опора 7 для закрепления наружного конца спиральной моментоизмерительной пружины 8 и указатель 9, Внутренний конец спиральной моментоизмерительной пружины 8 закреплен с пустотелым валом 12, вращающимся в подшипниках 13.

Вал 12 приводится во вращение электродвигателем 14 через редуктор 15. На лимбе 11 закреплена направляющая 16, в прорези которой вертикально перемещается поводок 17, взаимодествующий с кулачком 6 и соединенный штоком 18 с плунжером 19, размещенным в дифференциальной индукционной катушке 20, связанной с измерительным прибором 21 и блоком питания 22. Дифференциальный магнитоиндукционный датчик, состоящий из плунжера 19 и катушки 20, прибор 21 и блок питания 22 представлены как вариант любого измерительного блока. Поводок 17 прижимается к кулачку 6 пружиной 23. Соединение направляющей 16 с поводком 17, обеспечивающее их совместное безлюфтовое вращение и относительное вертикальное перемещение поводка 17 в пределах рабочего хода кулачка 6, может быть выполнено любым другим способом. Для установки нуля служит подвижная опора 24. на которой закреплена катушка 20. Давление в корпус 1 подается через штуцер 25 от внешнего источника. Нагрев пробы раствора осуществляется нагревателем 26, а измерение

температуры - первичным преобразователем 27 с измерительным прибором температуры 28. В качестве рабочего тела для создания давления в автоклаве и теплоносителя применяют низковязкие масла типа

трансформаторного, веретенного или индустриального И-50. Для предотвращения смешивания цементного раствора в стакане 23 и масла в корпусе 1 служит разделительная эластичная мембрана 29 с самоуплотняющимся манжетным соединением и вращающимся валом в центре.

Отсутствие перепада давления над разделителем и под ним, обусловленное его эластичностью, полностью исключает переток. Для герметизации вращающегося вала 12 в корпусе 1 служит уплотнение 30, состоящее, например, из чередующихся фторопластовых и чугунных колец. Для выпуска воздуха из корпуса 1 при заполнении его

маслом служит вентиль 31.

В настоящее время для испытаний цементных тампоиажных растворов консистометр должен обеспечить возможность проведения измерений при 100 МПа и

250°С.

Для проведения измерений консистометром заливают в стакан 2 цементный раствор, создают заданные давление и температуру, включают электродвигатель

14, устанавливают нулевое значение на шкале измерительного прибора 21 с помощью вращения опоры 24. По мере загу- стевания цементного раствора момент сопротивления на лопасти 3 увеличивается,

лимб 11, связанный через вал 12 и редуктор 15с электродвигателем 14, закручивает спиральную моментоизмерительную пружину 8, компенсируя момент сопротивления на лопасти 3, и с помощью направляющей 16

перемещает поводок 17 по торцовому кулачку 6. Поводок 17 через шток 18 перемещает плунжер 19 относительно дифференциальной индукционной катушки 20.Показания консистенции считывают по прибору 21.

При необходимости прибор 21 снабжают регистратором.

При измерениях, проводимых при нормальных условиях в отсутствие стакана 2, лопасть 3 погружают в раствор, находящийся в рабочей емкости до соприкосновения

разделительной эластичной мембраны 29 с поверхностью раствора. Остальные операции аналогичны.

Формула изобретения Консистометр, содержащий корпус, электропривод, вал измерительной лопасти и вал электропривода, моментоизмеритель- ную пружину, лопасть, помещаемую в испытуемый раствор, и измерительный блок, о т- личающийсл тем, что, с целью обеспечения возможности измерения в рабочих емкостях, он дополнительно содержит диск, торцовый кулачок, поводок, лимб, направляющее устройство и разделительную эластичную мембрану, ограничиваю0

5

щую корпус снизу, причем через мембрану проходит вал измерительной лопасти, а вал электропривода выполнен пустотелым с проходящим внутри него штоком, связывающим поводок с измерительным блоком, при этом второй конец поводка выполнен с возможностью взаимодействия с торцовым кулачком, установленным на диске, закрепленном на валу измерительной лопасти и связанным с наружным концом моментоиз- мерительной пружины, внутренний конец которой связан с лимбом, установленным на валу электропривода, и снабжен направляющей, обеспечивающей вертикальное перемещение поводка.

Использование: измерение степени за- густевания цементных растворов при выборе их рецептур для цементирования нефтяных и газовых скважин. Сущность изобретения: консистометр содержит электропривод, вал измерительной лопасти и вал электропривода, моментоизмерительную пружину, эластичную мембрану и блок тарировки консистометра. 1 ил.