Устройство для определения объемныхизМЕНЕНий ТВЕРдЕющиХ СМЕСЕй Советский патент 1981 года по МПК E21B33/138 

1

Изобретение относится к оборудованию для лабораторных исследований материалов и предназначено для изучения свойств, в частности, расширяющихся цементов, применяемых для цементирования буровых скважин.

Большое значение при цементировании скважин имеет способность расширяющегося цемента улучшать связь цементного камня с породой и обсадными трубами. Эта связь характеризуется как напряжение сдвига цементного камня.

Проблема определения объемного изменения расширяющихся цементов при твердении под действием гидравлического давления мало изучена.

Известен ряд приборов для определения объемных изменений смесей, суспензий, грунтов в различных условиях.

Например, для измерения объемной деформации грунтов в нормальных условиях применяются стрелочные показывающие приборы {.

Прибор содержит стакан для испытуемой смеси с перфорированным дном, в который помещен перфорированный поршень, связанный посредством штока-головки с ножкой индикатора. Стакан со смесью установлен в ванночку с водой. Следя за показаниями индикатора, записывают их через определенные промежутки времени, пока не прекратится набухание грунта.

Недостатком такого прибора является то, что прибор может работать только в нормальных условиях, так как индикаторы не позволяют производить замеры при повышенных давлении и температуре, и визуальная фиксация показаний индикатора не дает истинной картины измерения объемнего изменения смеси-раствора.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для определения объемных изменений твердеющих смесей, содержащее установленный в автоклаве стакан для испытуемой смеси, в верхней части которого расположен перфорированный поршень, взаимодействующий с сердечником, помещенным в дифференциально-трансформаторной катушке, связанной с регистрирующим прибором .

Изменение высоты испытуемой смеси - твердеющего раствора в зависимости от процесса расширения или усадки, происходящих в ней, приводит к изменению положения поршня, вызывающего перемещение сердечника в дифференциально-трансформаторной катушке. Изменение индуктивности фиксируется на регистрирующем приборе.

Недостатками известного устройства является то, что прибор предназначен только для определения объемных изменений и не позволяет определить характеристику на пряжения сдвига цементного камня (связь цементного камня с породой и обсадными трубами).

Кроме того, твердение раствора происходит при доступе воды только в верхней поверхности раствора. Для остальной части раствора, не соприкасающейся с водной средой, меняется режим твердения. Следовательно, прибор не даст истинных значений объемного изменения раствора в процессе твердения.

Дополнительную погрешность в процессе измерения вносит то, что заливка производится до риски, нанесенной на внутренней поверхности стакана, в результате чего при визуальном осмотре затруднительно определить соответствие верхней поверхности раствора относительно риски.

Цель изобретения - определение напряжения сдвига цементного камня и повышение точности измерения объемного изменения твердеюш,ей смеси раствора.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено перфорированным поршнем-толкателем с узлом создания давления и измерительным регистрирующим прибором, а стакан выполнен из двух частей, соединенных между собой разъемным соединением, причем поршень-толкатель установлен в нижней части стакана с возможностью осевого перемещения относительно стакана, а в стенках стакана выполнены каналы, сообщающие надпоршневую полость с полостью под поршнем-толкателем.

Выполнение в устройстве стакана, дополнительно снабженного толкателем, позволяет получить характеристику напряжения сдвига цементного камня как при наличии повышенного давления, так и при нормальном давлении. Для этого к толкателю прикладывается усилие от узла задания давления, связанного с измерительным регистрирующим устройством.

А выполнение в цилиндрических стенках стакана диаметрально расположенных вертикальных каналов, посредством которых надпоршневая полость связана с отверстиями толкателя, дает возможность осуществить подачу воды под одинаковым гидравлическим давлением к двум поверхностям испытуемого раствора (сверху и снизу), что позволит получить истинную картину твердения раствора в условиях, приближенных к скважинным, и следовательно, повысить точность измерения объемного расширения твердеющего раствора.

Кроме того, выполнение стакана сборным дает возможность заливать раствор в каждом последующем опыте до уровня верхней кромки стакана. Следовательно, объем

испытуемого раствора будет величиной постоянной, что. повышает точность измерения.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство состоит из автоклава 1, к крышке 2 которого на байонетном замке 3 установлен сборный стакан 4 для испытуемого раствора, включающий нижнюю часть

5 с прикрепленным к ней с помощью резьбы дном 6 с отверстием 7 для уплотнительного элемента (на чертеже не показан) и верхнюю часть 9, соединенную с нижней 5 с помощью резьбы.

В нижнюю часть 5 стакана 4 для испытуемого раствора, заполняемого до верхней кромки 10, помещен толкатель И со сквозными отверстиями 12 для воды. На испытуемый раствор в верхней части

5 стакана 4, соединенной с нижней 5, установлен перфорированный поршень 13, регистрирующий перемещение верхней поверхности твердеющего раствора, взаимодействующий с сердечником дифференциально-трансформаторной катушки 14, связанной с регистрирующим прибором 15.

В цилиндрических стенках сборного стакана 4 выполнены диаметрально расположенные вертикальные каналы 16, которые

сообщаются с надпоршневой полостью и сквозными отверстиями 12 толкателя 11 для подачи воды к верхней и нижней поверхностям раствора. Толкатель 11 через отверстие 7 в дне 6

стакана 4 посредством пуансона 17 (предназначенного для смещения толкателя вместе с камнем) связан с узлом задания давления (на чертеже не показан) и связанными с последним измерительным регистрирующим устройством (на чертеже не показано), фиксирующим сдвиг камня. Прибор работает следующим образом. Для определения объемного расширения твердеющего раствора и напряжения сдвига цементного камня на нижнюю часть 5 сборного стакана 4 навинчивается дно 6, затем в нижнюю часть 5 сборного стакана 4 помещается толкатель 11 со сквозными отверстиями 12, а в отверстие 7 дна 6 устанавливается уплотнительный элемент (на чертеже не показан). Заливается вода в отверстия 12 толкателя 11 до уровня верхней его поверхости, после чего ставится фильтровальный кружок (на чертеже не показан), заливается испытуемый раствор до верхней кромки 10 нижней части 5 сборного стакана 4, затем кладется фильтровальный кружок (на чертеже не показан), навинчивается верхняя часть 9 сборного стакана 4, в нее устанавливается перфорированный поршень 13, в надпоршневую полость которого заливается вода.

Сборный стакан 4 крепится на байонетном замке 3 крышки 2 автоклава 1, фиксируется нулевая точка отсчета на дифференциально-трансформаторной катушке 14, затем стакан 4 опускается в автоклав 1, герметизируется, и создаются необходимые параметры давления и температуры.

Запись расширения ведется автоматически на протяжении всего времени твердения раствора на диаграмме регистрирующего прибора, предварительно протарированного в единицах объемного расширения.

После затвердевания раствора пуансоном 17, связанным с узлом задания давления (на чертеже не показан), выдавливают посредством толкателя 11 цементный камень, регистрируя при этом на измерительном устройстве (на чертеже не показано) напряжение сдвига.

Создание настоящего устройства имеет большое практическое значение, так как последний позволит получить данные о возможности регулирования напряжения сдвига для улучшения связи цементного камня с обсадными трубами.

Формула изобретения

Устройство для определения объемных изменений твердеющих смесей, включающее размещенный в автоклаве стакан с

перфорированным поршнем в верхней части, взаимодействующим с сердечником дифференциально-перфорированной катушки, связанной с регистрирующим прибором, отличающееся тем, что, с целью определения напряжения сдвига цементного камня и повышения точности измерения объемного изменения твердеющей смеси, оно снабл ено перфорированным поршнемтолкателем с узлом создания давления и измерительным регистрирующим прибором, а стакан выполнен из двух частей, соединенных между собой разъемным соединением, причем поршень-толкатель установлен в нижней части стакана с возможностью осевого перемещения относительно стакана, а в стенках стакана выполнены каналы, сообщающие надпоршневую полось с полостью под поршнем-толкателем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Прибор для определения набухания грунтов ПНГ, паспорт ПНГ, ООА.ПС. Изготовитель - Октябрьский завод «Нефтес автоматика, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2738117/22-03, кл. Е 21В 33/138, 20.03.79 (прототип).