Устройство для определения объемных изменений тампонажных смесей

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ТАМПОНАЖНЫХ СМЕСЕЙ, содержащее заглушенный сверху стакан с делящим его на две камеры поршнем со штоком, подпоршневая из которых заполнена тампонажной смесью, дифференциально-трансформаторный датчик с сердечником, соединенным со штоком поршня, и регистрирующий узел, включающий усилитель и самописец, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения чувствительности и расширения диапазона измерения объемных изменений тампонажных смесей под действием ограничивающих осевых нагрузок, оно снабжено перфорированной перегородкой, установленной на нижней части под§ поршневой камеры, причем штоковая (Л камера и полость между дном стакана и перфорированной перегородкой сообс щены с источником давления.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3581345/22-03 (22) 13.04.83 (46) 23.08.85. Бюл. ¹ 31 (72) Н. Х. Каримов, Т. К. Рахматуллин, В. В. Иванов и В. В. Кудактин (71) Актюбинское отделение Казахского научно-исследовательского геологоразведочного нефтяного института (53) 622.245(088.8) (56) 1. Каримов Н. Х. и др. Особен ности крепления скважин в соленосных отложениях. М.: Недра, 1974, с. 53.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 724691, кл. E 21 В 33/138, 1980. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ТАМПОНАЖНЫХ

СМЕСЕЙ, содержащее заглушенный

„„SU„„1174557 A (5>)4 Е 21 В 33/138 G О! N 33/38 сверху стакан с делящим его на две камеры поршнем со штоком, подпоршневая из которых заполнена тампонажной смесью, дифференциально-трансформаторный датчик с сердечником, соединенным со штоком поршня, и регистрирующий узел, включающий усилитель и самописец, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения диапазона измерения объемных изменений тампонажных смесей под действием ограничивающих осевых нагрузок, оно снабжено перфорированной перегородкой, установленной на нижней части подпоршневой камеры, причем штоковая камера и полость между дном стакана и перфорированной перегородкой сообщены с источником давления.

2, Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено последовательно соединенными блоками обратной связи и установки

1174557 нуля, при этом вход блока обратной связи подключен к усилителю, а выход блока установки нуля — к самописцу, 1

Изобретение относится к цементированию нефтяных и газовых скважин и предназначено для исследования объемных изменений тампонажных растворов в условиях приближенных к 5 условиям реальной скважины.

Известно устройство для определения во времени величины контракции вяжущих веществ, включающее автоклав, с размещенным в нем стаканом для 10 исследуемого вещества, заполненным водой, плунжер, передающий через воду. заданную величину сжатия вещества, связанный с регистрирующей аппаратурой. (1) .

Однако это устройство определяет только величину контракции и не позволяет одновременно определить величину объемного изменения вещества, необходимую для подбора тамно- 20 кажных смесей с заданными показателями.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройс-.во для определения объемных 25 изменений тампонажных смесей, содержащее заглушенный сверху стакан с делящим его на две камеры поршнем сс штоком, подпоршневая из которых заполнена тампонажной смесью, дифферен 30 циально-трансформаторный датчик с сердечником, соединенным со штоком поршня, и регистрирующий узел, включающий усилитель и самописец. Изменение высоты испытуемои смеси приво35 дит к изменению положения поршня, вызывающего перемещение сердечника в дифференциально-трансформаторной катушке, что в свою очередь регистри руется самописцем P).

Недостатками известного прибора являются невозможность исследования процессов объемных изменений тампонажных смесей в условиях ограничивающих осевых нагрузок, узкий диапазон изменений и нелинейность шкалы самоf

2 писца, обусловленная нелинейной характеристикой дифференциально-трансформаторного датчика.

Цель изббретения — повышение чувствительности и расширение диапазона измерения объемных изменений тампонажных смесей под действием ограничивающих осевых нагрузок..

Указанная цель достигается тем, что устройство для определения объемных изменений тампонажных смесей, содержащее заглушенный сверху стакан с делящим его на две камеры поршнем со штоком, подпоршневая из котогых заполнена тампонажной смесью, дифференциально-трансформа торный датчик с сердечником, соединенным со штоком поршня, и регистрирующий узел, включающий усилитель и самописец, снабжено перфорированной перегородкой, установленной в нижней части подпоршневой камеры, причем штоковая камера и полость между дном стакана и перфорированной перегородкой сообщены с источником давления.

Кроме того, устройство снабжено последовательно соединенными блоками обратной связи и установки нуля, при этом вход блока обратной связи подключен к усилителю, а выход блока установки нуля -т к самописцу.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство состоит из стакана 1, заглушки 2, стопорной вилки 3, подвижного поршня 4 с жестко связанным с ним сердечником 5, перемещающимся в немагнитном кожухе 6 с надетой на него катушкой 7 индуктивности, выполненный по дифференциальнотрансформаторной схеме, являющейся частью регистрирующего узла, состоящего из генератора 8 синусоидальных колебаний, пикового детектора 9.

3 1174 усилителя 10, блока 11 обратной свя- зи, блока 12 установки нуля и самописца 13 °

B стакан 1 с изолированным порш-" нем 4 камеры 14 и 15 заливается исследуемая тампонажная смесь. Стакан закрывается перфорированной заглушкой 2 и стопорится вилкой 3. В камере 15 создается необходимое .. давление и головка помещается в термо-1О стат с заданной температурой. В первоначальный момент, когда исследуемая смесь не обладает структурой, давление в камере 15 посредством поршня 4 передается в камеру 14, т.е. 15 давление в этих камерах будет равно .

По мере образования структуры давление в камере 14 будет падать.

Линия 16 давления служит для под- 2О держания заданного условия эксперимента давления в камере 14.

В качестве источника давления используют баллон со сжатым воздухом, включенный в линию 16 через раз- 25 делитель сред. Использование сжатого газа в качестве источника заданного условия эксперимента постоянного давления позволяет исключить колебания давления в камере 14, которые могли бы возникнуть в результате контракционных эффектов и объемных изменений исследуемой смеси, поскольку объем баллона со сжатым газом, служащий источником давления, намного больше не только этих измене35 ний, но и самой камеры 14.

Всякое изменение объема исследуемого образца будет вызывать линейное перемещение поршня и жестко связан4О ного с ним сердечника 5 дифференциально-трансформаторной катушки 7, связанной с электронной схемой, позво" ляющей с высокой точностью регистрировать эти перемещения (до 0 01 мм).

Ф

Создавая различные осевые нагрузки и исследуя изменения линейных изменений при этом, можно построить зависимость 6=f (1), что позволит определить величину контактных напряжений, возникающих при наличии ограничивающих объемные изменения связей. В реальных условиях это напряжения, возникающие в контакте ресширяющийся цемент-порода и расширяющийся цемент-колонна.

Измерительная часть преобразователя линейных перемещений является

557 4 основным элементом бесконтактного измерителя линейных перемещений, входящего в состав прибора для регистрации динамики процесса объемных изменений тампонажных смесей, Она содержит дифференциальный трансформатор с сердечником, жестко связанным с поршнем, регистрирующим объемные изменения исследуемой смеси в зависимости от условий твердения. На выход дифференциального трансформатора подается синусоидальное напряжение с генератора, выход трансформатора подключен к пиковому детектору, связанному с усилителем, который охвачен элементом обратной связи так, что коэффициент усиления усилителя зависит от, уровня напряжения его на входе.

Коррекция обратной связи, позволяющей получить линейную зависимость показаний самописца от перемещений сердечника, осуществляется следующим образом.

На вход дифференциально-трансформаторного датчика подается синусоидальный сигнал частотой 800 Гц строго определенной амплитуды с внутреннего генератора преобразователя.

Сердечник дифференциального трансформатора связан с микрометрической передачей, позволяющей оценивать перемещение с точностью до 0,01 мм.

Сердечник устанавливают в положение, при котором сигнал на выходе усилителя равен нулю, Это положение сердечника является точкой отсчета перемещений.

Введение в электронную схему элемента установки нуля независимо от положения сердечника в катушке дифференциально-трансформаторного датчика и обратной связи, позволяющей корректировать характеристики датчика и получить линейную завимисоть показаний самописца от перемещения сердечника, обеспечивает высокую чувствительность в широком диапазоне измерений объемных изменений исследуемых тампонажных смесей.

Пример. Берут тампонажную смесь, состоящую из портландцемента с добавкой 10Х СаО, водосмесевой фактор 0,5. Опыт проводят при 75 С.

Исследуемую смесь помещают в стзкан I закрывают перфорированной заглушкой

2, стопорной вилкой 3 и подключают

1174557

Харак тари ст ик а

Показатели характеристики

Величина расширения

22 12 9 7 5,6 4,2 4 2,2 1,6 1 0,5 0,2 0

0 5 10 75 . 20 30 35 40 45 50 55 60 66

Давление, МПа

Составите гь В. Борискина

Редактор И. Дербак Техред О.Неце Корректор N, Пожо

Заказ 5153/31 Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 линии 16-давления к системе создания давлений. Создают гидростатическое давление в камере 4, которое поддерживают в процессе структурообразования на постоянном уровне - 10 MIIa.

Создавая различные перепады давления от 0 до 66 MIa в процессе

Как видно из таблицы на велиьч чину расширения влияет величина ограничивающих это расширение связей с увеличением осевых нагрузок, т.е. с увеличением контактных напряжений, а величина объемных изменений исследуемой тампонажной смеси будет уменьшаться вплоть до 0 при

66 МПа.

Полученная зависимость величины объемных изменений от величины огра" ничивающих их связей для исследоватвердения цементного камня, т.е. создавая различные осевые нагрузки на исследуемую тампонажную смесь, получают ряд характеристик объемных изменений при твердении смеси.

Результаты исследования приведены в таблице. ний смеси позволяет рассчитать суще-. ствующие контакты напряжения в скважине.

Таким образом, устройство позволя25 ет получить данные об объемных изменениях тампонажных смесей в условиях, приближенных к скважинам, необходимые для расчета и прогнозирования напряжений в контактных зонах цемент-колонна и цемент-порода, что необходимо для создания высокой герметичности заколонного пространства.