专利名称：一种泡沫水泥浆快速密度测量装置及测量方法
技术领域：
本发明涉及钻井领域，进一步地说，是涉及一种泡沫水泥浆快速密度测量装置及测量方法。
背景技术：
国内油田多数已进入开发中后期，深井和超深井的数量明显增多。深井中的低压易漏、长裸眼、长封固段、多压力层系的固井作业难度加大，往往需要采用高性能低密度水泥浆进行封固。在通常的固井作业中，一般采用漂珠和粉煤灰作为减轻材料与水泥进行混合。但由于减轻材料的掺入，致使水泥浆出现了体系稳定性差、失水量难以控制、强度低、渗透性高等问题。近些年，比起其他低密度水泥浆，泡沫水泥成本低，并有明显的技术优势，具有较大的推广价值。 泡沫水泥是指在常规水泥浆中混入一定量的泡沫，形成固、液、气三相且具有高度分散性的多相体系。泡沫水泥固井主要是降低水泥浆密度，从而降低环空水泥浆段的液柱压力，以解决低压易漏油层的固井漏失问题，并起到保护油层的作用。泡沫水泥在国内进行固井施工的研究始于1985年，并最先在新疆油田取得了成功，随后相继在吐哈、长庆和青海等油田的长封固段固井和低压易漏井固井得以研究和发展，其中主要在低压易漏失地层、稠油开采井和防气窜井堵漏、固井施工等方面得到广泛应用。国内各个油田对泡沫水泥的研究内容与国外类似，都是主要集中在泡沫水泥浆配制方法、施工方法、工艺流程以及相关固井理论等方面，但是在研究和应用的广度上与国外相比还存在一定差距。泡沫水泥浆是由固相水泥颗粒，水和气体等物质组成的多相体系。在这个多相体系中气体是可压缩的，其体积的变化受温度和压力影响。泡沫水泥浆中气体的压力变化，必然影响到水泥浆密度的变化；水泥浆密度的变化，又要影响液柱压力的变化；液柱压力的变化，反过来又影响气体的体积和沫泡水泥浆的密度。由于泡沫水泥浆密度受压力的影响很大，因此普通的密度计不能反应泡沫水泥浆在压力情况下的真实密度，在泡沫固井注水泥施工过程中，泡沫水泥浆全程带压，由于泡沫水泥浆具有可压缩性，密度受压力的影响很大，随着压力增加密度也在增加，因此要真实的测定现场泡沫水泥浆的密度，需在密闭带压条件下进行。目前国内测量泡沫水泥浆密度多用液体密度计，该装置为杠杆式液体密度计，因尺杆、支撑刃和游码变形损伤而易影响测量精度，且用该密度计测量的泡沫水泥浆密度时，只能将带压状态的泡沫水泥浆压力释放后在常压状态下测量密度，这样经常会使泡沫水泥浆在压力急剧释放后泡沫破裂，密度降低，无法在线真实实现密闭带压条件下测量泡沫水泥浆密度。因此需要研制一套能满足施工压力条件下的密度仪，来真实测试泡沫水泥浆在不同施工条件下密度的变化情况。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种泡沫水泥浆快速密度测量装置及测量方法。可以实现密闭带压条件下测量泡沫水泥浆密度。本发明的目的之一是提供一种泡沫水泥浆快速密度测量装置。包括杯体10、上盖5、下盖11、活塞12和备压系统，所述上盖5和下盖11分别设置于杯体10两端，与杯体10通过螺纹连接，活塞12设置于杯体10内，与杯体10内壁配合。所述备压系统包括手轮I、丝母2和丝杆3，所述丝杆3 —端插入杯体10内与活塞12连接，另一端插入丝母2内与手轮I连接，通过手轮I转动带动丝杆3移动，使活塞12在杯体10内往复运动；所述丝母2固定在上盖上；所述下盖11中央设置有进浆口。所述丝母2通过丝母连接板13固定在上盖5上，丝母2外套丝母连接板13，丝母连接板13为环形板，丝母连接板13紧贴于上盖5并与上盖5固定连接，优选通过螺钉连 接;所述丝杆3 —端插入丝杆连接套6内，与丝杆连接套6固定连接,优选焊接连接；丝杆3通过丝杆连接套6与活塞12连接；所述丝杆连接套6与活塞12之间设置有止推轴承8和挡圈7 ;丝杆连接套6通过止推轴承8和挡圈7卡在活塞内，使得活塞可以和丝杆一起往复运动，工作时丝杆连接套可以直接插入止推轴承内，挡圈的作用是防止止推轴承脱离活塞；所述杯体10和下盖11之间设置有密封圈9 ；所述杯体10可优选透明的耐腐蚀耐压材料制得，便于观察，杯体的形状可为各种规则形状，优选圆筒状；杯体10外壁带有刻度，可以通过刻度读出泡沫水泥浆的体积；杯体10的高度和厚度可根据具体情况设定，本发明中可优选高度为100-150mm ;厚度为8_12mm。本发明的目的之二是提供一种泡沫水泥浆快速密度测量方法。包括(I)将泡沫水泥浆通过进浆口注入到杯体中，带压泡沫水泥浆推动底部活塞向上运动；(2)摇动手轮，退出丝杆，慢慢释放备压，使泡沫水泥浆可以缓慢均匀注入杯体中；泡沫水泥浆的压力在注入过程中要有轻微变化，只有通过慢慢释放备压产生一定压差泡沫水泥浆才会注入到杯体中；(3)活塞退至上盖处，泡沫水泥浆注满杯体，称重，根据杯体的容积，测出该压力条件下的泡沫水泥浆密度值；步骤(2)中，所述丝杆的移动速率为I 3mm/s。其中，所述的备压是指预先通过螺杆紧压住活塞使系统压力保持不变，否则活塞会在系统压力的作用下迅速退回到另一端，虽然这是取样器内部的压力与系统压力仍然相同，但是取样器内会有大部分气体出现，无法判定水泥浆的密度。通过丝杆的缓慢移动，既保证系统压力不变(因为在同一压力系统中各处的压力是相等的)，也避免了气体的产生。本发明通过一种能快速测试泡沫水泥浆在密闭带压条件下的密度变化情况的装置，通过搅拌装置混配的带压泡沫水泥浆，利用快速接头，注入带有刻度的杯体中，然后关闭快速接头的阀门，取下杯体，由于已知杯体的体积，只要每次称量杯体的重量，便可得知密闭条件下的泡沫水泥浆的密度。与现有技术相比，本发明的有益效果是
(I)杯筒全部采用耐腐蚀、耐磨损的有机玻璃材料，一是重量轻、二是便于观察；(2)通过使用本发明的装置，可以在压力0-0. 8Mpa的条件下，体积200_400ml的内容积内进行带压泡沫水泥浆的密度测量；(3)利用本装置可以模拟现场泡沫固井的施工条件，在密闭带压情况下，提供一种直观测量泡沫水泥密度变化情况的装置，在线测量泡沫水泥浆密度；(4)该装置对模拟现场泡沫水泥浆的性能评价检测的准确度高，实验操作简便易行。
图I本发明所述的泡沫水泥浆快速密度测量装置附图标记说明 I-手轮；2_丝母；3_丝杆；4_螺钉；5_上盖；6_丝杆连接套；7-挡圈；8_止推轴承；9_密封圈；10_杯体；11-下盖；12-活塞；13-丝母连接板；A_进浆口
具体实施例方式下面结合实施例，进一步说明本发明。实施例如图I所示，一种泡沫水泥浆快速密度测量装置，包括杯体10、上盖5、下盖11、活塞12和备压系统，所述上盖5和下盖11分别设置于杯体10两端，与杯体10螺纹连接，活塞12设置于杯体10内，与杯体10内壁配合，所述备压系统包括手轮I、丝母2和丝杆3，所述丝杆3 —端插入杯体10内与活塞12连接，另一端插入丝母2内与手轮I连接，通过手轮I转动带动丝杆3移动，使活塞12在杯体10内往复运动；所述丝母2固定在上盖上；所述下盖11中央设置有进浆口。所述丝母2通过丝母连接板13固定在上盖5上，丝母2外套丝母连接板13，丝母连接板13为环形板，丝母连接板13紧贴于上盖5并与上盖5通过螺钉固定连接；所述丝杆3 —端插入丝杆连接套6内，与丝杆连接套6焊接连接；所述丝杆3通过丝杆连接套6与活塞12连接；所述丝杆连接套6与活塞12之间设置有止推轴承8和挡圈I ;丝杆连接套6通过止推轴承8和挡圈7卡在活塞内，使得活塞可以和丝杆一起往复运动，所述杯体10和下盖11之间设置有密封圈9 ；所述杯体10为透明的圆筒状，杯体材料是有机玻璃；杯体10外壁带有刻度，杯体体积为300ml,杯体的高度100mm、厚度10mm。试验I将泡沫水泥浆以0. 45MPa压力从下端盖底部进浆口缓慢注入实施例所述的测量装置的杯体中，同时通过摇动手轮，退出丝杆，丝杆的速率是I. 5mm/s，慢慢释放压力，使泡沫水泥浆可以缓慢注入取样器中，当活塞顶置上盖处，逐渐退去丝母和丝盖，关闭进浆的阀门，称重，去掉容器重量，泡沫水泥浆净重366g，由公式r = G/V,得知泡沫水泥浆密度I. 22g/cm3。试验2 将泡沫水泥浆以0. 65MPa压力从下端盖底部进浆口缓慢注入实施例所述的测量装置的杯体中，同时通过摇动手轮，退出丝杆，丝杆的速率是2. 5mm/s慢慢释放压力，使泡沫水泥浆可以缓慢注入取样器中，当活塞顶置上盖处，逐渐退去丝母和丝盖，关闭进浆的阀门，称量净重429g，由公式r = G/V，得知泡沫水泥浆密度I. 43g/cm3。
权利要求
1.一种泡沫水泥浆快速密度测量装置，包括杯体(10)、上盖(5)、下盖(11)、活塞(12)和备压系统，所述上盖(5)和下盖(11)分别设置于杯体(10)两端，与杯体(10)螺纹连接，活塞(12)设置于杯体(10)内，与杯体(10)内壁配合，其特征在于 所述备压系统包括手轮(I)、丝母⑵和丝杆(3)，所述丝杆(3) —端插入杯体(10)内与活塞(12)连接，另一端插入丝母(2)内与手轮(I)连接，通过手轮(I)转动带动丝杆(3)移动，使活塞(12)在杯体(10)内往复运动； 所述丝母(2)固定在上盖上；所述下盖(11)中央设置有进浆口。
2.如权利要求I所述的泡沫水泥浆快速密度测量装置，其特征在于 所述丝母(2)通过丝母连接板(13)固定在上盖(5)上，丝母(2)外套丝母连接板(13)，丝母连接板(13)为环形板，丝母连接板(13)紧贴于上盖(5)并与上盖(5)固定连接。
3.如权利要求2所述的泡沫水泥浆快速密度测量装置，其特征在于 所述丝母连接板(13)与上盖(5)通过螺钉连接。
4.如权利要求2所述的泡沫水泥浆快速密度测量装置，其特征在于 所述丝杆(3) —端插入丝杆连接套￠)内，与丝杆连接套(6)固定连接；丝杆(3)通过丝杆连接套出)与活塞(12)连接。
5.如权利要求4所述的泡沫水泥浆快速密度测量装置，其特征在于 所述丝杆(3)和丝杆连接套(6)焊接连接。
6.如权利要求4所述的泡沫水泥浆快速密度测量装置，其特征在于 所述丝杆连接套(6)与活塞(12)之间设置有止推轴承(8)和挡圈(7);丝杆连接套(6)通过止推轴承(8)和挡圈(7)卡在活塞内。
7.如权利要求I 6之一所述的泡沫水泥浆快速密度测量装置，其特征在于 所述杯体(10)为透明的圆筒状,杯体材料为耐腐蚀耐压材料。
8.如权利要求7所述的泡沫水泥浆快速密度测量装置，其特征在于 所述杯体(10)和下盖(11)之间设置有密封圈(9)。
9.如权利要求I所述的泡沫水泥浆快速密度测量装置，其特征在于 所述杯体(10)外壁带有刻度。
10.如权利要求I所述的泡沫水泥浆快速密度测量装置，其特征在于 所述杯体(10)高度为100-150mm ;厚度为8_12mm。
11.一种采用如权利要求I 10之一所述的泡沫水泥浆快速密度测量装置的测量方法，其特征在于包括以下步骤 (1)将泡沫水泥浆通过进浆口注入到杯体中，带压泡沫水泥浆推动底部活塞向上运动； (2)摇动手轮，退出丝杆，慢慢释放备压，使泡沫水泥浆可以缓慢均匀注入杯体中； (3)活塞退至上盖处，泡沫水泥浆注满杯体，称重，根据杯体的容积，测出该压力条件下的泡沫水泥浆密度值。
12.如权利要求11所述的测量方法，其特征在于 步骤(2)中，所述丝杆的移动速率为I 3mm/s。
全文摘要
本发明公开了一种泡沫水泥浆快速密度测量装置，包括杯体、上盖、下盖、活和备压系统，所述备压系统包括手轮、丝母和丝杆，所述丝杆一端插入杯体内与活塞连接，另一端插入丝母内与手轮连接，通过手轮转动带动丝杆移动，使活塞在杯体内往复运动；所述丝母固定在上盖上；所述下盖中央设置有进浆口。方法包括将待测水泥浆注入杯体中，通过转动手轮，慢慢退出丝杆，至水泥浆注满杯体，计算出密度。采用本发明所述的装置及方法，可以实现密闭带压条件下测量泡沫水泥浆密度，操作简单方便。
文档编号G01N9/06GK102854088SQ20111018016
公开日2013年1月2日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者刘伟, 刘建, 丁士东, 桑来玉, 周仕明, 王其春, 陶谦, 周体秋, 汪晓静 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院