体积膨胀收缩率测试装置及方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种油井水泥固化类材料收缩性测定领域，特别涉及一种体积膨胀收缩率测试装置及方法。
【背景技术】
[0002]为了对地层中蕴藏的石油天然气资源进行开采，往往需要打井并通至待开采的目标地层，以通过井设置开采设备。所打的井在开采前一般均需要加固井壁，简称为固井。固井的一般过程包括在井中下入套管，并在井壁与套管的环空处注入、充填水泥浆等作业。通过固井作业，可以封隔油、气和水层，以使得油、气和水不互窜，从而保证开采过程中正常的油气生产。在固井过程中，由于水泥浆具有水化收缩的特性，水泥浆经硬化后形成的固井水泥环的体积会发生收缩，从而易导致井下固井水泥环出现环空间隙。当形成间隙后，油、气、水可以通过所述间隙发生互窜，因而使得固井水泥环失去层间封隔作用。
[0003]为了提高水泥环的层间封隔能力，通常需要在水泥浆体系中掺入膨胀材料，使水泥浆具有微膨胀特性，以解决水泥水化体积收缩产生的一系列问题。
[0004]当向水泥浆体系中掺入膨胀材料后，一般需要进行水泥浆体系的体积膨胀收缩率测试，以准确确定固井用的掺入膨胀材料后的水泥浆体系的体积膨胀收缩率，进而有效指导水泥浆体系设计，提高固井质量。
[0005]目前，常用的测量体积膨胀收缩率的装置为一种膨胀收缩测量仪器，其虽然可以实现测量水泥浆体系的膨胀收缩率，但由于其测试时，被测水泥浆样品与实时采集系统之间的过渡管线多会使得被测水泥浆样品在采集过程中体积上会带来较大的测试误差，从而造成最终体积膨胀收缩率存在较大误差。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种能准确测量体积膨胀收缩率测试装置及方法，其结构简单、操作方便。
[0007]本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现:
[0008]—种体积膨胀收缩率测试装置，其包括:用于容纳待测水泥样本的本体，其具有相背对的开口端和封闭的底座；用于密封所述开口端的盖体，所述盖体与所述本体密封配合后，形成一个封闭的容纳腔；所述盖体上设置有用于向所述容纳腔输入液体的注入孔，以及与所述容纳腔相连通的刻度管；所述注入孔上设置有可拆卸的密封机构；所述刻度管具有相对的第一端和第二端，所述第一端与所述容纳腔相连通，所述第二端为开口端，在所述刻度管表面设置有刻度线。
[0009]在优选的实施方式中，所述刻度管具有一中心轴线，所述装置使用时，所述刻度管的中心轴线处于铅垂位置。
[0010]在优选的实施方式中，所述盖体内表面呈半球形，所述刻度管的中心轴线设置在所述盖体的中心。
[0011]在优选的实施方式中，所述装置的内径范围为120毫米至180毫米，所述刻度管量程包括以下量程中的一种:-1晕升至+1晕升、-?ο晕升至+10晕升。
[0012]在优选的实施方式中，所述刻度管的精度包括以下精度中至少的一种:0.01毫升、0.1晕升，
[0013]所述刻度管的精度为0.01晕升时，其量程为-1 _升至+1晕升，其内径为3晕米；所述刻度管的精度为0.1毫升时，其量程为-10毫升至+10毫升，其内径为10毫米。
[0014]在优选的实施方式中，所述装置的材质为玻璃，所述盖体与所述本体密封配合的方式为在配合的位置设置有玻璃磨口锥形对接结构，且在所述对接结构的位置还设置有法兰结构。
[0015]在优选的实施方式中，所述注入孔具有一中心轴线，所述注入孔的中心轴线与所述刻度管的中心轴线成一锐角，所述注入孔上的密封机构包括密封盖与所述密封盖匹配的密封圈。
[0016]一种体积膨胀收缩率测试方法，包括如下步骤:
[0017]将预定体积V的水泥浆样品注入可变形的容器中；
[0018]将所述容纳有水泥浆样品的容器放入所述本体中，并向所述本体中注第一液体至溢出为止;
[0019]将所述盖体安装在所述本体上，通过所述注入孔向所述容纳腔注入所述第一液体至刻度管的O刻度位置处，记录此时装置中所注入第一液体的体积为V1,并密封所述注入孔；
[0020]对所述装置中的水泥浆样品进行恒温养护，至水泥浆完全固化呈水泥石，记录此时装置刻度管的刻度值V2;
[0021]计算水泥的体积膨胀收缩率，其中计算水泥的体积膨胀收缩率μ = (V2-V1X μ》/V，其中，μ i为所述第一液体的膨胀率，当计算的μ >0时，水泥体积膨胀；μ〈O时，水泥体积收缩；μ = O时，水泥体积既不膨胀也不收缩。
[0022]在优选的实施方式中，对所述装置中的水泥浆样品进行恒温养护前，在所述装置中第一液体的上表面加入I毫升至2毫升第二液体，所述第二液体的密度小于所述第一液体。
[0023]在优选的实施方式中，在所述方法中，所述刻度管的量程为-10毫升至+10毫升，精度为0.1毫升、内径为10毫米；当所述刻度管测量的体积变化在-1毫升至+1毫升以内时，更换量程为-1毫升至+1毫升，精度为0.01毫升，内径为3毫升的刻度管进行测量。
[0024]本发明的特点和优点是:所述体积膨胀收缩率测试装置通过设置用于容纳待测水泥样本的本体，其具有相背对的开口端和封闭的底座；用于密封所述开口端的盖体，所述盖体与所述本体密封配合后，形成一个封闭的容纳腔；所述盖体上设置有用于向所述容纳腔输入液体的注入孔，以及与所述容纳腔相连通的刻度管；所述注入孔上设置有可拆卸的密封机构，所述刻度管具有相对的第一端和第二端，所述第一端与所述容纳腔相连通，所述第二端为开口端，在所述刻度管表面设置有刻度线，在使用时，可以通过所述刻度管直接读出待测水泥体积变化的量，进而可以获得水泥体积膨胀收缩率，使用过程中，整个水泥样品处于封闭的容纳腔内，相对于现有的膨胀收缩测量而言，结构简单，操作方便，避免了现有的仪器过渡管线多带来较大的测试误差，测试结果准确。
【附图说明】
[0025]图1是本申请一个实施方式中体积膨胀收缩率测试装置的结构示意图；
[0026]图2是本申请一个实施方式中体积膨胀收缩率测试装置的剖视图；
[0027]图3是本申请一个实施方式中体积膨胀收缩率测试装置局部放大图；
[0028]图4是本申请一个实施方式中体积膨胀收缩率测试方法的步骤流程图。
【具体实施方式】
[0029]下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。
[0030]本发明提供一种能准确测量体积膨胀收缩率测试装置及方法，其结构简单、操作方便。
[0031]请一并参阅图1和图2，本申请所述体积膨胀收缩率测试装置包括:用于容纳待测水泥样本的本体1，其具有相背对的开口端12和封闭的底座11 ;用于密封所述开口端12的盖体2，所述盖体2与所述本体I密封配合后，形成一个封闭的容纳腔20 ;所述盖体2上设置有用于向所述容纳腔20输入液体的注入孔30，以及与所述容纳腔20相连通的刻度管3 ;所述注入孔30上设置有可拆卸的密封机构，所述刻度管3具有相对的第一端31和第二端32，所述第一端31与所述容纳腔20相连通，所述第二端32为开口端，在所述刻度管3表面设置有刻度线。
[0032]本申请实施方式中，所述体积膨胀收缩率测试装置通过设置用于容纳待测水泥样本的本体I，其具有相背对的开口端12和封闭的底座11 ;用于密封所述开口端12的盖体2，所述盖体2与所述本体I密封配合后，形成一个封闭的容纳腔20 ;所述盖体2上设置有用于向所述容纳腔20输入液体的注入孔30，以及与所述容纳腔20相连通的刻度管3 ;所述注入孔30上设置有可拆卸的密封机构，所述刻度管3具有相对的第一端31和第二端32，所述第一端31与所述容纳腔20相连通，所述第二端32为开口端，在所述刻度管3表面设置有刻度线，在使用时，可以通过所述刻度管3直接读出待测水泥体积变化的量，进而可以获得水泥体积膨胀收缩率，使用过程中，整个水泥样品处于封闭的容纳腔20内，相对于现有的膨胀收缩测量而言，结构简单，操作方便，避免了现有的一起过渡管线多带来较大的测试误差，测试结果准确。
[0033]在本实施方式中，所述刻度管3的第一端31与所述容纳腔20相连通，所述第二端32为开口端，当通过注入孔30向所述容纳腔20注入液体时，容纳腔20内的空气能够从第二端32排出，从而保证整个装置测量的准确性。
[0034]在一个实施方式中，所述刻度管3具有一中心轴线，所述体积膨胀收缩率测试装置使用时，所述刻度管3的中心轴线处于铅垂位置。
[0035]在本实施方式中所述刻度管3上的刻度线为体积刻度线，通过所述刻度管3内液体的变化，可以直接反应体积膨胀收缩率测试装置中的水泥样品的体积变化。所述刻度管3具有一中心轴线，当所述体积膨胀收缩率测试装置使用时，所述中心轴线处于铅垂位置，以便于体积膨胀收缩率测试装置中的水泥样品的体积变化能够通过所述刻度管3内的液体升高或降低的刻度变化读出。
[0036]在一个实施方式中，所述体积膨胀收缩率测试装置的内径范围为120毫米至180毫米，所述刻度管3量程包括以下量程中的一种:_1毫升至+1毫升、-10毫升至+10毫升。所述刻度管3的精度包括以下精度中的至少一种:0.01毫升、0.1毫升。所述刻度管3的精度为0.01毫升时，其量程为-1毫升至+1毫升，其内径为3毫米。所述刻度管3的精度为0.1 _升时，其量程为-10 _升至+10 _升，其内径为10晕米。
[0037]在本实施方式中，所述体积膨胀收缩率测试装置整体中可呈一端开口的中空筒体结构。例如可以为常见的广口瓶的形式。当然，所述体积膨胀收缩率测试装置的形状还可以为其他任意形式，本发明在此并不作具体的限定。所述体积膨胀收缩率测试装置的内径可为120毫米至180毫米，以便于操作人员单手伸入放置水泥样品或取出水泥样品。当所述体积膨胀收缩率测试装置的内径过大时，所述盖体2与本体I之间的密封口径会相应增大，相应的制作工艺越难，成本也越高。
[0038]在本实施方式中，所述刻度管3的量程可根据普通纯水泥收缩最大量来确定。一般的，普通纯水泥的收缩率为5%，当为200ml (毫升)