[发明专利]一种低温固井用水泥浆体系水化热测定装置

说明书

本发明涉及一种低温固井用水泥浆体系水化热测定装置，由低温恒温水浴、制冷系统、压力系统、温度控制系统以及数据收集处理系统组成，低温恒温水浴包括低温恒温水箱、搅拌器、循环管道和压缩空气进口，水箱内设搅拌器，不同位置固定吸附式温度传感器，底部设置压缩空气进口；制冷系统包括压缩机、蒸发器、过滤器、膨胀阀和冷凝器；压力系统包括高压釜体、压力传感器和空气压缩机，高压釜体内固定水泥浆杯，浆杯内有铜套管包覆的热电偶，热电偶穿过高压釜盖的中空螺柱连接数字显示操作仪和计算机。本发明测试过程灵活，容错率高，能够同时满足水泥浆的低温高压养护以及精准测试对比固井水泥浆体系在各个水化阶段的水化热释放情况及差异。

技术领域

本发明涉及一种石油天然气勘探开发领域低温固井用水泥浆体系在低温高压条件下的水化热测试装置。

背景技术

随着全世界对油气资源的不断勘测与开发，对陆上油气的开发逐渐转移到海洋油气资源的开发。但在海洋开采油气资源有一个难以避免的问题，就是容易钻遇天然气水合物层。天然气水合物对温度变化极其敏感，仅在低温高压条件下可稳定存在，温度稍有变化就会引起天然气水合物的分解，引发海底滑坡、塌陷等地质灾害的发生。而固井水泥浆在水化过程中会持续性向环境中释放热量导致天然气水合物分解，对固井安全而言是一个极大的威胁，所以需要尽量降低固井工程中所用水泥浆的水化热释放。

关于水泥水化热的准确测定问题，我国已经有了相应的国家标准GB/T 12959-2008《水泥水化热测定方法》，国内外的相关单位也研制了许多测定水泥水化热的实验装置，比如一种水泥水化热测定仪（CN 211905172 U），此装置基于国家标准中的直接法设计，加强了对温度的控制和时间的测量。但该装置仅适用于常温条件下，且没有考虑压力的影响，有一定的局限性；水泥水化热测定装置（CN 108445043 A），此装置基于国家标准中的溶解热法设计，加强了温度读取时的准确性，避免了开合釜盖时引起的温度测量位置的变化，同时自动读取温度数据，无需实验操作员读数，减少了实验误差和实验人员的工作量，但该装置只适用于常温情况下，且没有考虑压力的影响，无法用于低温固井水泥浆水化热的精确测量。

这些装置都试图对水泥水化热进行准确的测试，但测试条件均存在一定的局限性，无法应用在低温高压条件下的水泥水化热测试。因此，研发一套模拟深水低温固井用水泥浆体系水化热的测试装置，更科学地测试对比低温高压条件下低水化热水泥浆体系的水化热释放情况，成为当务之急。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温固井用水泥浆体系水化热测定装置，该装置基于GB/T 12959-2008《水泥水化热测定方法》的直接法，原理可靠，结构合理，测试过程十分灵活，容错率高，能够同时满足水泥浆的低温高压养护以及精准测试对比固井水泥浆体系在各个水化阶段的水化热释放情况及差异。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种低温固井用水泥浆体系水化热测定装置，主要由低温恒温水浴、制冷系统、温度控制系统、压力系统以及数据收集处理系统等组成。

所述低温恒温水浴包括隔热性能极好的隔热板、隔热层、搅拌装置、循环管道以及带有进排水口和溢水口的低温恒温水箱。

所述制冷系统包括压缩机、蒸发器、冷凝器、过滤器以及膨胀阀，为了更好保持恒温水浴中温度场的均一稳定，采用上下两组蒸发器对水体进行均匀制冷。

所述温度控制系统包括水体中吸附式温度传感器、循环管道、搅拌装置和制冷系统，循环管道和搅拌装置促进水体循环流动，维持温度场均一稳定，吸附式温度传感器可根据实验要求吸附固定在釜体或箱体表面，实时测定该点温度，使用方式更加灵活。

所述压力系统包括高压釜体、高压釜盖、空气压缩机、压缩空气进口、压缩空气进气阀和压缩空气高压泄压阀。

所述数据收集处理系统包括吸附式温度传感器、热电偶、压力传感器、数字显示操作仪和计算机。