[发明专利]一种水泥浆水化过程温度及体积变化实时测量装置及方法

说明书

本发明公开一种水泥浆水化过程温度及体积变化实时测量装置及方法，包括：养护组件，养护组件包括高温高压养护腔体，高温高压养护腔体的上下两端口分别安装有上堵头和下堵头；温度压力控制组件包括保温室，高温高压养护腔体外侧缠绕有加热线圈，加热线圈电性连接有温度控制面板，温度控制面板的一侧设有压力控制面板，压力控制面板电性连接有高压泵，高压泵通过高压管线贯穿上堵头；数据采集组件包括预置于水泥养护试样内的多个轴向光纤传感器以及多个平面光纤传感器。本发明采用光纤传感器对水泥浆水化过程的温度和应变进行测量，通过设计光纤传感器的安放位置，实现温度和应变的准确测量，通过数据处理可得水泥浆水化过程的温度和体积变化。

技术领域

本发明涉及石油勘探开发领域井下工况条件下油井水泥性能变化测量技术领域，特别是涉及一种水泥浆水化过程温度及体积变化实时测量装置及方法。

背景技术

在油气井勘探开发过程中，封固良好的水泥环能有效封隔不同压力地层的流体、保证油气井生产通道畅通无阻。随着深井、超深井、非常规页岩油气资源的勘探开发不断发展，井下高温、高压、高含硫等复杂环境对固井质量提出巨大挑战，也对后期生产过程中水泥环密封完整性产生很大影响。随着油井水泥固化程度的增加，水化过程温度出现很大变化，同时水泥熟料逐渐减少，生成的水合硅酸钙凝胶和氢氧钙石逐渐增加，并不断长大，水化反应的生成物体积通常小于反应物的体积，导致水泥浆在固化过程中产生体积收缩，固井质量很难保障，给井筒完整性问题带来了很大挑战，制约了油气井的高效开采。

准确获取井下温度压力条件下油井水泥水化过程中温度和体积变化，是合理设计水泥浆体系、使水泥环能承受井下温度、压力载荷，保证在复杂井下温压工况下固井密封完整性的重要前提，也是水泥浆水化过程关键参数评价的重要基础。目前尚无有效的测量在井下温度压力条件下水泥浆水化过程温度和体积变化的手段。国内外各大油公司和科研院校设计了不同种类的水泥石体积变化室内测量装置，通常将配置好的水泥浆置于封闭容器内，对封闭容器施加一定温度和压力，利用位移传感器或者其它介质体积变化，实现对水泥浆水化过程体积变化的测量。位移传感器只能测量水泥石边界处的位移变化，该位移变化与水泥石的体积变化存在一定的差异，同时其他介质体积变化的测量精度有限，因此无法准确反映水泥浆水化过程体积变化。水泥浆水化过程体积变化是研究固井密封失效机理、针对性优选水泥环密封的水泥浆体系、实现对固井质量和水泥环密封完整性有效控制的重要前提，对这些参数的测量是该领域迫切需要解决的重要问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种水泥浆水化过程温度及体积变化实时测量装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现温度和应变的准确测量，进而得到准确的水泥浆水化过程的温度和体积变化参数。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种水泥浆水化过程温度及体积变化实时测量装置，包括：

养护组件，所述养护组件包括高温高压养护腔体，所述高温高压养护腔体内设有水泥养护试样，所述高温高压养护腔体的上下两端口分别安装有上堵头和下堵头；

温度压力控制组件，所述温度压力控制组件包括保温室，所述高温高压养护腔体设置于所述保温室内部，所述高温高压养护腔体外侧缠绕有加热线圈，所述加热线圈电性连接有加热线圈控制电路，所述加热线圈控制电路电性连接有温度控制面板，所述温度控制面板的一侧设有压力控制面板，所述压力控制面板通过高压泵控制电路电性连接有高压泵，所述高压泵的一端通过低压管线连接有储水箱，所述高压泵的另一端通过高压管线贯穿所述上堵头，并与所述高温高压养护腔体连通，所述高压泵能够将高压水引入至所述高温高压养护腔体内；

数据采集组件，所述数据采集组件包括预置于所述水泥养护试样内的多个轴向光纤传感器以及多个平面光纤传感器，所述平面光纤传感器和所述轴向光纤传感器均电性连接有光纤传感器数据传输线，所述光纤传感器数据传输线电性连接有光纤传感器信号处理器。

优选的，所述上堵头和所述下堵头均为T型结构，所述高温高压养护腔体的上下两端口均设置为台阶孔；