Устройство для определения объемных изменений тампонажных смесей

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 174557нуля, при этом вход блока обратной связи подключен к усилителю, а выход блока установки нуля - к самописцу, 1Изобретение относится к цементированию нефтяных и газовых скважини предназначено для исследованияобъемных изменений тампонажных растворов в условиях приближенных к 5условиям реальной скважины,Известно устройство для определения во времени величины контракциивяжущих веществ, включающее автоклав,с размещенным в нем стаканом для 10исследуемого вещества, заполненнымводой, плунжер, передающий черезводу. заданную величину сжатия вещества, связанный с регистрирующейаппаратурой. 1,1. 15Однако это устройство определяеттолько величину контракции и непозволяет одновременно определитьвеличину объемногоизменения вещества, необходимую для подбора тамнокажных смесей с заданными показателями.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяустройство для определения объемных 25изменений тампонажных смесей, содержащее заглушенный сверху стакан сделящим его на две камеры поршнем ссштоком, подпоршневая из которых заполнена тампонажной смесью, дифферен. З 0циально-трансформаторный датчик ссердечником, соединенным со штокомпоршня, и регистрирующий узел, включающий усилитель и самописец. Изменение высоты испытуемои смеси приво 35дит к изменению положения поршня,вызывающего перемещение сердечникав дифференциально-трансформаторнойкатушке, что в свою очередь регистрируется самописцем 121.Недостатками известного прибораявляются невозможность исследованияпроцессов объемных изменений тампонажных смесей в условиях ограничивающих осевых нагрузок, узкий диапазонизменений и нелинейность шкалы само 2писца, обусловленная нелинейной характеристикой дифференциально-трансформаторного датчика,Цель изббретения - повышениечувствительности и расширение диапазона измерения объемных измененийтампонажных смесей под действиемограничивающих осевых нагрузок.Указанная цель достигается тем,что устройство для определенияобъемных изменений тампонажныхсмесей, содержащее заглушенныйсверху стакан с делящим его на двекамеры поршнем со штоком, подпоршневая из котоГых заполнена тампонажнойсмесью, дифференциально-трансформаторный датчик с сердечником, соединенным со штоком поршня, и регистрирующий узел, включающий усилитель исамописец, снабжено перфорированнойперегородкой, установленной в нижнейчасти подпоршневой камеры, причемштоковая камера и полость междудном стакана и перфорированной перегородкой сообщены с источникомдавления.Кроме того, устройство снабженопоследовательно соединенными блоками обратной связи и установки нуля, при этом вход блока обратнойсвязи подключен к усилителю, авыход блока установки нуля -; 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, являющейсячастью регистрирующего узла, состоящего из генератора 8 синусоидальныхколебаний, пикового детектора 9,3 1174 усилителя 10, блока 11 обратной свя- зи, блока 12 установки нуля и самописца 13В 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 термостат с заданной темпеоатурой. 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 держания заданного условия эксперимента давления в камере 14.В качестве источника давления используют баллон со сжатым воздухом, включенный в линию 16 через раз 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 измене 35 ний, но и самой камеры 14.Всякое изменение объема исследуемого образца будет вызывать линейное перемещение поршня и жестко связан 40 ного с ним сердечника 5 дифференциально-трансформаторной катушки 7, связанной с электронной схемой, позво" ляющей с высокой точностью регистриро. вать эти перемещения (до 0 01 мм).Ф45 Создавая различные осевые нагрузки и исследуя изменения линейных изменений при этом, можно построить зависимость 6=1 ( 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 4основным элементом бесконтактногоизмерителя линейных перемещений, входящего в состав прибора для регистрации динамики процесса объемныхизменений тампонажных смесей, Онасодержит дифференциальный трансформатор с сердечником, жестко связаннымс поршнем, регистрирующим объемныеизменения исследуемой смеси в зависимости от условий твердения. Навыход дифференциального трансформатора подается синусоидальное напряжение с генератора, выход трансформатора подключен к пиковому детектору,связанному с усилителем, которыйохвачен элементом обратной связи так,что коэффициент усиления усилителязависит от, уровня напряжения его навходе.Коррекция обратной связи, позволяющей получить линейную зависимостьпоказаний самописца от перемещенийсердечника, осуществляется следующим образом,На вход дифференциально-трансформаторного датчика подается синусоидальный сигнал частотой 800 Гцстрого определенной амплитуды с внутреннего генератора преобразователя.Сердечник дифференциального трансформатора связан с микрометрическойпередачей, позволяющей оцениватьперемещение 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 схемуэлемента установки нуля независимоот положения сердечника в катушкедифференциально-трансформаторногодатчика и обратной связи, позволяющей корректировать характеристикидатчика и получить линейную завимисоть показаний самописца от перемещения сердечника, обеспечиваетвысокую чувствительность в широкомдиапазоне измерений объемных изменений исследуемых тампонажных смесей.П р и м е р, Берут тампонажнуюсмесь, состоящую из портландцементас добавкой 107 СаО, водосмесевойфактор 0,5. Опыт проводят при 75 С.Исследуемую смесь помещают в стакан 1,закрывают перфорированной заглушкой2, стопорной вилкой 3 и подключают1174557 Характеристика 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 Составитекь В. БорискинаРедактор И. Дербак Техред О.Неце Корректор М. Пожо Заказ 5153/31 Тираж 540 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. 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 МПа.Создавая различные перепады давления от О до 66 МПа в процессе Как видно из таблицы на велиЬЧчину 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 позволя ет получить данные об объемных изменениях тампонажных смесей в условиях, приближенных к скважинам, необходимые для расчета и прогнозирования напряжений в контактных ЗО зонах цемент-колонна и цемент-порода, что необходимо для создания высокой герметичности заколонного пространства.