Разборный контейнер для устройства формирования образцов из тампонажных растворов для прочностных испытаний

Предлагаемое изобретение относится к контейнеру устройства, предназначенного для формирования образцов из тампонажных растворов, применяемых при цементировании нефтяных и газовых скважин, полученных в условиях, имитирующих скважинные по температуре и давлению, для последующих прочностных испытаний образцов на изгиб и на сжатие. Такое устройство может быть использовано как непосредственно на скважинах, так и в лабораториях тампонажных контор, управлений буровых работ и нефтедобывающих объединений, а также в лабораториях научно-исследовательских организаций, занимающихся разработкой рецептур и исследованием тампонажных цементов, смесей и растворов для цементирования скважин.

Для проведения прочностных испытаний цементов на изгиб используют четыре образца-балочки размером 40х40х160мм или 20х20х100мм, в зависимости от типа испытуемых цементов для низких, нормальных и умеренных или повышенных температур.

Для проведения прочностных испытаний цементов для повышенных температур по ГОСТ 310.4-81 "Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии" образцы должны иметь определённую форму, а именно в виде образцов-балочек в количестве четырёх штук размером 20х20х100мм. Формирование образцов-балочек согласно ГОСТ 310.4-81 осуществляют в формах, изготовленных из материалов, удовлетворяющих условиям их эксплуатации и обеспечивающих жесткость форм и стабильность размеров образцов.

При изготовлении балочек формы с помощью насадки плотно прижимают к столу вибрационной площадки для уплотнения тампонажного раствора.

Затем формы с тампонажным раствором помещают в автоклав, создавая в нём требуемую температуру и давление, после чего производят выдержку образцов ГОСТ 26798.2-96 «Цементы тампонажные типов I-G и I-H». Методы испытаний.

После выдержки образцов их подвергают вначале прочностным испытаниям на изгиб, а после испытания на изгиб половинки образцов-балочек испытывают на сжатие с помощью нажимных пластин, изготовленных из стали твердостью 56... 61 HRCэ, для передачи нагрузки на половинки образцов-балочек. Выдержку образцов производят в водном термостате при атмосферном давлении и температуре до 95 ^оС, однако образование цементного камня в таких условиях не всегда соответствует цементному камню, образующемуся в скважинах при их цементировании.

Использование форм для формования образцов-балочек размером 20х20х100мм, изготавливаемых согласно ГОСТ 310.4-81 неудобно, так как усложняется процесс изготовления образцов-балочек и увеличивается время на формование, поскольку в камеру автоклава можно установить максимум две формы с образцами-балочками.

Известен контейнер, входящий в устройство для формования образцов, принятый в качестве прототипа, выполненный разъёмным и состоящий из наружных стенок, днища и крышки, снабженных отверстиями под крепёж для фиксации, и ручки, закрепленной на крышке для установки и извлечения контейнера из устройства (см. описание к патенту Российской Федерации № 2637228, G01N 1/28, B01J 3/0, опубл. 01.12.2017г.). При этом нижняя поверхность крышки выполнена со сквозными пазами.

Известный контейнер включает три разъемные формы квадратного сечения и предназначен для изготовления образцов в виде кубиков для проведения прочностных испытаний на сжатие. Известное устройство не позволяет изготавливать образцы в виде балочек.

Технической задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение возможности формования одновременно четырёх образцов в виде балочек из тампонажного раствора одинакового состава, необходимых для дальнейших силовых испытаний на изгиб и сжатие, что сокращает время на формование.

При этом одновременно обеспечивается точность результатов при испытаниях и удобство изготовления и обслуживания устройства.

Технический результат достигается тем, что разборный контейнер для устройства формирования образцов из тампонажных растворов для прочностных испытаний, состоящий из наружных стенок, снабженных отверстиями под крепёж для фиксации, днища, крышки с ручкой, закрепленной на крышке для установки и извлечения контейнера, при этом нижняя поверхность крышки выполнена со сквозными пазами, имеет отличия, а именно он дополнительно содержит крестообразную перегородку, выполненную на высоту внутренней полости устройства и делящую полость контейнера на четыре полости квадратного сечения, закреплённую своими торцами в пазах, выполненных с внутренней стороны в средней части каждой наружной стенки устройства.

Крестообразная перегородка может быть выполнена разъёмной или сварной.

Наружные стенки выполнены одинаковой ширины. Противоположные наружные стенки выполнены попарно разной ширины. Наружные стенки выполнены попарно разной ширины, причем две противоположные стенки выполнены с упорами.

Предлагаемое устройство отличается простотой в изготовлении и эксплуатации, позволяет обеспечить одновременное изготовление четырёх образцов-балочек из тампонажного раствора одинакового состава, необходимых для прочностных испытаний на изгиб и сжатие.

Предлагаемое устройство иллюстрировано чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид; на фиг. 2 – сечение А – А на фиг. 1 (противоположные стенки выполнены разной ширины); на фиг. 3 – сечение А – А на фиг. 1 (стенки выполнены одинаковой ширины); на фиг. 4 – сечение А – А на фиг. 1 (две противоположные стенки выполнены с упорами; на фиг 5 – вид Б на фиг. 1; на фиг 6 – вид В на фиг. 1.

Устройство выполнено в виде разборного контейнера, в собранном виде имеющего четыре внутренние полости с сечением в форме квадрата для размещения тампонажного раствора для изготовления вертикально размещённых четырех образцов-балочек с размерами 20х20х100мм или 40х40х160мм, в зависимости от типа испытуемого цемента.ъ

Устройство состоит наружных стенок 1, соединенных между собой посредством крепежа 2 , образующих в сборе корпус с внутренней полостью с сечением в форме квадрата, днища 3, соединенного с наружными стенками 1 посредством крепежа 4 и крышки 5, закрепляемой на наружных стенках 1 посредством крепежа 6. Крепеж 4 и крепеж 6 выполнены в виде винтов с потайной головкой.

Крышка 5 на верхней поверхности имеет крепеж 8 для петли 9, имеющей возможность поворота в вертикальной плоскости относительно крепежа 8 и предназначенной для съёма крышки 5 при установке и извлечении устройства из автоклава.

Каждая из наружных стенок 1 с внутренней стороны устройства в средней части имеет продольный паз (продольный паз на чертеже не показан) для установки внутри полости крестообразной перегородки, выполненной из стенок 10 и 11, высота и толщина которых равна высоте и толщине наружных стенок 1. Стенки 10 и 11 состыкованы под углом 90 градусов друг к другу для разделения внутренней полости устройства на четыре полости под размещение образцов-балочек с сечением в виде квадрата.

Для удобства изготовления и обслуживания устройства крестообразная перегородка выполнена разъёмной, при этом одна из внутренних стенок 11 имеет продольные пазы в средней части по обе её стороны для установки в них торцов двух других стенок 10 под углом 90 градусов (продольный паз на чертеже не показан).

Днище 3 и крышка 5 выполнены в виде круга с отверстиями для установки крепежа 4 и 6 соответственно для фиксации днища 3 и крышки 5 относительно наружных стенок 1 в рабочем положении устройства (отверстия на чертеже не показаны).

Нижняя поверхность крышки 5 выполнена со сквозными пазами 7 для поступления масла внутрь полостей при создании давления внутри контейнера при помещении его в устройство для формования.

Наружные стенки 1 могут иметь одинаковую ширину (см. фиг. 3), противоположные стенки могут быть выполнены попарно разной ширины (см. фиг.2 и фиг.4) и могут быть выполнены попарно разной ширины, причем две противоположные стенки выполнены с упорами 12 на противоположных стенках (см. фиг. 4). Выполнение двух противоположных стенок с упорами на противоположных стенках (см. фиг. 4) позволяет, срезав углы стенок при выполнении упора, уменьшить диаметр крышки 5 и днища 3 и обеспечить установку устройства в полость автоклава при формовании образцов.

Предлагаемое устройство для изготовления образцов собирают следующим образом.

Сначала соединяют между собой наружные стенки 1, фиксируя их относительно друг друга крепежом 2. В случае выполнения крестообразной вставки разъёмной, по продольным пазам, выполненным в средней части наружных стенок 1, вначале устанавливают внутрь полости устройства стенку 11 между двумя противоположными стенками 1. Затем по обе стороны стенки 11 поочерёдно устанавливают стенки 10, размещая один торец каждой стенки 10 в продольном пазу, выполненном в средней части наружной стенки 1, а другой торец – в продольном пазу, выполненном в средней части стенки 11, образуя крестообразную перегородку на высоту внутренней полости устройства для формования четырех образцов-балочек, затем к наружным стенкам 1 крепят днище 3.

В случае выполнения крестообразной вставки сварной, стенки 10 и 11 вставляют в полость устройства одновременно.

Крышку 5 крепят на стенках 1 после размещения внутри полостей тампонажного раствора.

Перед наполнением полостей устройства цементным тестом устройство проверяют на герметичность, для чего внутренние поверхности наружных стенок 1 и стенок 10 и 11 смазывают машинным маслом, а затем заполняют полости водой. После проверки на герметичность воду выливают. Полости наполняют цементным тестом, избыток теста срезают ножом и не позднее чем через 30 мин от начала затворения цемента устройство помещают в автоклав.