Разборный контейнер для устройства формования образцов из тампонажных растворов

Предлагаемое изобретение относится к устройству, а именно к контейнеру, предназначенному для формования образцов из тампонажного раствора, применяемого при цементировании нефтяных и газовых скважин, полученных в условиях, имитирующих скважинные по температуре и давлению, для определения расширения тампонажных растворов и определения адгезии цементного камня. Предлагаемое 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 растворов для цементирования скважин.

Известен контейнер, входящий в устройство для формования образцов, принятый в качестве прототипа, выполненный разъёмным и состоящий из днища и крышки, снабженных отверстиями под крепёж для фиксации стенок относительно днища и крышки, а также 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.).

Известный контейнер предназначен для формования образцов в виде кубиков, используемых для проведения прочностных испытаний на сжатие, и включает три разъемные формы квадратного сечения.

Технической задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение возможности формования двух образцов из тампонажного раствора одинакового состава, необходимых для определения его расширения и определения адгезии получаемого цементного камня, что способствует повышению точности результатов при испытаниях, а также обеспечение удобства изготовления и обслуживания устройства.

Технический результат достигается тем, что разборный контейнер для устройства формирования образцов из тампонажных растворов, состоящий из днища и крышки, снабженных отверстиями под крепёж для фиксации стенок относительно днища и крышки, и ручки, закрепленной на крышке, для установки и извлечения контейнера из устройства имеет отличия, а именно стенки выполнены двойные- наружные и внутренние, в виде соосно установленных полых цилиндров, при этом наружные стенки выполнены с сопрягаемыми ступенчатыми торцами и соединены через разделитель, верхняя поверхность которого выполнена с кольцевым выступом для взаимодействия с пазом одной наружной стенки, а нижняя его поверхность снабжена стенкой, выполненной в виде полого цилиндра со ступенчатым торцом для соединения с другой наружной стенкой, нижняя поверхность крышки снабжена стенкой в виде цилиндра со ступенчатым нижним торцом для соединения с торцом наружной стенки, причём стенки разделителя и крышки выполнены равной высоты и снабжены сквозными отверстиями для создания давления внутри контейнера, при этом на торцах внутренних стенок установлены вставки, выполненные в виде цилиндров с днищем, снабженным сквозными отверстиями для выхода излишков тампонажного раствора, и центральным цилиндрическим выступом, при этом центральный цилиндрический выступ и стенки каждой вставки выполнены со сквозными, соосно расположенными отверстиями для обеспечения возможности выемки вставки после формования образцов, при этом суммарная высота стенки вставки и внутренней стенки меньше суммарной высоты стенки разделителя и наружной стенки в нижней части контейнера, а также наружной стенки и стенки крышки в верхней его части для обеспечения возможности перемещения вставок относительно наружных стенок при расширении тампонажного раствора.

Днище, крышка, стенки, разделитель и вставки имеют одинаковую толщину.

Предлагаемое устройство отличается простотой в изготовлении и эксплуатации и позволяет обеспечить изготовление двух образцов из тампонажного раствора одинакового состава, необходимых для определения расширения тампонажного раствора и определения адгезии полученного из него цементного камня.

Предлагаемое устройство иллюстрировано чертежами, где на фиг.1 изображено продольное сечение общего вида; на фиг. 2 – вид сверху на фиг. 1.

Устройство выполнено в виде разборного контейнера, в собранном виде имеющего две внутренние полости в форме двух одинаковых цилиндров для размещения тампонажного раствора.

Устройство состоит из днища 1, крышки 2 и двойных стенок в виде полых соосно установленных цилиндров: наружных стенок 3, 4, выполненных одинаковой высоты, и внутренних стенок 5, разделителя 6 и вставок 7. Крышка 2 и разделитель 6 выполнены со сквозными отверстиями по периметру, а днище 1 - с резьбовыми отверстиями для установки крепежа в виде болтов 8, фиксирующих устройство в собранном виде (отверстия на чертеже не показаны).

Крышка 2 на верхней поверхности имеет ручку 9 в виде кольца предназначенную для съёма крышки 2 при установке и извлечении устройства из автоклава. Нижняя поверхность крышки 2 снабжена стенкой в виде цилиндра со ступенчатым нижним торцом (в виде выступа и паза) для соединения с торцом наружной стенки 3 (выступ и паз на чертеже не показаны).

Наружная стенка 3 выполнена в виде полого цилиндра, имеющего аналогичные сопрягаемые ступенчатые торцы верхний и нижний. Верхний торец для взаимодействия с крышкой 2, и нижний – с разделителем 6.

Верхняя поверхность разделителя 6 выполнена с кольцевым выступом для взаимодействия с пазом наружной стенки 3, а нижняя его поверхность снабжена стенкой, выполненной в виде полого цилиндра со ступенчатым торцом для соединения с наружной стенкой 4, причём высота стенки разделителя 6 равна высоте стенки крышки 2. Разделитель 6 одновременно является днищем для внутренней стенки 5, расположенной выше него.

Наружная стенка 4 имеет аналогичные ступенчатые торцы, верхний - для взаимодействия с разделителем 6, и нижний – с днищем 1, выполненным с кольцевым выступом на верхней поверхности для взаимодействия с пазом наружной стенки 4 (кольцевой выступ на чертеже не показан).

Внутренние стенки 5 установлены в наружных стенках 3 и 4 с возможностью скольжения и перемещения вдоль оси при расширении тампонажного раствора при формовании образцов, и вокруг оси контейнера при установке фиксирующих болтов 8.

Вставки 7 выполнены в виде цилиндров с днищем, снабженным сквозными отверстиями 10 для выхода излишков тампонажного раствора, и центральным цилиндрическим выступом 11. При этом центральный цилиндрический выступ 11 и стенки вставок 7 выполнены со сквозными, соосно расположенными отверстиями 12 для обеспечения возможности выемки вставок 7 из устройства после осуществления формования образцов, например, с помощью штыря, устанавливаемого в сквозные, соосно расположенные отверстия 12. Наружный диаметр вставок 7 равен наружному диаметру внутренней стенки 5.

Суммарная высота стенки вставки 7 и внутренней стенки 5 меньше суммарной высоты стенки разделителя 6 и наружной стенки 4, образуя зазор для обеспечения возможности перемещения вставки 7 в нижней части контейнера при расширении тампонажного раствора.

Суммарная высота стенки вставки 7 и внутренней стенки 5 меньше суммарной высоты стенки крышки 2 и наружной стенки 3, образуя зазор для обеспечения возможности перемещения вставки 7 в верхней части контейнера при расширении тампонажного раствора.

Все стенки 3, 4 и 5 устройства, а также днище 1 и крышка 2 имеют одинаковую толщину. Для создания давления внутри контейнера в стенке крышки 2 и разделителя 6 выполнены сквозные отверстия 13.

Предлагаемое устройство собирают следующим образом.

Сначала на кольцевой выступ днища 1 пазом устанавливают наружную стенку 4, затем внутри неё размещают внутреннюю стенку 5, заполняют полость тампонажным раствором, после чего на торец внутренней стенки 5 устанавливают вставку 7, обеспечивая их соприкосновение, и удаляют излишки тампонажного раствора, поступившего через сквозные отверстия внутрь вставки 7. Затем на ступенчатый торец наружной стенки 4 устанавливают разделитель 6, совмещая выступ с пазом стенки 4. Затем на выступ разделителя 6 устанавливают пазом наружную стенку 3 и внутри неё размещают внутреннюю стенку 5 и заполняют полость тампонажным раствором. На торец внутренней стенки 5 устанавливают вставку 7, обеспечивая их соприкосновение, и удаляют излишки тампонажного раствора, поступившего через сквозные отверстия внутрь вставки 7. Затем замеряют штангенциркулем суммарную высоту от нижней поверхности днища 1 до верхней поверхности верхней вставки 7, после чего записывают показания. Последней устанавливают крышку 2, и, совместив отверстия на днище 1, разделителе 6 и крышке 2 болтами 8 фиксируют устройство в собранном виде и, используя ручку 9, помещают в автоклав, например H&K консистометр модель 218 или его аналоги, создают давление и температуру, имитируя скважинные условия, и выдерживают образцы необходимое время.

Затем контейнер вынимают из автоклава и разбирают в обратном порядке. Сначала вынимают болты 8, снимают крышку 2 и измеряют штангенциркулем высоту от нижней поверхности днища 1 до верхней поверхности верхней вставки 7. Если расширение происходит, то вставки 7 поднимаются вверх относительно внутренних стенок 5 и между днищем вставок 7 и торцами внутренних стенок 5 возникнет зазор. Показания измеренной величины расширения записывают и переводят в проценты, определяя, на сколько процентов тампонажный раствор расширился.

Затем снимают наружную стенку 3, после чего снимают вставку 7 и внутреннюю стенку 5 с образцом из цементного камня.

Затем внутреннюю стенку 5 с образцом (тампонажным камнем) устанавливают на опорное кольцо в виде полого цилиндра и плунжером пресса выдавливают образец, определяя момент страгивания образца из внутренней стенки 5.

Адгезию определяют по формуле (см. В.С. Данюшевский и др. Справочное руководство по тампонажным материалам, 2-е изд., 1987 г. - стр.352).