Установка для визначення тиску гідропрориву цементного каменя

1. Установка для визначення тиску гідропрориву цементного каменя, що містить послідовно сполучені між собою трубопроводами гідравлічний насос, випробувальну камеру у вигляді порожнистого циліндра з передньою та задньою торцевими 3 встановлення значення тиску гідропрориву цементного каменя, оскільки випробувальна камера не містить вихідних отворів для витоку рідини. Відома установка для визначення ступеня усадки цементного каменя, що містить послідовно сполучені між собою трубопроводами гідравлічний насос, випробувальну камеру у вигляді порожнистого циліндра з передньою та задньою торцевими кришками, обладнаними вхідними та вихідними отворами, ємність для рідини та мікроконтролер, який здійснює контроль параметрів роботи установки (патент США № 7296927, МПК G01N 3/00, опубл. 20.11.2007). Ця установка непридатна для використання з метою встановлення значення тиску гідропрориву цементного каменя, оскільки випробувальна камера призначена лише для наскрізної циркуляції рідини. Відома установка для дослідження гідропрориву в зоні контакту "цементний камінь-метал". В установці торець цементного каменя циліндричної форми контактує з металевою поверхнею (див. Булатов А.И. "Формирование и работа цементного камня в скважине", Москва, 1990, стор. 211-212). Спосіб оцінки герметичності контакту полягає в поданні води під тиском в центр торця цементного каменя і візуальному спостереженню за появою води на протилежному його торці із одночасним вимірюванням тиску води, що подається. Недоліком відомої установки є низька точність отримуваних результатів досліджень, оскільки вони базуються на даних вимірювань манометра, що фіксуються в момент гідропрориву, який визначається оператором візуально. Таким чином, точність отриманих результатів залежить від низки суб'єктивних людських факторів властивих оператору дослідної установки, зокрема його уважності і швидкості реакції. Відома установка для визначення проникності цементного каменя, що містить послідовно сполучені між собою трубопроводами балон із стисненим газом, бак із рідиною, випробувальну камеру у вигляді порожнистого циліндра з передньою та задньою торцевими кришками, обладнаними вхідними та вихідними отворами, датчики тиску, (див. Сайд Ибрагим Али Фара "Разработка составов для восстановления герметичности заколонного пространства при капитальном ремонте скважин ", Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Уфа, 2003. С. 13). Датчики тиску виконані у вигляді стрілкових манометрів. Тиск гідропрориву визначається оператором за допомогою цих стрілкових манометрів. Недоліком відомої установки є малий діапазон тисків, що можуть бути створені нею, оскільки при відсутності гідравлічного насоса максимальний тиск, створюваний установкою, не буде перевищувати тиск в балоні газу. Суттєвим недоліком установки є низька точність визначення моменту гідропрориву і тиску в цей момент, оскільки момент гідропрориву визначається візуально за фактом витоку рідини із вихідного отвору задньої кришки випробувальної камери, а тиск визначається шляхом спостереження за показами кількох манометрів одночасно. Таким чином, точність отриманих 62203 4 результатів суттєво залежить від низки суб'єктивних людських факторів властивих оператору дослідної установки, зокрема його уважності і швидкості реакції. Найбільш близьким аналогом до запропонованого технічного рішення є відома установка для визначення тиску гідропрориву цементного каменя, що містить послідовно сполучені між собою трубопроводами гідравлічний насос, випробувальну камеру у вигляді порожнистого циліндра з передньою та задньою торцевими кришками, обладнаними вхідними та вихідними отворами, датчик тиску (див. Амерханова С.И., "Повышение эксплуатационной надежности крепи скважин на поздней стадии разработки нефтяных месторождений", Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Уфа, 2002. - С. 63-68). Датчик тиску виконаний у вигляді стрілкового манометра. Передня торцева кришка містить вхідний отвір для подання рідини. Задня торцева кришка містить один розташований в її центрі вихідний отвір для виведення рідини після гідропрориву цементного каменя. Головним недоліком відомої установки є низька точність визначення моменту гідропрориву і тиску рідини в цей момент, оскільки момент гідропрориву визначається візуально за фактом витоку рідини із вихідного отвору задньої кришки випробувальної камери, а тиск визначається шляхом спостереження за показами манометра. Необхідно підкреслити, що у відомій установці манометр встановлений не на випробувальній камері, а на баку із рідиною, і фактично вимірює тиск у ньому, а не у випробувальній камері. Від оператора установки вимагається одночасне виконання кількох дій: спостереження за вихідним отвором випробувальної камери, спостереження за встановленим на баку манометром, регулювання режиму роботи гідравлічного насоса. Таким чином точність результатів суттєво залежить від швидкості реакції оператора, його спостережливості та багатьох інших суб'єктивних людських факторів, що призводить до практичної непридатності відомої установки для використання в реальних виробничих умовах, зокрема на свердловині. Крім того, момент виходу рідини із вихідного отвору задньої торцевої кришки не є фактичним моментом гідропрориву цементного каменя. Оскільки явище гідропрориву відбувається в зоні контакту цементного каменя із стінками випробувальної камери і на задній торцевій кришці рідина після гідропрориву з'являється вздовж її периметра (тобто вздовж стінок), необхідний певний час для того, щоб рідини зібралась на задній кришці, подолала шлях від периметра задньої кришки до її центра і витекла назовні через розташований в ньому отвір, щоб бути поміченою оператором установки. Задачею корисної моделі є підвищення точності визначення тиску гідропрориву цементного каменя шляхом автоматизації процесу зняття даних з датчика тиску та подальшої їх обробки, а також шляхом оптимізації конструкції випробувальної камери. Поставлена задача вирішується тим, що у відомій установці для визначення тиску гідропрори 5 ву цементного каменя, що містить послідовно сполучені між собою трубопроводами гідравлічний насос, випробувальну камеру у вигляді порожнистого циліндра з передньою та задньою торцевими кришками, обладнаними вхідними і вихідними отворами, та датчик тиску, згідно з корисною моделлю, установка обладнана пристроєм обробки інформації, з'єднаним з датчиком тиску, встановленим на випробувальній камері, та гідравлічним насосом, а вихідні отвори задньої торцевої кришки розміщені вздовж її периметра. Можливим є виконання установки, в якому передня торцева кришка містить додатковий отвір для випуску повітря. Оптимальним є виконання установки, в якому пристрій обробки інформації виконаний у вигляді комп'ютера. Доцільним є виконання установки, в якому випробувальна камера обладнана нагрівачами, з'єднаними з пристроєм обробки інформації. Технічним результатом корисної моделі є підвищення точності визначення тиску гідропрориву цементного каменя завдяки обладнанню установки пристроєм обробки інформації, з'єднаним з датчиком тиску, встановленим на випробувальній камері, та гідравлічним насосом. Такий пристрій дозволяє відстежувати зміни значення тиску рідини безпосередньо у випробувальній камері, контролювати режим роботи гідравлічного насоса та нагрівачів. Виконання цього пристрою у вигляді комп'ютера (наприклад, ноутбука) дозволяє використовувати для контролю параметрів роботи установки широкий спектр програмного забезпечення, розробленого для популярних операційних систем. Додаткове підвищення точності візуального визначення моменту гідропрориву забезпечується завдяки розміщенню вихідних отворів задньої торцевої кришки випробувальної камери вздовж її периметра. Оскільки гідропрорив відбувається в зоні контакту цементного каменя із стінками випробувальної камери, і на задній торцевій кришці рідина з'являється саме вздовж її периметра, то розміщення вихідних отворів вздовж цього периметра дозволяє забезпечити її безперешкодний вихід. Таким чином стає можливим побачити появу рідини безпосередньо в момент гідропрориву. Додатково підвищується точність проведення вимірювань завдяки виключенню фактора впливу наявного у випробувальній камері повітря, що стає можливим завдяки обладнанню передньої торцевої кришки додатковим отвором для випуску повітря. Стає можливим проведення вимірювань тиску гідропрориву цементного каменя в умовах, максимально наближених до реальних умов свердловини, що досягається обладнанням випробувальної камери нагрівачами, які імітують температурні умови в свердловині. Конструкція заявленої установки проілюстрована кресленнями: фіг. 1 - загальна схема установки; фіг. 2 - випробувальна камера (поздовжній переріз); 62203 6 фіг. 3 - випробувальна камера з встановленим осердям (поздовжній переріз); фіг. 4 - вигляд передньої торцевої кришки випробувальної камери; фіг. 5 - вигляд задньої торцевої кришки випробувальної камери; фіг. 6 - графік зміни тиску під час проведення досліджень. Установка для визначення тиску гідропрориву цементного каменя містить послідовно сполучені між собою трубопроводами 1 гідравлічний насос 2, випробувальну камеру 3 у вигляді порожнистого циліндра з передньою 4 та задньою 5 торцевими кришками. Установка обладнана пристроєм обробки інформації, виконаним у вигляді комп'ютера 6, що з'єднаний з гідравлічним насосом 2. Вихідні отвори 7 задньої торцевої кришки 5 розміщені вздовж її периметра. Передня торцева кришка 4 має три отвори, а саме: отвір, до якого приєднаний датчик тиску 8, отвір, сполучений з патрубком 9 для випуску повітря, і вхідний отвір, сполучений з патрубком 10 для подання рідини. Датчик тиску 8 обладнаний електронним інтерфейсом і з'єднаний з комп'ютером 6. Випробувальна камера 3 обладнана нагрівачами 11, з'єднаними з комп'ютером 6. Установка також обладнана фільтром 12, ресивером 13, запобіжним клапаном 14, краном 15 та манометром 16. Випробувальна камера може містити встановлене осердя 17, як показано на фіг. 3. Перед початком роботи у випробувальній камері 3 формують зразок цементного каменя. Для цього з випробувальної камери 3 знімають передню 4 та задню 5 торцеві кришки з отворами, замінюючи їх тимчасовими суцільними кришками (на кресленнях не показані). У разі необхідності в середину камери 3 встановлюють осердя 17. Заливають цементний розчин у випробувальну камеру 3. Закривають випробувальну камеру 3 суцільними кришками з обох торців і залишають її до повного затвердіння розчину. Потім знімають тимчасові суцільні кришки і встановлюють на випробувальну камеру 3 із розміщеним всередині неї зразком цементного каменя верхню торцеву кришку 4, нижню торцеву кришку 5 та підключають до випробувальної камери 3 датчик 8 та трубопровід 1 для подання рідини через патрубок 10. Як рідину в установці використовують спеціально підготовлений розчин, що міститься в ємності (на кресленнях не показана) або водопровідну воду. Вмикають комп'ютер 6, відкривають кран 15 і запускають гідравлічний насос 2, який починає подавати рідину трубопроводом 1 до випробувальної камери 3. На початку роботи випускають повітря із випробувальної камери 3 через патрубок 9. Далі програмно за допомогою комп'ютера 6 та з'єднаного з ним датчика 8 встановлюють та контролюють необхідні значення температури випробувальної камери 3 та тиску в ній, обираючи відповідний режим роботи нагрівачів 11 і гідравлічного насоса 2. Поступово збільшуючи тиск рідини у випробувальній камері 3, досягають такого його значення, при якому відбувається гідропрорив цементного каменя. На підставі значень 7 тиску у випробувальній в камері 3, отриманих датчиком 8, за допомогою комп'ютера 6 та встановлених на ньому програмних засобів будують графік зміни тиску в часі, що відображається на моніторі комп'ютера 6. Графік має вигляд кривої. В момент гідропрориву цементного каменя всередині випробувальної камери 3, крива тиску на моніторі комп'ютера 6 змінює свій вигляд і замість зростання переходить в стале значення, відображаючи стале значення тиску в камері 3. В момент гідропрориву відбувається витік рідини 62203 8 крізь отвори 7 задньої торцевої кришки 5, що може бути зафіксовано оператором візуально. В процесі роботи установки фільтром 12 очищують робочу рідину від сторонніх домішок, використовуючи ресивер 13, позбавляються від гідравлічних пульсацій в трубопроводі 1, спричинених роботою гідравлічного насоса 2, а за допомогою клапану 14 запобігають надмірному перевищенню тиску в трубопроводі 1, унеможливлюючи створення аварійної ситуації. Тиск у трубопроводі 1 контролюють за допомогою манометра 16. 9 Комп’ютерна верстка І.Скворцова 62203 Підписне 10 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601