高温高压下超声波检测水泥石强度的研究

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1、高温高压下超声波检测水泥石强度的研究张维君王珠忠田兴杰沈阳航空工业学院110036摘要:本文应用超声波检测方法对高温高压下水泥石强度的测量进行了研究，详细介绍了超声波测量水泥石强度及相关弹性模量的过程和测量仪的设计。实验结果表明，本文采用的测量方法与常规测量方法相比它能够连续动态测量水泥从浆体到硬化的强度变化以及弹性变化。关键词:超声波;水泥石抗压强度;弹性模量中图分类号：TP206+.1文献标识码：BResearchofUltrasonicMeasurementonConcreteStrengthunderHighTe

2、mperatureandHighPressureZhangWeijunWangZhuzhongTianXingjieShenYangInstituteofAeronauticalEngineering110036Abstract:Thisarticlemainlyresearchestheapplicationofultrasonicmeasurementapplyingformeasuretechniqueofconcretestrengthunderhightemperatureandhighpressure.Itg

3、ivesdetailedstatementonthemeasurementofconcretestrength,anddesignofstrengthtestapparatus.Experimentsindicatethatthismeasurementandintensityapparatus’sfeaturebettermeasureprecisionandbettercontrasteffectthantheconventionalmeasurement.Keywords:Ultrasonic;ConcreteCo

4、mpressiveStrength;ModulusofElasticity1引言在进行水泥石强度的测量时，往往也要对与其相关的弹性模量进行测量计算，目前国内对于高温高压下水泥石的弹性模量和强度的测量都是基于高温高压养护，常温常压测量，这种方法首先将水泥浆和好后注入柱体容器，放入高温高压养护釜内进行养护，待凝结固化后释放高压并冷却，然后再取出水泥石，利用引伸仪拉伸或压缩水泥石柱，并通过该仪器测量拉伸形变或压缩形变来计算水泥石的弹性模量；强度的测量则是利用压力机测量的，首先对取出的水泥石柱通过轴向施压，测量水泥石被压裂时的最

5、大压力，然后与受压面积求比值来求得水泥石的强度值，由于测量时需要破坏性试验，所以只能进行一次测试，而不能连续动态测量。众所周知，随着表层油气田的不断挖掘开采，浅层油气资源变得越来越少，人们开始把探索油气资源的目标瞄向了深层油气田，在国际国内长期的油气开采历史经验总结中，科学家和技术专家们在对深层油气田的开采研究中积累了大量的经验知识，这些知识表明同样的钻井、固井材料在深层井和表层井中的性能呈现着很大的差别，这主要原因是材料所处的温度和压力环境不同，对于固井中重要的固井水泥来说，它在高温高压下形成水泥石的各个阶段都表现出有

6、别于常温低压环境下的性能，由于水泥石存续于固井和后期采油的整个油井生命过程中，所以对它在高温高压环境下的性能研究对于固井质量和油井安全有着至关重要的作用。2测量方法研究表明，声波信号传送时间与水泥性能如强度发展的时间和程度有关，强度越高、弹性越强，声速值就越高。根据测得的不同声速值，便可以推断水泥石的强度和弹性模量。由于传统方法无法真实反映水泥石在高温高压环境下的水泥石强度性能和弹性性能，而且无法测量水泥石形成各个阶段的动态强度和弹性的变化，本文在研究了超声测量在金属强度测量和金属探伤等应用的基础上提出了一种利用超声波进

7、行高温高压环境下水泥石强度的测量方法，该方法通过测量超声脉冲通过高温高压环境水泥石截面的速度，并利用声速与强度关系的数据模型求得到水泥石的强度值，同时利用声速数据经过回归计算得到水泥石的弹性模量。由于测量过程完全在高温高压环境下，而且测量过程对于被测试样没有破坏性，重复测量性好，因此通过该方法的应用我们可以动态测量、计算水泥石的强度变化和弹性变化，这一点对于油气田钻井、固井研究具有十分重要的意义，它能够大大提高人们对固井水泥性能的认识，对于评价和预测固井质量有着十分重要的参考价值。3详细设计:3.1理论依据声波在物体材料

8、中传播的速度可以由测量试样的长度以及声波在物体长度方向飞行的时间共同决定，在本文描述测量系统中通过两个超声波换能器探头，向水泥石发射超声波脉冲。脉冲穿过混凝土所用的时间由控制器（PLC）测得。脉冲的传播速度可以由以下公式得出[1]：−6V=S÷T×10（1）其中:V=超声波的速度（m/sec）S=发射和接收探头之间的