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专利名称：用于设计水泥组合物的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及固井(井注水泥,well cementing)。更具体地,本发明涉及用于设计水泥组合物的方法以及其中所使用的装置。
背景技术：
区域隔离是指隔离地下地层(subterranean formation)或区域(其作为自然资源如气、油、或水的来源)与其它地下地层。为了实现地下地层的隔离，通过向下钻井筒到地下地层，冋时通过井筒循环钻井液。在钻进结束以后，在井筒中移动管柱，例如，套管。接着，通常进行初次固井(初次注水泥)，借此将水泥浆置于环形缝中并允许凝固成硬凝结物，从而将管柱连接于井筒的壁并密封环形缝。还可以进行随后的二次固井操作如挤压固井(挤 压注水泥)。通常，用于油田应用的水泥浆设计涉及优化水泥浆密度、流变性能、泵送时间、流体损失、沉降、强度发展时间、气体迁移(在放置期间)，和机械性能如抗压强度、拉伸强度、泊松比、杨氏模量等，用于长期区域隔离。可以通过包括具有不同密度的各种添加剂来改进这些机械性能。对包括上述添加剂的一个挑战是添加剂的密度变化对水泥浆的均匀性的影响。添加剂的不同密度可以导致在水泥浆中的非均匀密度分布。例如，较高密度添加剂可以倾向于沉降到水泥浆的下部而较低密度添加剂倾向于上升到或保留在上部。测定沉降的常规方法是用凝固水泥进行。然而，这样的程序需要时间，因为在沉降测量以前必须固化和凝固水泥，其可以需要长达14天。因此，可取的是开发用于测定沉降的改进的方法。另外可取的是开发用于设计适用于地下地层的长期区域隔离的水泥组合物的方法。

发明内容
本文披露了一种方法，该方法包括制备基础水泥浆料，该基础水泥浆料包含水泥、水、和一种或多种添加剂；将基础水泥浆料的样品放入具有垂直高度的样品容器；以及在沿着垂直高度的一个或多个位置测量超声波能量通过样品的飞行时间以测定基础水泥浆料的沉降性能。本文还披露了一种方法，该方法包括提供沉降试验装置，该沉降试验装置包括具有垂直高度的柱和彼此相对放置并且柱位于其间的至少一对超声波转换器；将水泥浆料样品放置在柱内；以及在沿着垂直高度的一个或多个位置测量超声波能量通过样品的飞行时间以测定水泥浆料的沉降性能。


为了更完整地了解本发明和其优点，现参照以下简要描述，并连同附图和详细描述。图I是说明设计水泥组合物的方法的流程图。
图2是沉降试验装置的示意图。图3说明适用于实施本发明的若干实施方式的计算机系统。图4是流程图，其说明利用图2所示的沉降试验装置来测试水泥组合物的沉降的方法。
具体实施例方式在附图和其后的描述中，在整个说明书和附图中，通常分别用相同的标记数字来标记相同部分。附图不一定是按比例的。可以以放大尺度或以在某种程度上示意图的形式来示出本发明的某些特征，并且为了清晰和简洁可以不示出常规元件的一些细节。应当明了，本文中提及测定水泥组合物的机械性能是指测定凝固水泥组合物的性 能。在本文中，“优化范围”是指特定参数可以呈现的可接受值的范围。如所指示的，“优化范围”可以是参数的数值的特定范围或可以是相对于基础水泥组合物(BCC)的数值。在数值是相对于BCC(例如，由水泥、水、和可选的一种或多种添加剂构成的水泥浆料)的情况下，应当理解，所讨论的参数是按照称作ASTM的方法针对BCC所测得。参照图1，图I示出流程图，其说明设计适用于对地下地层固井(注水泥)的水泥组合物的方法100。应当明了地下地层(subterranean formations)”包括在外露土以下的区域和在被水(如海洋或淡水)覆盖的地球表面以下的区域。在方框105处，方法100以待引入水泥组合物的地下地层的评估开始。评估可以开始于检索供实验室分析的地层(formation)和储层的样品。尤其是，对于井筒，方法100可以开始于收集用来产生钻井日志(测井)的信息。这样的信息通常包括由井筒穿过的地球地层的特征，和自然资源的地下储层的位置。测井(well logging)是一种技术，用于向地层评估专业人员或钻探者提供关于待钻探的特定地球地层的信息。可以通过若干方法进行收集关于井下条件的信息，其通常被称为〃测井(logging)"。可以通过例如电磁、声学、核、或电机方式并借助于井筒测井工具，如随钻测井(LWD)和有线工具，来获得许多地层性能的原位测量结果。这些测井工具使得能够原位测定多种性能如岩石地层的孔隙度、渗透率、和岩性特征；在感兴趣的区带中的储层压力和温度；鉴定存在的流体；以及许多其它参数。借助于本发明披露的内容，用于评估地下地层和获得为配制水泥组合物所必要的信息的方法是本领域技术人员已知的。方法100进行到方框110，此处配制基础水泥组合物(BCC)。可以配制BCC以赋予一组所期望的性能，其是通过评估地下地层加以确定(如先前在方框105中所描述的)。可以配制这样的BCC :作用为支撑在井筒中的套管、隔离地下地层、或两者，并且将既不超过地层的破裂梯度(fracture gradient)也不允许地层流体的流入(在固井阶段期间)。在一种实施方式中，BCC包含水泥、水、和一种或多种添加剂。水泥可以是水硬水泥(hydraulic cement),其包括I丐、招、娃、氧、和/或硫,并通过和水的反应进行凝固和硬化。水硬水泥的实例包括但不限于卜特兰水泥(例如，等级A、C、G、和H卜特兰水泥)、火山灰水泥、石膏水泥、磷酸盐水泥、高氧化铝含量的水泥、硅石水泥、高碱度水泥、或它们的混合物。BCC可以包括足量的水以形成可泵送的水泥浆料。水可以是淡水或咸水，例如，不饱和盐水溶液或饱和盐水溶液如盐水或海水。水的存在量可以是水泥的约20至约180重量百分比(wt. %)，可替换地约20至约IOOwt. %，可替换地约28至约60wt. %。
BCC可以进一步包含一种或多种添加剂，其被选用以赋予如通过评估地下地层(如先前在方框105中所描述的)所需要的一组基本性能。添加剂的实例包括但不限于密度增加添加剂如增重剂，密度降低添加剂如玻璃珠，发泡和扩张添加剂如气体，悬浮助剂，消泡剂等。通过本领域技术人员已知的技术并借助于本发明披露的内容，可以配制BCC以赋予如通过评估地下地层所需要的一组基本性能。在配制满足如通过评估地下地层所需要的一组基本性能的BCC以后，方法100进行到方框115，此处通过混合水泥、水、和添加剂来制备BCC(即，水泥浆料)。在制备水泥浆料以后，方法100进行到方框120，此处测定浆料的密度和粘度。例如，浆料可以具有约41b/加仑至约221b/加仑的密度， 可替换地约81b/加仑至约201b/加仑，可替换地约121b/加仑至约181b/加仑。衆料可以具有约I伯登稠度单位(Bearden unit of Consistency) (Be)至约IOOBc的粘度，可替换地约5Bc至约60Bc，可替换地约IOBc至约40Bc。在一种实施方式中，浆料的泵送时间的度量是为达到约70Bc所需要的时间。然后将浆料样品放入沉降试验装置。以后本文将描述沉降试验装置(例如，如图2所示)以及其使用方法(例如，如图4所示)。在方框125处，在浆料凝固以前通过利用沉降试验装置来测定水泥浆料的沉降性能。换句话说，利用沉降试验装置和方法(如本文以后描述的)对未凝固BCC进行沉降测试以测定它的沉降性能。然后方法100进行到方框130并且该BCC以下称为首次优化的水泥组合物(CC-I)。不希望受限于理论，CC-I可以具有符合规格的沉降性能使得CC-I可以是充分混合的水泥浆料，随着时间的推移其可以在整个垂直高度保持足够均匀的密度分布，例如在所选时间延迟或采样间隔以后(如下文所描述的)。在方框130处，评估未凝固CC-I的沉降性能是否属于优化沉降范围，其亦称为在规定范围内(符合规格)或在规定以外(在规格以外)。如果CC-I的沉降性能是在规格以外，则方法100进行到方框135，此处调节CC-I的沉降性能。本文以后将更详细描述沉降性能、技术要求、以及其调节方法。在调节CC-I以后，方法100返回到方框120和125，此处再次考察CC-I的密度、粘度、和沉降性能。在测定沉降性能以后，方法100再次进行到方框130，此处评估CC-I是否在规格以内或在规格以外。如果CC-I是在规格以外，则方法100再次进行到方框135，其中调节CC-I的沉降性能(如前所述)。必要时，持续反复进行由方框120、125、130、和135表示的这种密度和粘度测定接着沉降测定-评估-调节循环，以制备具有符合规格的沉降性能的CC-I。在方框130处发现CC-I符合规格以后，方法100进行到方框140，此处测定CC-I的机械性能如拉伸强度、压缩强度、泊松比、杨氏模量等。在本领域中并借助于本发明披露的内容，这些机械性能的测定是已知的。例如，拉伸强度，其定义为材料在失效以前可以承受的最大拉伸应力，可以按照ASTM D3967-05进行测定。抗压强度，其定义为材料相对于轴向力的最大阻力，可以按照ASTM D2938-95进行测定。泊松比，其定义为径向应变与轴向应变的比，可以按照ASTM D3148 - 02进行测定。杨氏模量，其表明材料的弹性，可以按照ASTM D3148-02进行测定。借助于本发明披露的内容，还可以测定本领域技术人员认为适当的另外的机械性能。在测定机械性能以后，方法100进行到方框145，此处评估BCC的机械性能是否它们是在它们的各自的优化范围内(如在方框105中基于地下地层的评估所测定的)。如果CC-I的至少ー种机械性能是在规格以外，则方法100进行到方框150，此处调节CC-I的至少ー种机械性能。
可以利用如本领域技术人员已知的任何适宜方法并借助于本发明披露的内容，来实施调节水泥的机械性能的方法。例如，可以通过包括強度增强添加剂如纤维、塑料、碳、玻璃纤维等来调节拉伸和抗压强度。适合于加入水泥浆料的各种强度增强添加剂描述于美国专利号5，049，288,6, 793，730和5，358，047，其各自的全部内容以引用方式结合于本文。可以通过包括柔性、可压缩珠和弹性材料如石墨碳、液体、非水流体、固体、气体、气体产生材料等，来调节泊松比。适合于加入水泥浆料的各种气体产生材料描述于美国专利号6，715，553,6, 722，434和6，858，566，其各自的全部内容以引用方式结合于本文。可以通过包括弾性体如聚异戊ニ烯、聚丁ニ烯、聚异丁烯、聚醚、聚酯等，或橡胶如天然橡胶、丁苯橡胶，来调节杨氏模量。适合于加入水泥浆料的各种弾性体和橡胶组合物描述于美国专利号5，688，844和5，293，938，其各自的全部内容以引用方式结合于本文。在调节机械性能，以后，方法100从方框150返回到方框140，此处再次測定机械性能(如本文先前所描述的)，然后返回到方框145，此处评估CC-I的机械性能是否在规格以内或在规格以外。在一种可替换的实施方式中，在调节机械性能以后，方法100从方框150返回到方框130，此处再次测定沉降性能(如本文先前所描述的)。只要在对机械性能的任何调节以后沉降性能仍然在规定范围内，则方法继续从方框130进行到方框140，此处再次測定机械性能(如本文先前所描述的)，然后进行到方框145，此处评估CC-I的机械性能是否在规格以内或在规格以外。上述评估循环可以反复进行，直到沉降性能和机械性能均在规定范围内。在一些实施方式中，一种机械性能的调节可以影响其它机械性能。例如，通过添加纤维来增加水泥组合物的拉伸强度可以增加水泥组合物的杨氏模量。因此，必要时，持续反复进行由方框140、145、和150表示的机械性能測定-评估-调节循环，以制备符合规格的所有机械性能均在它们的各自的优化范围内的CC-1。在一些实施方式中，可以测定多种机械性能，并且从其产生的组合物可以调节另外次数，例如，3x、4x、5x等，以形成第三优化组合物、第四优化组合物、第五优化组合物等。调节水泥组合物的多种机械性能的方法的实例描述于2005年9月16日提交的题目为“Methods of Formulating a CementComposition”的美国专利申请号11/228，099和2009年2月26日提交的题目为“Methodsof Formulating a Cement Composition”的美国专利申请号12/393，141,其各自的全部内容以引用方式结合于本文。如果在方框145处发现所有机械性能符合规格并在它们的各自的优化范围内，则方法100进行到方框155。在方框155处，方法100确定是否在方框150处已调节CC-1。如果至少一种机械性能已被调节，CC-I的组合物已被改变(被称为经调节的CC-1)，则方法100返回到方框120以测定经调节的CC-I的密度和粘度，然后返回到方框125以测定经调节的CC-I的沉降性能，并且随后返回到方框130以评估是否沉降性能仍然符合規格。如果经调节的CC-I的沉降性能不符合規格，则方法100进行到方框135、120、125、和130，其中重新调节经调节的CC-I的沉降性能，重新測定密度和粘度，重新測定和再评估沉降性能，直到沉降性能符合规格(如前所述)。然后方法100进行到方框140和方框145，此处测定和评估机械性能(如前所述)。如果经调节的CC-I的至少ー种机械性能不符合規格，则方法100进行到方框150、140和145，其中重新调节、重新測定、和再评估经调节的CC-I的机械性能，直到所有机械性能符合规格并在它们的各自的优化范围内(如前所述)。在一些实施方式中，CC-I的密度和粘度的測定，沉降和/或机械性能的调节、測定、和评估，连续反复进行(如所描述的)，直到沉降和机械性能符合规格并且不对CC-I进行进一歩的调节，从而允许方法100从方框155进行到方框160。在方框160处，CC-I被称为第二优化水泥组合物(CC-2)。不希望受限于理论，具有符合规格的机械性能的CC-2可以具有足够的强度和足够的变形抗性使得，除CC-I的优点以外，水泥组合物还能够承受在组合物对其提供支持的结构的使用寿命中经受的循环应力。在各种实施方式中，方法100可以在方框130以后结束以产生适用于井筒来提供长期区域隔离的CC-1。可替换地，方法100可以在方框155以后结束以产生适用于井筒来 提供长期区域隔离的CC-2。在下文中，至少沉降性能符合规格或至少ー种机械性能在优化范围内的BCC称作优化水泥组合物(OCC)。当本领域技术人员认为适当时并借助于本发明披露的内容，OCC可以包括另外的添加剤，用于将沉降性能和各种机械性能调节到它们的各自的优化范围内和/或用于赋予其它所期望的性能。这样的添加剂会或不会同时影响OCC的沉降和/或机械性能。上述添加剂的实例包括但不限于缓聚剂、流体损失控制添加剤、消泡剂、分散剂、凝固促进剂、地层调节剂(formation conditioning agents)、或它们的混合物。此外，当本领域技术人员认为适当时并借助于本发明披露的内容，可以进行改进如变化水-水泥比和添加非胶凝材料如F类飘尘(class F flyash),以将沉降和/或机械性能(例如，拉伸强度、抗压强度、泊松比、杨氏模量等)调节到它们的各自的优化范围内。F类飘尘的实例包括但不限于POZMIX A飘尘，其可商业上获自Halliburton Energy ServicesInc.。在包括任何另外的添加剂以后，可以测定、评估和调节水泥组合物的沉降和/或机械性能(如本文所披露的)。上述各种添加剂可以具有不同的密度、大小、形状、表面积等，对其加以选择使得OCC具有符合规格的沉降和机械性能。在一种实施方式中，具有符合规格的沉降和机械性能的OCC适用于长期区域隔离。可替换地，具有符合规格的沉降性能的OCC适用于长期区域隔离。在一种实施方式中，可以手动进行或可以利用计算机(全部或部分地)来自动操作本文披露的方法100。例如，可以利用用来评估和调节所描述參数的软件和/或设备来计算和測定所披露的水泥组合物的沉降性能和/或机械性能。同样，可以自动操作和/或计算机控制任何或所有的測定、评估、和调节步骤。例如，可以用图3所示类型和本文描述的计算机系统来实施如在图I和4中所披露的方法。在一种实施方式中，OCC可以用于完井作业如初次和二次固井作业(如本领域技术人员已知的)。可以将OCC放入井筒的环形缝并允许凝固，使得它隔离地下地层与井筒的不同部分。因而OCC形成阻挡层，其防止在地下地层中的流体迁移到其它地下地层。在环形缝内，OCC还用来支撑井筒中的导管，例如，套管。在一种实施方式中，OCC位于其中的井筒属于多边井筒构造。应当明了，多边井筒构造包括通过ー个或多个辅助井筒连接的至少两个主要井筒。在二次固井(经常被称为挤压固井)中，可以将密封剂组合物策略性地放置在井筒中，以填塞导管的孔隙或裂纹，填塞位于环形缝中的硬化OCC(例如，水泥环)的孔隙或裂纹，填塞在硬化密封剂和导管之间的称作微环形缝的相对较小开ロ，等等。可以用来在井筒中使用密封剂组合物的各种程序描述于美国专利号5，346，012和5，588，488，其全部内容以引用方式结合于本文。在一种实施方式中，OCC用于井筒，其被设置成适合于注射或从井筒回收材料的任何构造，如蒸汽辅助重力泄油(steam-assisted gravity drainage) (SAGD)构造、多边井筒构造、或常见井筒构造。SAGD构造包括两个独立的井筒，其中水平井段设置成ー个位于另ー个上方。上部井筒主要用来输送井下蒸汽，而较低井筒则主要用来产生油。将井足够紧密地定位在一起以便于从ー个井到另ー个井的热流。响应被蒸汽加热，在相邻上部井筒的储层中的油变得较少粘性的，使得重力将油向下拉向较低井筒，此处它可以被产生。在ー种实施方式中，本发明的OCC提供凝固水泥组合物，当经受高温环境时其是热稳定的。现參照图2，该图示出用于测定在图I中所讨论的沉降性能的沉降试验装置200的一种实施方式的示意图。沉降试验装置200可以模拟井下条件并且可以用来研究随着时间的推移浆料(例如，未凝固水泥组合物)的颗粒(例如，添加剤)沉降。所披露的沉降试验装置200和其使用方法还可以使使用者能够基于地下地层的需要来改善在配制水泥组合物方面的总效率。如所描述的，沉降试验装置200包括用于容纳样品的容器或接收器，其在本文中通常称作柱202。在一种实施方式中，柱202可以具有任何适宜的形状，例如，圆柱形、立方形等。在一种实施方式中(例如，具有圆柱形)，柱202可以具有平滑的内部边缘或角以有助于在混合期间消除空隙，使得可以获得充分混合的浆料。通常，尖锐边缘或角可以导致死区，其中浆料可以具有不同密度的死角(pocket)。柱202可以具有任何适当的尺寸和构造。在一种实施方式中，柱202是实验室尺寸装置。在这样的实施方式中，柱202可以等于或小于5英尺、或等于或小于4英尺、或等于或小于3英尺。可替换地，柱202可以小于或大于实验室尺寸装置。柱202可以构造自任何适当材料，例如，金属、不锈钢、复合材料、玻璃、塑料等。在一种实施方式中，柱202可以是金属容器如锡容器。锡容器可以具有立方形并具有平滑的内部边缘和角，高度为8英寸、宽度为4英寸、以及长度为2英寸。沉降试验装置200进ー步包括超声波转换器204和206，其彼此相对定位并且柱202位于其间。如所描述的，超声波转换器204和206位于相同高度，并且通过沿着垂直轴线214和216分别向上或向下移动它们，是可垂直移动的。以这种方式，可以调节超声波转换器204和206的位置，以在沿着垂直轴线214和216的任何所期望的高度进行沉降性能测量。例如，超声波转换器204和206可以作为ー对向上移向柱202的上部，可替换地，它们可以作为ー对向下移向柱202的下部。在可替换的实施方式中，在沉降试验装置中可以存在固定放置和/或沿着柱的高度可垂直移动的多于两个的超声波转换器(例如，4、6、8、10个等)。在那些实施方式中，可以在向上或向下移动或不移动超声波转换器的情况下在任何点同时测量沉降性能。例如，沉降试验装置可以包括6个超声波转换器，其中两个超声波转换器彼此面对放置在沉降试验装置的上部，两个超声波转换器彼此面对放置在沉降试验装置的下部，以及剩余两个超声波转换器彼此面对放置在沉降试验装置的中间部分。在一种可替换的实施方式中，采用单个超声波转换器(或其它奇数如3或5)，其中至少ー个转换器产生信号(例如，声波)并接收反射信号。例如，信号被传输通过样品容器的壁并穿过样品。至少信号的一部分通过样品和容器壁反射回来并由产生该信号的同一转换器接收。可以对本文描述的信号处理进行适当调节，例如考虑到飞行时间的近似加倍(鉴于信号的反射性质)。超声波转换器204和206是可以产生和接收高频声波的装置。因而，当彼此对面地放置两个超声波转换器204和206时，超声波转换器之一(例如，超声波转换器204或超声波转换器206)可以发送电能(例如，信号电压)并将电能转换成超声波，通常高于20，000赫兹，而另一个超声波转换器(例如，超声波转换器206或超声波转换器204)则可以接收超声波并将它们转换回到信号电压。在可替换的实施方式中，代替或除超声波转换器以外，可以采用用于发送和接收能量信号(例如，收发器)的其它装置。在各种实施方式中，能量信号可以包括声信号(正常声音波或声波)、Y射线、X射线、中子、或它们的组合。在实施方式中，上述能量信号源自转换器的发送器-接收器对。在一种实施方式中，分别经由线路210和212，超声波转换器204和206耦接于显示装置如示波器208。示波器208是这样的装置，其允许观看发送和接收的信号电压，使得可以测定两个信号之间的瞬态时间。换句话说，可以利用示波器208来測定超声波转换器204和206的高频声波的发送和高频声波的接收之间的飞行时间(TOF)。TOF被定义为超声波传播已知距离的时间量，其中上述距离是在超声波转换器204和206之间的柱202的宽度。示波器208的ー个实例是Tektronix TDS 1000，其是来自Tektronix的市售示波器。在可替换的实施方式中，其它装置可以用来測定或测量飞行时间，例如信号处理钟(例如，微芯片或集成电路装置)。沉降试验装置200可以进ー步装备有温度控制器220，其利用加热装置218来控制在沉降试验装置200中的温度。合适的加热装置的实例包括但不限于加热带、套管、线圈、加热元件、或它们的组合，其可以完全或部分地围绕或穿透沉降试验装置200。温度控制器220可以用来加热在柱202内的浆料样品到所期望的温度，例如加热到井下静态温度(BHST)，以模拟井下条件。可以将温度传感器222放置在柱202内来測量其中的温度。沉降试验装置200可以经由线路232、234、和236耦接于惰性气体供给源224，用于将柱202加压至所期望的压力，例如加压至井下压力，以模拟井下条件。在可替换的实施方式中，可以通过替代方法如注射泵或受控空气水泵(controlled air-over-water pump)(単独或连同减压阀一起)，来加压沉降试验装置200。另外或代替气体，可以采用其它加压介质如水或其它流体/液体。惰性气体供给源224可以是任何适宜的加压惰性气体如氮气、氩气等。可以将压力传感器226安置在柱202内来測量其中的压力。安置在柱202和惰性气体供给源224之间的压力调节器228可以用来调节加压惰性气体从惰性气体供给源224到柱202的流量。安置在柱202和压カ调节器228之间的减压阀230可以用来经由线路232、238、和240来释放由设备故障或エ艺扰动引起的在柱202内的任何压カ累积。沉降试验装置200可以进一歩包括可旋转安置在柱202内的混合器242，用于混合或搅拌其中的浆料样品。混合器242可以连接于轴244，其本身又可以连接于用于旋转混合 器242的驱动装置246。驱动装置246可以是用于旋转混合器242的任何已知装置如但不限于发动机、混合器、马达等。在一种实施方式中，沉降试验装置200以所期望的速度混合浆料以获得具有均匀密度的充分混合的浆料。如所描述的，混合器242和轴244自柱202的顶部安装并且可以是可移动的，例如，它们可以被向上拉并保持，使得在沉降測定以前它们并不阻塞在超声 波转换器之间的区域，其在下文加以描述。然而，在可替换的实施方式中，可以策略性地放置混合器和轴，使得它们并不阻塞在超声波转换器之间的区域，例如，可以从柱的侧面安装混合器和轴。可替换地，混合器和轴可以是可移除的，例如，混合器和轴可以用于混合柱内的浆料并在充分混合浆料以后除去。沉降试验装置200可以可替换地包括用于加速浆料的沉降作用的振动器或其它装置、方法、或方式。在一种实施方式中，振动器包括振动垫或基面，其上放置沉降试验装置200的全部或一部分(例如，柱202)。这种诱导振动可以发生在试验装置200的内部或装置的外部。即使通常避免振动以减小沉降作用，但可以有意诱导它来加速沉降作用以减少总测试时间。沉降试验装置200可以可替换地包括用于模拟在动态条件下(例如，在流体流动条件下)的沉降的泵周围或循环流回路或其它装置、方法、或方式。在一种实施方式中，流动回路是流体连通于柱202。流动回路可以包括用于从装置移出浆料的ー个或多个出口，用于接收浆料回到装置的ー个或多个进ロ，连接进口和出口的相关的流动导管，和安置在流动导管中的一个或多个泵。可替换地，浆料可以被泵送通过和丢弃而不是被循环进入和流出装置。在一种实施方式中，沉降试验装置200和相关方法还可以用于实时泵送情况以测量在水泥安装(例如井筒固井作业)中的沉降。在各种实施方式中，可以将沉降试验装置200安装在泵送设备上，或可以将其安装在待井下部署的工具上。可以将超声波法安装在实时水泥作业(在远程作业现�。缇殖�)的流动路径中。例如，样品可以抽自水泥混合器，实时地放置在沉降试验装置200中，并可选地返回到水泥混合器或可选地丢弃。可替换地，采样流可以抽自水泥混合器，实时地循环通过沉降试验装置200 (例如，具有如上所述的流动回路的装置)，并且可选地返回到水泥混合器或可选地丢弃。从而可以实时地监测和调节水泥(例如，井筒水泥)的性能以实现所期望的沉降性能，同时进行固井作业(例如，在井筒中的初次和/或二次固井)。沉降试验装置200可以进一歩包括计算机系统248。超声波转换器204和206、示波器208、驱动装置246、压カ调节器228、减压阀230、温度传感器222、压カ传感器226、和温度控制器220可以分别经由线路250、252、254、256、258、260、262、264、和266，耦连于计算机系统248。可以用计算机来实施计算机系统248和处理控制和/或方法(例如，图4所示方法的全部或一部分)，其中上述计算机具有处理施加于它的必要的工作负荷的足够的处理能力、内存资源、和网络吞吐能力。图3说明适用于实施本文披露的ー种或多种实施方式的计算机系统248。计算机系统248包括处理器382 (其可以被称为中央处理器或CPU)，其与存储装置通信，该存储装置包括辅助存储器384、只读存储器(ROM) 386、随机存储器(RAM) 388 ;输入/输出(I/O)装置390 ;和网络连接装置392。处理器可以实现为ー个或多个CPU芯片。辅助存储器384通常包括一个或多个磁盘驱动器或磁带驱动器并且用于数据的非易失性存储以及作为溢出数据存储设备(如果RAM 388并不大到足以保存所有工作数据)。辅助存储器384可以用来存储程序，当选择上述程序用于执行时其被加载到RAM 388。ROM 386用来存储在程序执行期间被读的指令和可能的数据。ROM 386是非易失性存储装置，相对于辅助存储器的较大存储容量，其通常具有较小的存储容量。RAM 388用来存储易失性数据以及也许用来存储指令。对于ROM 386和RAM 388的存取通�？煊诙杂诟ㄖ娲⑵�384的存取。
I/O 390装置可以包括打印机、视频监视器、液晶显示器(IXD)、触摸屏显示器、键盘、小键盘、交換机、拨号盘、鼠标、跟踪球、语音识别器、读卡器、纸带阅读机、或其它众所周知的输入和输出装置。网络连接装置392可以采取以下形式调制解调器、调制解调器存储体、以太网卡、通用串行总线(USB)接ロ卡、串行接ロ、令牌环卡(token ring card)、光纤分布式数据接ロ(FDDI)卡、无线局域网(WLAN)卡、无线电收发器卡如码分多路访问(CDMA)和/或用于移动通信的全球系统(GSM)无线电收发器卡、和/或用于微波接入的全球互通(WiMAX)无线电收发器卡、WiFi、蓝牙、和其它众所周知的网络设备。这些网络连接装置392可以使处理器382能够与因特网或ー个或多个内联网通信。借助地这样的网络连接，可以在进行上述方法步骤的过程中，处理器382可以接收来自网络的信息，或可以输出信息到网络。上述信息，其经常表示为利用处理器382来执行的ー个序列的指令，可以接收自和输出到网络，例如，以体现在载波中的计算机数据信号的形式。上述信息，其可以包括利用例如处理器382来执行的数据或指令，可以接收自和输出到网络，例如，以计算机数据基带信号或体现在载波中的信号的形式。由网络连接装置392产生的基带信号或体现在载波中的信号可以在电导体中或在电导体表面上、在同轴电缆中、在波导管中、在光学介质(例如光纤)中、或在空气或自由空间中传播。可以按照不同序列来排序包含在基带信号或嵌入在载波中的信号的信息，如所期望的可以对处理或产生信息或传输或接收信息。可以按照本领域技术人员熟知的若干种方法来产生基带信号或嵌入在载波中的信号、或目前使用的或以后开发的其它类型的信号(本文中称作传输媒体)。处理器382执行指令、代码、计算机程序、脚本，其存取自硬盘、软盘、光盘(这些不同的基于磁盘的系统可以均被看作是辅助存储器384)、R0M 386,RAM 388、或网络连接装置392。计算机系统248的网络连接装置392能够促进处理器382和沉降试验装置200的部件之间的通信，上述部件包括超声波转换器204和206、示波器208、驱动装置246、压カ调节器228、减压阀230、温度传感器222、压カ传感器226、和温度控制器220。在一种实施方式中，网络连接装置392可以是有线设备如以太网卡、USB接ロ卡等，并且处理器382和沉降试验装置200的部件之间的通信可以是有线网络通信。可替换地，网络连接装置392可以是无线设备如WiFi、蓝牙等，并且处理器382和沉降试验装置200的部件之间的通信可以是无线网络通信。传感器(例如，超声波转换器204和206、温度传感器222、压カ传感器226等)可以耦接于计算机系统248，使得计算机系统248可以存储和/或使用获自上述传感器的数据。在一种实施方式中，可以在实验开始时(在时间为零时，t0)和在实验结束时(在时间tend)(在可以由使用者选择的时间延迟以后)，在柱202的整个垂直高度，测量浆料的T0F。在可替换的实施方式中，可以在实验期间连续监测柱202中的浆料的沉降性能(例如，T0F)并且可以在整个实验中在每个采样间隔(例如，在时间tpt2、t3等)定期收集数据采样，例如,每秒、每分钟、每小时等。计算机系统248能够接收内部数据和/或外部数据并产生和输送信号到示波器208、驱动装置246、压カ调节器228、减压阀230、和温度控制器220。例如，计算机系统248可以接收来自用户输入的自动化和/或手动指令，并且基于内部计算、编程、和/或接收自传感器的数据，可以发送信号到示波器208、驱动装置246、压カ调节器228、减压阀230、和温度控制器220。因此，计算机系统248可以耦接于示波器208，用于显示来自超声波转换器204和206的高频声波以及穿过其的TOF。计算机系统248可以耦接于用于旋转混合器242和轴244的驱动装置246。计算机系统248还可以耦接于温度控制器220和温度传感器222，以基于来自温度传感器222的反馈来控制柱202内浆料的温度。计算机系统248还可以耦接于压カ调节器228和压カ传感器226，以基于来自压カ传感器226的反馈并通过调节来自惰性气体供给源224的惰性气体进入柱202的量来控制柱202内的压力。计算机系统248还可以耦接于减压阀230和压カ传感器226，以监测会引起柱202内压カ累积的任何设备故障或エ艺扰动，以及通过打开减压阀230来释放上述压カ累积。因此，计算机系统248能够影响沉降试验装置200的各种功能，包括示波器208、温度控制器220、柱202内的温度、压カ调节器228、减压阀230、柱202内的压力、驱动装置246、混合器242速度等。然而，在可替换的实施方式中，还设想，可以通过计算机系统的外部控制来手动调节示波器、温度控制器、驱动装置、压カ调节器、和减压阀。 现參照图4，该图示出利用图2的沉降试验装置200来测试沉降性能的方法400的一种实施方式。方法400更详细地描述了图I所示方法100的方框125和135。方法400开始于图I的方框115，此处制备浆料(即，BCC)。可以通过混合水泥以及水和添加剂来制备浆料(即，BCC)。方法400进行到图I的方框120，此处测定浆料的密度和粘度。在測定密度和粘度以后，方法400进行到方框125，其进ー步包括方框415-445。在方框415处，将浆料放置在图2的沉降试验装置200的柱202中。在方框420处，调节沉降试验装置200的条件。例如，可以打开加热装置218 (如果尚未打开)，可以将温度控制器220调节到所选温度以模拟井下温度，并且可以用温度传感器222来监测沉降试验装置200内的温度以实现所选定的温度。可以首先关闭压力调节器228和减压阀230。接着，可以通过打开压カ调节器228将来自惰性气体供给源224的惰性气体引入柱202，直至达到所选压カ(例如，井下压カ)。可以借助于压カ传感器226来监测柱202内的压力。当沉降试验装置200内的压カ达到所选压カ时，可以关闭压カ调节器228。接着，方法400进行到方框425，此处混合柱202内的浆料，例如通过打开驱动装置246到所选速度，其转动轴244和混合器242。搅拌浆料可以模拟井下浆料的状况(placing)并且还为充分混合的浆料提供基准。在方框430处，在充分混合水泥浆料以后，可以通过关闭驱动装置246来停止搅拌。可以向上拉轴244和混合器242，使得它们并不阻挡在超声波转换器204和206之间的区域。可以打开示波器208。可以通过沿着垂直轴线214和216向上移动超声波转换器204和206使得超声波转换器204和206和柱202内浆料的顶部ー样高来測量在浆料顶部的T0F。接着，可以通过沿着垂直轴线214和216向下移动超声波转换器204和206使得超声波转换器204和206位于柱202的底部，来測量在浆料底部的TOF0可以同时或几乎同时在浆料的顶部和底部測量T0F，同时充分混合浆料。在这里，在浆料的顶部和底部的TOF可以大致相同并提供在时间为零时充分混合浆料的基础(基准)。在一种实施方式中，在时间为零时，基础充分混合浆料在顶部和底部之间的TOF差异可以小于约15%，可替换地小于约10%，可替换地小于约5、4、3、2、或1%，可替换地约零，即在顶部和底部的TOF是大致相同的。接着，方法400进行到方框435，此处，通过等待所选时间延迟或采样间隔(其可以由使用者选择)使浆料可以沉降。在方框440处，在所选时间延迟或采样间隔以后，通过移动超声波转换器204和206使得它们分别和浆料的顶部和底部ー样高，来重新測量在浆料的顶部和底部处的TOF (如本文先前所描述的)。在方框445处 ，在所选时间延迟或采样间隔以后，方法400测定在浆料的顶部和底部之间TOF的差异。在一种实施方式中，采样间隔为约I分钟至约24小时，可替换地约10分钟至约4小时，可替换地约30分钟至约60分钟。当随着时间的推移发生沉降吋，较重颗粒(例如，添加剂等)向着柱202的下部沉降以及较轻颗粒向着柱202的上部沉降。这导致浆料的上部密度降低，同时浆料的下部密度増加。不希望受限于理论，超声波转换器204和206测量浆料的相对密度，作为高度(即，柱202的高度)和时间(即，所选时间延迟或采样间隔)的函数。声波通过给定介质(即，浆料)的速度正比于介质的密度。当随着时间的推移在浆料中颗粒沉降时，浆料的密度均匀性开始改变。虽然迁移自浆料的顶部和底部的颗粒的净通量保持不变，但由沉降引起的在顶部和底部的颗粒重新分布将导致随着时间的推移在浆料中从顶部到底部的颗粒浓度变化。在浆料中的这种颗粒浓度变化会引起从顶部到底部的非均匀密度分布。因而，随着时间的推移，当发生沉降时，声波通过浆料的顶部和底部的速度会变化。因为和在液体中相比在固体中声波传播更快，所以随着时间的推移当较重颗粒沉降时在上部的声波速度会降低，从而降低在浆料上部的T0F。相反，在下部，声波速度会增カロ，从而随着时间的推移増加在浆料下部的T0F。方法400继续到图I的方框130，此处方法400測定在所选时间延迟或采样间隔以后TOF的差异是否符合規格。在所选时间延迟或采样间隔以后，TOF的差异表明随着垂直高度和时间，浆料密度的变化，其进ー步表明在浆料中的颗粒沉降。在所选时间延迟或采样间隔以后TOF差异的规格可以由使用者来限定。例如，使用者可以关联浆料的TOF差异和对凝固水泥常规测定的密度变化，从而限定浆料的TOF的可接受或不可接受的差异(例如，百分比差异)。在一种实施方式中，可以用两种不同方法来测试浆料，例如可以利用本文描述的方法来测试第一样品，同时可以利用常规方法，如BP沉降方法，来测试第二样品。两个样品可以在类似条件下制备并例如利用混合器加以混合。在时间为零时，可以从两个样品均移出混合器。接着，可以在整个垂直高度測量第一样品的T0F，并在所选时间延迟或采样间隔以后可以重新測量T0F。同时，可以允许第二样品沉降所选时间延迟或采样间隔，然后允许凝固。可以将凝固第二样品切割成部分并可以測量每个部分的密度。对第二样品测得的部分之间的密度变化可以关联于在整个垂直高度针对所选时间延迟或采样间隔的TOF差异。在本文中，可以通过针对采样间隔(例如，在所选时间延迟或采样间隔以后)在柱202的顶部和底部之间的等于或小于1、2、3、4、5、10、15、20、25、或30%的1'0 差异来表示具有符合规格的沉降性能的浆料。在其它实施方式中，和给定浆料的基准沉降性能(基础沉降性能)相比，在沉降性能(即，在所选时间延迟或采样间隔以后，TOF差异)等于或小于I、2、3、4、5、10、15、20、25、或30%的情况下，可以认为沉降性能符合规格。如果沉降性能(即，在所选时间延迟或采样间隔以后，TOF差异)是在规格以外，则方法400进行到方框130，此处对浆料样品进行改进。存在各种各样的方式来改进浆料。如所描述的，浆料改性由进ー步包括方框455-470的方框135来表示。在方框455处，可以通过调节上述浆料的密度来改性浆料。可以将重质添加剂如增重剂加入浆料以增加浆料密度，并且可以加入轻质添加剂以降低浆料密度。通常，重质添加剂是指比重为约6. Og/cm3至I. Og/cm3的添加剂,可替换地约5. 2g/cm3至2. 2g/cm3,可替换地约3. 18g/cm3至2. 5g/cm3。比重被定义为给定材料的密度与水密度的比(其时两者处于相同温度)。比重越高，则材料越致密，因而材料向着浆料的底部下沉或沉降的増加的倾向。适宜重质添加剂的实例包括但不限于重晶石、赤铁矿、黑锰矿、碳酸钙、菱铁矿、钛铁矿、或它们的组合。市售重质添加剂的实例包括但不限于BAROID 41和SWEEP-WATE(其是重晶石)、HI DENSE#3增重剂和HI DENSE#4增重剂(其是赤铁矿)、MICR0MAX增重剂(其是黑猛矿)，各自可商业上获自Halliburton Energy Services, Inc.。另ー方面，轻质添加剂通常是指比重为约L 5g/cm3至0. 001g/cm3的添加剂,可替换地约I. Og/cm3至0. 01g/cm3,可替换地约0. 5g/cm3至0. lg/cm3。轻质添加剂的实例包括但不限于弾性体或热塑性弾性体(TPE)。TPE的实例包括但不限于ニ烯如丁ニ烯、异戊ニ烯和己ニ烯,和/或单烯烃如こ烯、丁烯、和I-己烯。TPE可以是包含芳烃单体(例如，苯こ烯、a -甲基苯こ烯、こ烯基甲苯等)和脂族ニ烯的聚合物。TPE可以被交联或部分交联如例如苯こ烯-丁ニ烯嵌段共聚物、苯こ烯-丁ニ烯-苯こ烯(SBS)嵌段共聚物、苯こ烯-丁ニ烯无规(SBR)共聚物等。轻质添加剂还可以包括接枝有极性单体如马来酐、磺酸或磺酸酯基团等的聚烯烃。市售轻质添加剂的实例包括但不限于WELLLIFE 665,可获自HalliburtonEnergy Services, Inc. ；FINAPRENE 41UFINAPRENE 435、FINAPRENE 401、和 FINACLEAR 热塑性弾性体,其是SBS弾性体，可商业上获自Total Petrochemical USA, Inc.;以及KRATON弾性体，其也是SBS弾性体,可商业上获自Kraton Polymers0这些重质和轻质添加剂可以具有约I微米至约3000微米的颗粒大�。商婊坏卦�20微米至约2000微米,可替换地约60微米至约1000微米，以及约3. lE-6mm2至约28. 3mm2的表面积，可替换地约I. 3E-3mm2至约12. 6mm2,可替换地约I. lE-2mm2至约3. 1mm2。可替换地，在方框460处，可以通过调节本文先前描述的添加剂的表面积来进行浆料改性以减少或防止沉降。减小颗粒的表面积，例如通过选择较小直径颗粒或通过混合较小和较大直径颗粒，可以导致悬浮能力的増加，其本身又减少沉降。 可替换地，在方框465处，可以除去添加剂的类型和/或用具有更好悬浮性能的其它类型代替，因而较少可能沉降。可替换地，在方框470处，可以调节BCC的流变性能。流变性能是指在施加应カ的影响下物质的变形和流动。可以例如通过改变BCC的粘度来调节BCC的流变性能。可以将能够增加BCC的粘度的任何适宜的增粘剂加入浆料。在本领域并借助于本发明披露的内容，增粘剂是众所周知的。增粘剂的实例包括但不限于钠蒙脱石如AQUALGEL增粘剂、生物聚合物黄原胶(zanthan gun)如BARAZAN增粘剂、脂肪酸如TEMPERUS增粘剂，其各自可商业上获自Halliburton Energy Services, Inc.。在各种实施方式中，BCC的流变性能可以在方法的一次或多次反复中加以调节，可以在方法的一次或多次反复中保持不变，或它们的组合。 在一种实施方式中，可以通过调节密度(方框455)、调节添加剂的表面积(方框460)、调节添加剂的选择(方框465)、调节BCC的流变性能(方框470)、或它们的组合，来进行浆料改性。可替换地，可以通过调节密度(方框455)、调节添加剂的表面积(方框460)、调节添加剂的选择(方框465)、和调节BCC的流变性能(方框470)，来进行浆料改性。可替换地，可以通过调节密度(方框455)、调节添加剂的表面积(方框460)、和调节添加剂的选择(方框465)，来进行浆料改性。可替换地，可以通过调节密度(方框455)和调节添加剂的表面积(方框460)来进行浆料改性。可替换地，可以通过调节密度(方框455)和调节添加剂的选择(方框465)来进行浆料改性。可替换地，可以通过调节添加剂的表面积(方框460)和调节添加剂的选 择(方框465)来进行浆料改性。可替换地，可以通过调节密度(方框455)和调节BCC的流变性能(方框470)来进行浆料改性。可替换地，可以通过调节密度(方框455)来进行浆料改性。可替换地，可以通过调节添加剂的表面积(方框460)来进行浆料改性。可替换地，可以通过调节添加剂的选择(方框465)来进行浆料改性。可替换地，可以通过调节BCC的流变性能(方框470)来进行浆料改性。在浆料样品的改性以后，方法400进行到方框120、125 (415-445)、和130 (如本文先前所述)。如果在所选时间延迟或采样间隔以后在浆料的顶部和底部之间的TOF差异符合规格，则方法400继续到图I的140 (视情况而定)。方法400提供ー种非侵入性技术，用于测量在水泥组合物中的颗粒凝固，同时水泥组合物处于在凝固以前的浆料形式。此技术允许现场測量，使得只要在浆料发生密度变化，就可以测定上述密度变化。该方法还可以提供关于浆料的另外信息如屈服強度、泊松比、杨氏模量，以及流体阻抗的更好理解。该方法还提供关于是否水泥显示可接受或不可接受的沉降特征的快得多的评估。在一种实施方式中，可以在施工现场进行在图I和/或图4中阐述的步骤的全部或一部分，例如井筒现场如钻进/完井单元(completion unit)或平台。此外，在一种或多种实施方式中，可以在施工现场实时地或约实时地进行在图I和/或图4中阐述的步骤的全部或一部分，例如井筒现场如钻进/完井单元或平台。例如，可以在施工现场(例如，井筒现场如钻进/完井单元或平台)进行如由一个或多个方框115、120、125、130、135、和它们的组合表示的方法步骤，并且可以进ー步实时地或约实时地进行以提供关于在施工现场(例如，在初次和/或二次固井维护中放置的井下)中所使用的水泥的沉降特征的信息。这样的信息可以用来调节作业和/或水泥的參数(根据需要)以满足工作目标。实施例已一般地描述了公开内容，以下实施例是作为本发明的特定实施方式并用来证明其实施和优点。应当明了，实施例是说明性的而不是用来以任何方式限制本发明或权利要求。实施例I进行构思证明实验以证明在整个垂直高度随着时间的推移在TOF测量结果和密度变化之间的相关性。首先，利用类似于图2的沉降装置来測量水的密度，然后和水密度的已知值(l，000kg/m3)进行比较。利用方程式1，声波通过材料的速度可以用来量化材料的
滋择
山I又Op ニ ^■方程式 I
使柱，其是宽度为0.075m的锡容器，充满水。将锡容器内的温度和压カ保持在环境条件下。接着，利用超声波转换器和示波器，在水的顶部和底部穿过锡容器的宽度，来测量T0F。超声波转换器是自制的并且所使用的示波器是Tektronix TDS 1000，其可商业上获自 Tektronix。利用TOF测量和锡容器 的宽度来测定声波通过水的速度。在顶部和在底部的TOF是类似的并且为4. 9x10-6s,以及在顶部和底部之间的TOF差异为0，其表明从顶部到底部，水的密度是均勻的。水的声阻抗是I. 48xl06m. kg/s. m3/雷尔(Rayls)的已知值。然后计算水的密度为978kg/m3，其类似于水的1，000kg/m3的已知密度。在水的计算和已知密度之间的差异可能是由于在计算中未考虑到的锡容器的侧面。接着，利用沉降试验装置考察了石英粉在水中的沉降。制备包含石英粉和水的混合物并且测得充分混合混合物的密度为l，500kg/m3。然后将混合物放置在锡容器中井利用混合器将混合物保持在充分混合状态。然后除去混合器并且同时混合物仍然处于充分混合状态，在混合物的顶部和底部測量T0F，其分别为47 ii s和45 ii S。结果表明，石英粉在水中立即开始沉降，如2 ii s的TOF差异所显示的。在此实验中，在混合器的除去和TOF的测量之间的时间足以允许石英粉在水中沉降，如通过在混合物的顶部和底部之间的可测量的TOF变化所观测到的。使混合物可以沉降30分钟。在30分钟以后，在混合物的顶部和底部重新測量T0F，分别为49ii s和44ii s,并且TOF差异为5 ii S。使混合物可以再次沉降另外30分钟,总共为60分钟(自从进行首次TOF测量的时间)。此后，再次在混合物的顶部和底部重新測量T0F，分别为49 ii s和43 ii s，并且TOF差异为6 y S。水和石英粉混合物的TOF测量结果还列于表I中。表I
权利要求
1.一种方法，包括 制备基础水泥浆料,所述基础水泥浆料包含水泥、水、和一种或多种添加剂； 将所述基础水泥浆料的样品放入具有垂直高度的样品容器；以及 在沿着所述垂直高度的一个或多个位置测量能量通过所述样品的飞行时间，以测定所述基础水泥浆料的沉降性能。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，测量能量的飞行时间进一步包括 在第一时间测量第一飞行时间； 在以后的第二时间测量第二飞行时间；以及 比较所述第一飞行时间和所述第二飞行时间， 其中在第一飞行时间和所述第二飞行时间之间的差异表明在所述浆料中的沉降。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其中，在沿着所述样品容器的所述垂直高度的多个垂直分隔开的位置测量所述飞行时间。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在沿着所述样品容器的所述垂直高度的所述垂直分隔开的多个位置同时测量所述飞行时间。
5.根据权利要求2、3或4所述的方法，其中，在多个时间和在沿着所述样品容器的所述垂直高度的垂直分隔开的多个位置测量所述飞行时间。
6.根据权利要求3、4或5所述的方法，其中，在所述多个垂直分隔开的位置测得的飞行时间之间的差异表明在所述浆料中的沉降。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，在所述多个时间、所述多个垂直分隔开的位置、或两者测得的飞行时间之间的差异表明在所述浆料中的沉降。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的方法，进一步包括将基础水泥组合物的沉降性能与参比沉降值比较。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，通过关联水泥浆料的飞行时间测量值和在所述浆料凝固以后在相应的测量位置获得的另外的沉降测量值来测定所述参比值。
10.根据权利要求8或9所述的方法，进一步包括，在所述基础水泥组合物并不符合所述参比沉降值的情况下，基于所述沉降性能来调节所述基础水泥组合物，以产生经调节的基础水泥组合物。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，调节所述基础水泥组合物包括改变所述组合物的密度、在所述组合物中一种或多种添加剂的表面积、在所述组合物中一种或多种添加剂的选择、在所述组合物中一种或多种添加剂的量、所述组合物的流变性能、或它们的组口 o
12.根据权利要求10或11所述的方法，进一步包括在沿着所述垂直高度的一个或多个位置反复测量通过所述样品的能量飞行时间以测定所述经调节的水泥浆料的沉降性能；将所述经调节的水泥组合物的所述沉降性能与所述参比沉降值比较；以及基于所述沉降性能来调节所述水泥组合物直到所述水泥组合物符合所述参比沉降值，从而提供首次优化的水泥组合物。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括测定所述首次优化的水泥组合物的至少一种机械性能，将所述首次优化的水泥组合物的所述机械性能与参比机械值比较；以及在所述首次优化的水泥组合物并不符合所述参比机械值的情况下，基于所述机械性能来调节所述首次优化的水泥组合物。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括反复测定所述首次优化的水泥组合物的至少一种机械性能，将所述首次优化的水泥组合物的所述机械性能与参比机械值比较；以及基于所述机械性能来调节所述首次优化的水泥组合物直到所述水泥组合物符合所述参比沉降值，从而提供第二次优化的水泥组合物。
15.根据权利要求12、13或14所述的方法，进一步包括将所述首次优化的水泥组合物放置在井筒的下方。
16.根据权利要求14或15所述的方法，进一步包括将所述第二次优化的水泥组合物放置在井筒的下方。
17.—种方法,包括 提供沉降试验装置，所述沉降试验装置包括具有垂直高度的柱和至少一对转换器，其中所述转换器彼此相对放置并且所述柱位于其间； 将水泥浆料样品放置在所述柱内；以及 在沿着所述垂直高度的一个或多个位置借助于所述转换器对来测量通过所述样品的能量飞行时间以测定所述水泥浆料的沉降性能。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括沿着所述柱的所述垂直高度移动所述至少一对转换器并在沿着所述垂直高度的多个位置测量所述飞行时间。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中，所述试验装置包括彼此相对放置并沿着所述柱的所述垂直高度垂直隔开的多对转换器。
20.根据权利要求17、18或19所述的方法，进一步包括测量在所述柱内所述样品的温度、压力、或两者。
21.根据权利要求17、18、19或20所述的方法，进一步包括在测量所述飞行时间以前混合在所述柱内的所述样品。
22.根据任何前述权利要求所述的方法，其中，所述能量是超声波能量。
23.根据权利要求17至22中任一项所述的方法，其中，所述转换器是超声波转换器。
全文摘要
一种方法，该方法包括制备包含水泥、水、和一种或多种添加剂的基础水泥浆料，将基础水泥浆料的样品放入具有垂直高度的样品容器，然后在沿着垂直高度的一个或多个位置测量能量通过样品的飞行时间，以测定基础水泥浆料的沉降性能。一种方法，该方法包括提供沉降试验装置，该装置包括具有垂直高度的柱和至少一对转换器，其中转换器彼此相对放置并且柱位于其间；将水泥浆料样品放入柱内；然后在沿着垂直高度的一个或多个位置测量超声波能量通过样品的飞行时间，以测定水泥浆料的沉降性能。
文档编号G01N29/07GK102648411SQ201080055378
公开日2012年8月22日 申请日期2010年10月8日 优先权日2009年10月9日
发明者本杰明·约翰·艾弗森, 罗伯特·菲利普·达尔布, 里克·布拉德肖 申请人:哈里伯顿能源服务公司