CN105043931A - 一种固井用前置液或后置液的沉降稳定性测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固井用前置液或后置液的沉降稳定性测量方法，该固井用前置液或后置液的沉降稳定性测量方法通过该固井用前置液或后置液沉降稳定性测量装置实现对不同密度、不同静止时间的固井前置液或后置液沉降稳定性进行测试，有效模拟不同性质、不同密度、不同静置时间的固井用前置液或后置液浆体在井下沉降稳定性的测量；并且实现测试的装置结构简单，方便拆卸和清洗并可重复使用，操作方便快捷降低施工成本，同时测量与评价体系更接近工程实际；对比性强、操作简便、适用范围广，不仅能够测量并预测单组沉降稳定性数据，还可以根据不同静置时间绘制沉降稳定性趋势图，为固井施工提供可靠环空传压数据的判断依据，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于固井流体沉降稳定性检测技术领域，特别涉及一种固井用前置液或后置液的沉降稳定性测量方法。
背景技术
在固井、完井施工过程中，固井前、后置液的沉降稳定性直接影响到固井质量的优劣；如果固井前、后置液浆体不稳定，会导致固井施工无法正常实施，严重时会导致固井失败。
目前，针对水泥浆沉降稳定性测量较多，根据GB/T19139-2012要求，需要待水泥浆凝固后进行测量，然而固井用前置液或后置液是一种不凝固液体，无法使用或参照标准GB/T19139-2012中的方法进行沉降稳定性测量。现有的评价前置液或后置液沉降稳定性的装置通常为量筒、一次性的PVC管、废旧日光灯灯管、玻璃管等器皿，对于固井前、后置液一般采用在量筒中静止一定时间后，采用吸管等移液工具进行辅助测量，但粘度较大时无法实现，数据准确性低；对于能够凝固的流体(如水泥浆等)，待其凝固后，采用将器皿打碎后取内部固体，分段测量的方法，测量方法繁琐，存在安全隐患，并且浪费较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量不同密度、不同静止时间的固井前、后置液沉降稳定性以为固井工程提供可靠的数据，降低由于固井前置液或后置液不稳定带来的施工安全风险的一种固井用前置液或后置液的沉降稳定性测量方法。
为了实现上述目的，本发明技术方案如下：
该固井用前置液或后置液的沉降稳定性测量方法所使用的固井用前置液或后置液沉降稳定性测量装置一种固井用前置液或后置液沉降稳定性测量装置，包括采用不锈钢材料制备的模拟井筒本体、顶盖、底盖、和堵塞。
所述顶盖和所述底盖分别盖装在所述模拟井筒本体的上端和下端；优选地，所述模拟井筒本体外壁上形成有至少一个环形扳手凹槽；优选地，所述顶盖和所述底盖分别通过螺纹连接可拆装的盖装并固定在所述模拟井筒本体的上端和下端，配合井筒本体外壁上形成的环形扳手凹槽方便该装置的组装和拆卸清洗。
沿所述模拟井筒本体圆周方向形成有多个螺旋排布的放液闸门，所述放液闸门用于依次从上到下开启放液闸门分别进行取样，所述堵塞与所述模拟井筒本体的内径相适应，所述堵塞设置在所述模拟井筒本体内并置于所述底盖上且所述堵塞的上表面水平线与设置在最下方的所述放液闸门的底端水平切线齐平，即设置在最下方的所述放液闸门的底端水平切线刚好与所述堵塞的上表面处在同一平面上，防止流体下沉到下部，影响测量数据准确度。
在所述顶盖上形成有通气孔，当前置液或后置液粘度较高不足以依靠自重从放液闸门排除时，可以将所述通气孔连接手动打气泵，缓慢打气使流体流出。
优选地，所述相邻所述放液闸门之间的垂直距离为90～110mm。
优选地，所述堵塞上侧壁上套装有密封圈，使其与所述模拟井筒本体的内壁配合形成密封。
所述模拟井筒本体的尺寸与实际作业中的井筒尺寸相适应，相对于实际作业中的井筒呈一定比例缩小，其中，所述模拟井筒本体可以为一个，也可以根据测量需要增加筒体长度和测量取样放液闸门个数，即根据需要将多个模拟井筒可以组合为一长井筒，相邻井筒之间通过螺纹连接固定。
通过该固井用前置液或后置液沉降稳定性测量装置实现的前置液或后置液沉降稳定性测量方法，其包括如下步骤：
S1、配置固井前置液或后置液并测定所述前置液或后置液的密度，在进行测试前对所述固井前置液或后置液进行养护；
S2、组装沉降稳定性测量装置，并确保所有放液闸门处于关闭状态；
S3、将经养护好的所述前置液或后置液缓慢倒入沉降稳定性测量装置中并用玻璃棒搅拌赶出气泡，将所述顶盖安装并固定在所述模拟井筒本体上；
S4、将所述前置液或后置液在沉降稳定性测量装置中静置一段时间，使所述前置液或后置液发生自然沉降，沉降结束后自上而下依次打开放液闸门对经沉降后的所述前置液或后置液自上而下封层逐个采样，并通过密度计测量自上而下每层固井用前置液或后置液的液体密度，记录静置时间及静置时间对应的各层的前置液或后置液的密度值；
对于粘度较高的固井前置液或后置液，则通过在测量装置顶盖的通气孔与加压装置连接对井筒内进行缓慢加压，使经沉降后的所述前置液或后置液通过放液闸门流出进行取样；
S5、数据处理：将相同测试条件下的同一前置液或后置液在不同静置时间下经沉降得到的各层液体密度分别与发生沉降前的前置液或后置液的液体密度进行比较，计算密度差，判断是否满足作业标准。
根据表格中的数据绘制出相应沉降趋势图，得出不同沉降时间下各个测量层的沉降稳定性变化趋势。
计算公式：△p＝Pi-P
其中，△p:各段沉降密度差(g/cm3)；
Pi:每段沉降后密度(g/cm3)；
P:沉降前测量密度(g/cm3)。
通过所测数据以及沉降趋势图，将两个已测静置时间作为端值，利用拉格朗日中值定理计算在相同条件下，两个静置时间区间之间的各具体静置时间对应的经沉降后的液体密度及密度差值，并绘出相应曲线。
所述步骤S3中对固井用前置液或后置液的养护是指将经步骤1)配置好的所述前置液或后置液在一定温度下搅拌一段时间，所述温度与所述前置液或后置液的作业井内的井下温度一致。
当养护温度高于90℃时，所述前置液或后置液在高温高压稠化仪中进行养护后冷却至90℃后进行下一步试验，当养护温度低于90℃时，所述前置液或后置液在常压稠化仪中进行。
所述步骤S3中的搅拌时间为30min±30s(参照GB/T19139-2012中水泥浆制备7.4.2中的搅拌时间)。
步骤S4中，静置时间可根据现场施工需求最长静置时间调整，测量数据以满足现场工程及安全要求为准。
所述液体密度采用泥浆比重计进行测量。
与现有技术相比，该固井用前置液或后置液的沉降稳定性测量方法通过该固井用前置液或后置液沉降稳定性测量装置实现对不同密度、不同静止时间的固井前置液或后置液沉降稳定性进行测试，有效模拟不同性质、不同密度、不同静置时间的固井用前置液或后置液浆体在井下沉降稳定性的测量，其采用的装置结构简单，方便拆卸和清洗并可重复使用，操作方便快捷降低施工成本，同时测量与评价体系更接近工程实际；对比性强、操作简便、适用范围广，不仅能够测量并预测单组沉降稳定性数据，还可以根据不同静置时间绘制沉降稳定性趋势图，为固井施工提供可靠环空传压数据的判断依据，具有广阔的应用前景；该方法安全可靠，依靠流体自重或手动打气筒即可完成，对周围其作业没有影响。
附图说明
图1是本发明的固井用前置液或后置液沉降稳定性测量装置的结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是实施例2的加重隔离液静置2h后的沉降趋势图；
图4是实施例2的加重隔离液静置12h后的沉降趋势图；
图5是实施例2的加重隔离液静置4h后的沉降趋势图；
图6是实施例2的加重隔离液静置6h后的沉降趋势图；
图7是实施例2的加重隔离液静置8h后的沉降趋势图；
图8是实施例2中数据根据拉格朗日中值定理绘制的图像。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的上述发明内容作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。
实施例1
如图1～2所示，一种固井用前置液或后置液沉降稳定性测量装置包括模拟井筒本体1、顶盖3、底盖4、和堵塞7，其中，所述模拟井筒本体1的长度为800mm，内径为50.00mm，外径为60mm，壁厚为5.00mm；所述顶盖3和所述底盖4分别插装在所述模拟井筒本体1的上端和下端并通过螺纹(所述上顶盖和所述下底盖内部加工的螺纹的长度均为10mm)可拆卸的固定连接在所述模拟井筒本体1上，且所述顶盖3的顶端和所述底盖4底端均加工成六方形结构，且该六方形结构的外径大于所述顶盖3和所述底盖4侧壁处的外径，同时在所述模拟井筒本体1外壁上形成有两个环形扳手凹槽6，方便顶盖3和底盖4的拆卸和安装，在所述顶盖3中央还形成有孔径为10mm的通气孔5；沿所述模拟井筒本体1圆周方向形成有七个螺旋排布的放液闸门2，相邻所述放液闸门2之间所成方位角为30°，相邻所述放液闸门2之间的垂直距离为100mm，所述放液闸门2包括在所述模拟井筒本体1上形成的放液孔和安装在所述放液孔处的闸门，所述放液孔的孔径为50mm；所述堵塞7与所述模拟井筒本体1的内径相适应，所述堵塞7设置在所述模拟井筒本体1内并置于所述底盖4上且所述堵塞7的上表面水平线与设置在最下方的所述放液闸门2的底端水平切线齐平；所述堵塞7侧壁上套装有密封圈，使其与所述模拟井筒本体1的内壁配合形成密封。
其中，该固井前、后置液的沉降稳定性的测量装置相邻放液闸门之间容积满足密度测量装置使用(即考虑固井前置液或后置液的挂壁现象)。
实施例2
通过实施例1的固井用前置液或后置液沉降稳定性测量装置对一种前置液，具体来说是一种固井用加重隔离液沉降稳定性测试实验
S1、配置一种加重隔离液并测定所述加重隔离液的密度为1.50g/cm3，在进行测试前将加重隔离液置于常压稠化仪中，在27℃条件下进行搅拌养护30min。进行养护；
S2、组装沉降稳定性测量装置，并确保所有放液闸门2处于关闭状态，其中所述沉降稳定性测量装置具体结构如实施例1中所述。
S3、将经养护好的加重隔离液缓慢倒入沉降稳定性测量装置中并用玻璃棒搅拌赶出气泡，将所述顶盖3安装并固定在所述模拟井筒本体1上；
S4、将所述加重隔离液在沉降稳定性测量装置中静置2h，使其发生自然沉降，然后依次自上而下打开放液闸门2并使用七个500ml烧杯依次进行采样并通过密度计(泥浆比重计)自上而下测量每段固井前置液或后置液经沉降后的液体密度，记录沉降时间和对应各层的前置液或后置液的密度值，其中，液体密度共进行三次测定，最终结果取平均值；
S5、数据处理：
①将沉降后经测量得到的各段液体密度与沉降前加重隔离液的密度进行对比，并计算各段沉降密度差值，并做出数据表，如下表1所示：
计算公式：△p＝Pi-P
其中：△p:各段沉降密度差(g/cm3)；
Pi:每段沉降后密度(g/cm3)；
P:沉降前测量密度(g/cm3)；
其中，本实例中采用的液体密度测量所使用的仪器为青岛宏煜琳石油仪器有限公司生产的的泥浆比重计(测量范围:0.96～3g/cm3，测量精度:0.01g/cm3，泥浆杯容量:140cm3，仪器尺寸:500(长)×100(宽)×100mm(高))。
表1：
| 段号 | 原始密度g/cm3 | 沉降后密度g/cm3 | 密度差g/cm3 |
| 1 | 1.5 | 1.49 | -0.01 |
| 2 | 1.5 | 1.49 | -0.01 |
| 3 | 1.5 | 1.5 | 0 |
| 4 | 1.5 | 1.5 | 0 |
| 5 | 1.5 | 1.51 | 0.01 |
| 6 | 1.5 | 1.51 | 0.01 |
| 7 | 1.5 | 1.53 | 0.03 |
其中，所述段号指自上而下的放液闸门顺序号(下同)；
②根据表1中的数据绘制出如图1所示的沉降趋势图；
③测试结果分析：
本次测量密度差值最大为0.03g/cm3，且从趋势图上看，加重隔离液在27℃条件下有轻微沉降。
重复上述步骤S1～S5，仅将步骤S4中的静置时间改为12h，经12h自然沉降后的沉降稳定性数据，如下表2所示：
表2：
如图2所示为根据表2中的数据绘制的沉降趋势图，本次测量密度差值最大为0.05g/cm3，从图中可以看出，所述加重隔离液在27℃的养护条件下有明显沉降。
根据上述静置时间为2h和静置时间为12h所得到的实验结果，可通过拉格朗日中值定理对数据进行计算，得到相同条件下，同一种密度流体，在同一温度下，静置时间在2h～12h之间的具体静置时间下的沉降稳定性趋势：
1)加重隔离液密度1.50g/cm3，在27℃的养护条件下静置4h，通过分段用拉格朗日中值定理计算得下表3：
具体地，拉格朗日中值定理:y＝f(a)+(f(b)-f(a))/(b-a)*(x-a)，其绘制的对应图像如图8所示，根据静置时间为2h和静置时间为12h所得到的实验结果，测得的7段数据(沉降后密度g/cm3)分别为见表1和表2。对两表中的数据进行对比分析，以表1和表2中第一段测量数据为例，设静置时间为2h即为坐标X轴中a，对应函数值为表1第一段数值1.49g/cm3，即为f(a),静置时间为12h，即为坐标X轴中b，对应函数值为表2第一段数值1.45g/cm3，即为f(b),计算静置时间为4h，即为要计算的点x，对应的第一段沉降后密度即为y值。将所有数据带入拉格朗日中值定理公式得第一段沉降后密度y1：y1＝1.49+(1.45-1.49)/(12-2)*(4-2)＝1.482g/cm3，依次类推，计算得表3中沉降后y1、y2、y3、y4、y5、y6、y7各段密度值。
同理，可计算静置时间为6h、8h等不同静置时间条件下的沉降后密度。
表3：
2)加重隔离液密度1.50g/cm3，在27℃的养护条件下静置6h，通过分段用拉格朗日中值定理计算得到下表4：
表4：
| 段号 | 原始密度g/cm3 | 沉降后密度g/cm3 | 密度差g/cm3 |
| 1 | 1.5 | 1.474 | -0.026 |
| 2 | 1.5 | 1.482 | -0.018 |
| 3 | 1.5 | 1.496 | -0.004 |
| 4 | 1.5 | 1.496 | -0.004 |
| 5 | 1.5 | 1.514 | 0.014 |
| 6 | 1.5 | 1.518 | 0.018 |
| 7 | 1.5 | 1.538 | 0.038 |
3)加重隔离液密度1.50g/cm3，在27℃的养护条件下静置8h,分段用拉格朗日中值定理计算得到下表5：
表5：
| 段号 | 原始密度g/cm3 | 沉降后密度g/cm3 | 密度差g/cm3 |
| 1 | 1.5 | 1.466 | -0.034 |
| 2 | 1.5 | 1.478 | -0.022 |
| 3 | 1.5 | 1.494 | -0.006 |
| 4 | 1.5 | 1.494 | -0.006 |
| 5 | 1.5 | 1.516 | 0.016 |
| 6 | 1.5 | 1.522 | 0.022 |
| 7 | 1.5 | 1.542 | 0.042 |
根据上表1～5中的各项数据与现场固井作业经验值相比较，其在不同条件下的密度差均不高于0.05g/cm3，满足现场施工作业的需求，可以投入使用。
Claims (10)
1.一种固井用前置液或后置液的沉降稳定性测量方法，其特征在于，其中该方法所使用的固井用前置液或后置液的沉降稳定性测量装置包括模拟井筒本体(1)、顶盖(3)、底盖(4)、和堵塞(7)，所述顶盖(3)和所述底盖(4)分别盖装在所述模拟井筒本体(1)的上端和下端，沿所述模拟井筒本体(1)圆周方向形成有多个螺旋排布的放液闸门(2)，所述堵塞(7)的外径与所述模拟井筒本体(1)的内径相适应，所述堵塞(7)设置在所述模拟井筒本体(1)内并置于所述底盖(4)上，且所述堵塞(7)的上端面与位于最下方的所述放液闸门(2)的底端水平切线齐平，在所述顶盖(3)上形成有通气孔(5)；
通过该固井用前置液或后置液沉降稳定性测量装置实现的前置液或后置液沉降稳定性测量方法，其包括如下步骤：
S1、配置固井前置液或后置液并测定所述前置液或后置液的密度，在进行测试前对所述固井前置液或后置液进行养护；
S2、组装沉降稳定性测量装置，并确保所有放液闸门(2)处于关闭状态；
S3、将经养护好的所述前置液或后置液缓慢倒入沉降稳定性测量装置中并用玻璃棒搅拌赶出气泡，将所述顶盖(3)安装并固定在所述模拟井筒本体(1)上；
S4、将所述前置液或后置液在沉降稳定性测量装置中静置一段时间，使所述前置液或后置液发生自然沉降，沉降结束后自上而下依次打开放液闸门(2)对经沉降后的所述前置液或后置液自上而下封层逐个采样，并通过密度计测量自上而下每层固井用前置液或后置液的液体密度，记录静置时间及静置时间对应的各层的前置液或后置液的密度值；
对于粘度较高的固井前置液或后置液，则通过在测量装置顶盖(3)的通气孔(5)与加压装置连接对井筒内进行缓慢加压，使经沉降后的所述前置液或后置液通过放液闸门(2)流出进行取样；
S5、数据处理：将相同测试条件下的同一前置液或后置液在不同静置时间下经沉降得到的各层液体密度分别与发生沉降前的前置液或后置液的液体密度进行比较，计算密度差，判断是否满足作业标准。
根据表格中的数据绘制出相应沉降趋势图，得出不同沉降时间下各个测量层的沉降稳定性变化趋势。
计算公式：△p＝Pi-P
其中，△p:各段沉降密度差(g/cm3)；
Pi:每段沉降后密度(g/cm3)；
P:沉降前测量密度(g/cm3)。
通过所测数据以及沉降趋势图，将已测的两个静置时间作为端值，利用拉格朗日中值定理计算出在相同条件下所述两个静置时间区间之间的各具体静置时间对应的经沉降后的液体密度及密度差值，并绘出相应曲线以对沉降性能进行评价。
2.据权利要求1所述的一种固井用前置液或后置液沉降稳定性测量装置，其特征在于，相邻所述放液闸门(2)之间的垂直距离为90～110mm。
3.根据权利要求1所述的一种固井用前置液或后置液的沉降稳定性测量方法，其特征在于，所述固井用前置液或后置液沉降稳定性测量装置的所述模拟井筒本体(1)外壁上形成有至少一个环形扳手凹槽(6)。
4.根据权利要求1所述的一种固井用前置液或后置液的沉降稳定性测量方法，其特征在于，所述固井用前置液或后置液沉降稳定性测量装置的所述模拟井筒本体(1)所述堵塞(7)侧壁上套装有密封圈，使其与所述模拟井筒本体(1)的内壁配合形成密封。
5.根据权利要求1所述的一种固井用前置液或后置液的沉降稳定性测量方法，其特征在于，所述顶盖(3)和所述底盖(4)分别通过螺纹连接可拆装的盖装并固定在所述模拟井筒本体(1)的上端和下端。
6.根据权利要求1所述的一种固井用前置液或后置液的沉降稳定性测量方法，其特征在于，所述步骤3)中对固井用前置液或后置液的养护是指将经步骤1)配置好的所述前置液或后置液在一定温度下搅拌一段时间，所述温度与所述前置液或后置液的作业井内的井下温度一致。
7.根据权利要求6所述的一种固井用前置液或后置液的沉降稳定性测量方法，其特征在于，当养护温度高于90℃时，所述前置液或后置液在高温高压稠化仪中进行养护后冷却至90℃后进行下一步试验，当养护温度低于90℃时，所述前置液或后置液在常压稠化仪中进行。
8.根据权利要求1所述的一种固井用前置液或后置液的沉降稳定性测量方法，其特征在于，所述步骤S3中的养护搅拌时间为30min±30s。
9.根据权利要求1所述的一种固井用前置液或后置液的沉降稳定性测量方法，其特征在于，步骤S4中，静置时间与现场施工需求的静置时间范围一致。
10.根据权利要求1所述的一种固井用前置液或后置液的沉降稳定性测量方法，其特征在于，所述液体密度为泥浆比重计。
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