CN105572030A - 一种检测封窜剂封堵强度的实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种检测封窜剂封堵强度的实验装置及方法，所述实验装置包括：纵长延伸的第一模拟体；所述第一模拟体至少一端为第一封堵端；所述第一模拟体内形成有内腔；设置于所述内腔中的第二模拟体；所述第二模拟体外侧的所述内腔内设置有固井体；设置于所述固井体上的至少一条裂缝；具有输入端的动力机构；贯穿设置于所述第二模拟体上的通道；所述第二模拟体通过所述通道与所述输入端相连接；所述动力机构用于向封窜剂施加逐渐变大的作用力直至所述作用力维持不变，从而所述封窜剂能以预定的流速通过所述通道注入所述第二模拟体内；本发明实现了能提供一种检测封窜剂的封堵强度的实验装置及方法的目的。
Description
技术领域
本发明涉及油水井调堵封窜技术领域，尤其涉及一种检测封窜剂封堵强度的实验装置及方法。
背景技术
稠油和超稠油开发一般采用蒸汽吞吐方式，油井在经过多轮次注汽生产时，由于固井水泥环受到高温湿热蒸汽的反复侵蚀，以及水泥与岩石和套管的膨胀系数的差异，导致套管外水泥环局部易发生损坏或脱落，在水泥环自身以及水泥环与管壁之间产生缝隙，不同层位之间形成窜流通道，影响注汽效率，无法实现分层注汽，水体侵入油层，生产井效率低下。
现有技术中，采用挤灰封窜的方法来封堵水泥环的窜槽部位：通过泵车或注入泵，在压力允许的范围内，将封窜剂注入窜槽部位，封窜剂成胶凝结后起到封窜的目的。但这种方法在操作的过程中，由于在油井中进行，封窜剂中的固相颗粒有时能轻易进入岩石的孔隙中，所以施工后也无法知晓封窜剂封堵窜槽部位所形成的封堵强度能否满足施工现场的要求，因此有时会出现封堵强度不够造成的封窜剂封窜的部位有效期短，从而影响了施工效果的情况。
现有技术中没有能检测封窜剂封堵强度的实验装置和方法，因此无法知晓封窜剂封堵窜槽部位所形成的封堵强度。
发明内容
本发明的目的是提供一种能检测封窜剂封堵强度的实验装置及方法。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：一种检测封窜剂封堵强度的实验装置，其包括：纵长延伸的第一模拟体；所述第一模拟体至少一端为第一封堵端；所述第一模拟体内形成有内腔；设置于所述内腔中的第二模拟体；所述第二模拟体外侧的所述内腔内设置有固井体；设置于所述固井体上的至少一条裂缝；具有输入端的动力机构；贯穿设置于所述第二模拟体上的通道；所述第二模拟体通过所述通道与所述输入端相连接；所述动力机构用于向封窜剂施加逐渐变大的作用力直至所述作用力维持不变，从而所述封窜剂能以预定的流速通过所述通道注入所述第二模拟体内。
优选地，所述第一模拟体与所述第二模拟体同轴设置。
优选地，所述第二模拟体靠近所述裂缝的侧壁上设置有至少一个通孔，所述通孔与所述通道相连通。
优选地，所述通孔在所述第一模拟体上呈螺旋状排列。
优选地，所述固井体为水泥浆在预定的条件下凝结而成的水泥环。
优选地，所述第二模拟体上设置有刻度，所述刻度能测量出注入所述裂缝的封窜剂的量。
优选地，所述第一模拟体的内径为124.26mm；所述第二模拟体的外径为73.02mm。
利用上述的检测封窜剂封堵强度的实验装置的实验方法，其包括：向封窜剂施加逐渐变大的作用力直至所述作用力维持不变，以使所述封窜剂能以预定的流速注入所述第二模拟体内；获取所述作用力维持不变时的最大作用力，根据所述最大作用力计算所述封窜剂的封堵强度。
优选地，所述封堵强度Pm为Pm＝Pmax/L；式中：Pmax为所述最大作用力，单位为MPa；L为所述第一模拟体的内径-所述第二模拟体的外径，单位为m。
优选地，所述预定的流速为100ml/min。
本发明提供的一种检测封窜剂封堵强度的实验装置及方法的有益效果是：本发明通过设置纵长延伸的第一模拟体；第一模拟体至少一端为第一封堵端；第一模拟体内形成有内腔；设置于内腔中的第二模拟体；第二模拟体外侧的内腔内设置有固井体；设置于固井体上的至少一条裂缝；具有输入端的动力机构；贯穿设置于第二模拟体上的通道；第二模拟体通过通道与输入端相连接；动力机构用于向封窜剂施加逐渐变大的作用力直至作用力维持不变，从而封窜剂能以预定的流速通过通道注入第二模拟体内；实现了通过动力机构向封窜剂施加逐渐变大的作用力直至作用力维持不变，以使封窜剂能以预定的流速通过通道注入第二模拟体内；因为封窜剂的封堵性能通常采用突破压力来表征，该突破压力是指堵剂在单位长度多孔介质中水驱形成突破时的最大压力，反应多孔介质中堵剂对水相流体的封堵能力，可以较好地反映堵剂的强弱，其大小可由下列公式表示：Pm＝Pmax/L式中：Pmax为水驱形成突破的最大压力，单位为MPa；L为试验半径，单位为m。因此可以借鉴该突破压力的计算原理得出该封窜剂的封堵强度所对应的最大压力即为维持不变时的作用力，相当于式中的Pmax，然后再将该最大压力除以第一模拟体的内径与第二模拟体的外径的差值，从而得出封堵强度；从而实现了本发明能提供一种检测封窜剂的封堵强度的实验装置及方法的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1本发明的一种结构示意图；
图2本发明的一种流程图；
图3本发明的一种流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1。本发明提供一种检测封窜剂封堵强度的实验装置，其包括：纵长延伸的第一模拟体11；所述第一模拟体11至少一端为第一封堵端；所述第一模拟体11内形成有内腔15；设置于所述内腔15中的第二模拟体13；所述第二模拟体13外侧的所述内腔15内设置有固井体19；设置于所述固井体19上的至少一条裂缝21；具有输入端的动力机构25；贯穿设置于所述第二模拟体13上的通道17；所述第二模拟体13通过所述通道17与所述输入端相连接；所述动力机构25用于向封窜剂23施加逐渐变大的作用力直至所述作用力维持不变，从而所述封窜剂23能以预定的流速通过所述通道17注入所述第二模拟体13内。
本发明提供的一种检测封窜剂封堵强度的实验装置，实现了通过动力机构25向封窜剂23施加逐渐变大的作用力直至作用力维持不变，以使封窜剂23能以预定的流速通过通道17注入第二模拟体13内；因为封窜剂23的封堵性能通常采用突破压力来表征，该突破压力是指堵剂在单位长度多孔介质中水驱形成突破时的最大压力，反应多孔介质中堵剂对水相流体的封堵能力，可以较好地反映堵剂的强弱，其大小可由下列公式表示：Pm＝Pmax/L式中：Pmax为水驱形成突破的最大压力，单位为MPa；L为试验半径，单位为m。因此可以借鉴该突破压力的计算原理得出该封窜剂23的封堵强度所对应的最大压力即为维持不变时的作用力，相当于式中的Pmax，然后再将该最大压力除以第一模拟体11的内径与第二模拟体13的外径的差值，从而得出封堵强度；从而实现了本发明能提供一种检测封窜剂23的封堵强度的实验装置及方法的目的。
如图1所示，在本实施方式中，纵长延伸的第一模拟体11；该第一模拟体11用于模拟井壁，从而能在地面上模拟井下地层的条件，从而能在施工前在地面上实施检测封窜剂23的封堵强度的实验。该第一模拟体11至少一端为第一封堵端，从而能在该第一模拟体11内注入固井液，从而模拟油井中套管与井壁之间的水泥环。该第一封堵端用法兰来密封。该第一模拟体11内设置有内腔15；从而能在该内腔15中注入固井液。该第一模拟体11为内径为124.26mm的管柱，从而更真实地模拟实际生产中的油井井壁。
如图1所示，在本实施方式中，该内腔15中设置有第二模拟体13，该第二模拟体13上贯穿设置有通道17；且该第二模拟体13通过通道17与动力机构25的输入端相连接；从而该第二模拟体13能通过通道17向裂缝21内注入封窜剂23。在本实施方式中，该第一模拟体11与第二模拟体13同轴设置，从而能更真实地模拟实际生产中的结构。
在本实施方式中，该第二模拟体13靠近裂缝21的一端为第二封堵端，该第二封堵端用法兰来密封；远离裂缝21的一端为开口端27；开口端27与动力机构25相连接；通道17与开口端27相连通；该第二模拟体13靠近裂缝的侧壁上设置有至少一个通孔29，该通孔29与通道17相连通；从而可以通过该通道17向裂缝21内注入封窜剂23。在本实施方式中，该通孔29在第一模拟体11上呈螺旋状排列。从而能更均匀地向固井体19中注入封窜剂23。在本实施方式中，该通孔29之间的距离为30mm。该通孔29之间的距离不限于此，还可以为其他的数值，例如：40mm、45mm、50mm、55mm、60mm。该第二模拟体13上设置有刻度，刻度能测量出注入裂缝21的封窜剂23的量，从而能够知晓封窜该裂缝21需要多少封窜剂23，从而为实际生产提供指导意义。该第二模拟体13的外径为73.02mm。从而更真实地模拟实际生产中的模拟套管。
如图1所示，在本实施方式中，该第二模拟体13外侧的内腔15内设置有固井体19；该固井体19为水泥浆在预定的条件下凝结而成的水泥环。在预定的条件是指：在水浴锅内70°条件下养护48小时。在本实施方式中，该水泥浆为G级的水泥浆，从而更接近真实油井中的水泥环。该固井体19上设置有至少一条裂缝21；从而模拟实际油井中水泥环中产生的缝隙。
如图1所示，在本实施方式中，具有输入端的动力机构25；该动力机构25用于向封窜剂23施加逐渐变大的作用力直至作用力维持不变，以使封窜剂23能以预定的流速通过通道注入第二模拟体内；当所有的裂缝都被封窜剂23封堵上，且不能再向裂缝内注入封窜剂23时，该动力机构25对于封窜剂23施加的作用力维持不变，从而能通过该处于维持不变的作用力得出该封窜剂23的封堵强度。因为封窜剂23的封堵性能通常采用突破压力来表征，该突破压力是指堵剂在单位长度多孔介质中水驱形成突破时的最大压力，反应多孔介质中堵剂对水相流体的封堵能力，可以较好地反映堵剂的强弱，其大小可由下列公式表示：Pm＝Pmax/L式中：Pmax为水驱形成突破的最大压力，单位为MPa；L为试验半径，单位为m。所以本发明创造性地借鉴该突破压力的计算原理，通过本发明提供的实验装置将封窜剂23注入到裂缝21中时，动力机构25对封窜剂23施加作用力，直至该作用力维持不变，由此可以得出该封窜剂23的封堵强度所对应的最大压力，相当于式中的Pmax，然后再将该最大压力除以第一模拟体的内径与第二模拟体的外径的差值，就能得出封窜剂23的封堵强度；从而实现了本发明能提供一种检测封窜剂23的封堵强度的实验装置及方法的目的。
如图2所示，在本实施方式中，本发明提供的一种检测封窜剂23的实验方法的步骤包括：
S1：向封窜剂23施加逐渐变大的作用力直至作用力维持不变，以使封窜剂23能以预定的流速注入第二模拟体内。
如图3所示，在本实施方式中，步骤S1包括：S12：密封至少一个通孔29，从而防止固井液在凝固前从该至少一个通孔29渗漏。在本实施方式中，在该至少一个通孔29上涂抹凡士林，从而密封该至少一个通孔29；在其他的实施方式中，也可以采用其他的方式，例如密封填料。
如图3所示，在本实施方式中，步骤S1还包括：S14：将固井液注入第二模拟体13外侧的内腔15内，固井液在第一预定的条件下凝固成固井体19。该固井体19为水泥浆在第一预定的条件下凝结而成的水泥环。该第一预定的条件是指：在水浴锅内70°条件下养护48小时。
如图3所示，在本实施方式中，步骤S1还包括：S16：用重锤敲打第二模拟体13的通孔29位置，从而破坏固井体19的结构，使固井体19内部产生裂缝21。
如图3所示，在本实施方式中，步骤S1还包括：S18：向封窜剂23施加逐渐变大的作用力直至作用力维持不变，以使封窜剂23能以预定的流速注入第二模拟体内；为了使所有的裂缝都能被封窜剂23封堵上，必须对裂缝中注入充足的封窜剂23，但随着封窜剂23封堵裂缝过程的进行，要保证封窜剂23能以预定的流速注入第二模拟体内，必须向封窜剂23施加逐渐变大的作用力，而当所有的裂缝都被封窜剂23封堵上，且不能再向裂缝内注入封窜剂23时，该动力机构25对于封窜剂23施加的作用力维持不变。在本实施方式中，将封窜剂23倒入第二模拟体13的通道17内。在本实施方式中，该动力机构25为平流泵，该平流泵使用白油作为工作介质，所以在封窜剂23背对裂缝21的一侧倒入白油，从而对封窜剂23施加使封窜剂23注入裂缝21内的作用力。在本实施方式中，该预定的流速为100ml/min。
如图2所示，在本实施方式中，S3：获取作用力维持不变时的最大作用力，根据最大作用力计算封窜剂23的封堵强度。封堵强度Pm为Pm＝Pmax/L；式中：Pmax为最大作用力，单位为MPa；L为第一模拟体的内径-第二模拟体的外径，单位为m。当所有的裂缝都被封窜剂23封堵上，且不能再向裂缝内注入封窜剂23时，该动力机构25对于封窜剂23施加的作用力维持不变，从而能通过该处于维持不变的作用力得出该封窜剂23的封堵强度。因为封窜剂23的封堵性能通常采用突破压力来表征，该突破压力是指堵剂在单位长度多孔介质中水驱形成突破时的最大压力，反应多孔介质中堵剂对水相流体的封堵能力，可以较好地反映堵剂的强弱，其大小可由下列公式表示：Pm＝Pmax/L式中：Pmax为水驱形成突破的最大压力，单位为MPa；L为试验半径，单位为m。所以本发明创造性地借鉴该突破压力的计算原理，通过本发明提供的实验装置将封窜剂23注入到裂缝21中时，动力机构25对封窜剂23施加作用力，直至该作用力维持不变，由此可以得出该封窜剂23的封堵强度所对应的最大压力，相当于式中的Pmax，然后再将该最大压力除以第一模拟体的内径与第二模拟体的外径的差值，就能得出封窜剂23的封堵强度；从而实现了本发明能提供一种检测封窜剂23的封堵强度的实验装置及方法的目的。
在本实施方式中，每一种封窜剂23重复做该实验3次，从而得出每一种的封窜剂23平均最大挤入压力和平均封堵强度，从而用平均最大挤入压力来计算每一种封窜剂23的平均封堵强度，避免了只做一次出现的误差。本发明实现了能提供一种检测封窜剂23的封堵强度的实验装置及方法的目的。
表1本发明模拟实验数据表
| 次数 | 最大挤入压力(MPa) | 封堵强度(MPa/m) |
| 1 | 1.56 | 30.4 |
| 2 | 1.72 | 33.6 |
| 3 | 1.65 | 32.2 |
| 平均 | 1.64 | 32.1 |
由表1可以看出，在模拟实际裂缝21的情况下，该封窜剂23的最大挤入压力的最大值为1.72MPa，该封窜剂23的最大挤入压力的最小值为1.56MPa，该封窜剂23的平均最大挤入压力的值为1.64MPa,平均封堵强度为32.1MPa/m,从而检测出该封窜剂23的封堵强度。
以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种检测封窜剂封堵强度的实验装置，其特征在于，其包括：
纵长延伸的第一模拟体；所述第一模拟体至少一端为第一封堵端；
所述第一模拟体内形成有内腔；
设置于所述内腔中的第二模拟体；
所述第二模拟体外侧的所述内腔内设置有固井体；
设置于所述固井体上的至少一条裂缝；
具有输入端的动力机构；
贯穿设置于所述第二模拟体上的通道；所述第二模拟体通过所述通道与所述输入端相连接；
所述动力机构用于向封窜剂施加逐渐变大的作用力直至所述作用力维持不变，以使所述封窜剂能以预定的流速通过所述通道注入所述第二模拟体内。
2.根据权利要求1所述的检测封窜剂封堵强度的实验装置，其特征在于：所述第一模拟体与所述第二模拟体同轴设置。
3.根据权利要求2所述的检测封窜剂封堵强度的实验装置，其特征在于：所述第二模拟体靠近所述裂缝的侧壁上设置有至少一个通孔，所述通孔与所述通道相连通。
4.根据权利要求3所述的检测封窜剂封堵强度的实验装置，其特征在于：所述通孔在所述第一模拟体上呈螺旋状排列。
5.根据权利要求1所述的检测封窜剂封堵强度的实验装置，其特征在于：所述固井体为水泥浆在预定的条件下凝结而成的水泥环。
6.根据权利要求1所述的检测封窜剂封堵强度的实验装置，其特征在于：所述第二模拟体上设置有刻度，所述刻度能测量出注入所述裂缝的封窜剂的量。
7.根据权利要求1所述的检测封窜剂封堵强度的实验装置，其特征在于：所述第一模拟体的内径为124.26mm；所述第二模拟体的外径为73.02mm。
8.利用权利要求1至7中任一权利要求所述的检测封窜剂封堵强度的实验装置的实验方法，其特征在于，其包括：
向封窜剂施加逐渐变大的作用力直至所述作用力维持不变，以使所述封窜剂能以预定的流速注入所述第二模拟体内；
获取所述作用力维持不变时的最大作用力，根据所述最大作用力计算所述封窜剂的封堵强度。
9.根据权利要求8所述的检测封窜剂封堵强度的实验方法，其特征在于：所述封堵强度Pm为Pm＝Pmax/L；式中：Pmax为所述最大作用力，单位为MPa；L为所述第一模拟体的内径-所述第二模拟体的外径，单位为m。
10.根据权利要求8所述的检测封窜剂封堵强度的实验方法，其特征在于：所述预定的流速为100ml/min。
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