CN111042801A - 一种测量环空水泥浆失重的装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油钻采工程固井技术领域,公开了一种测量环空水泥浆失重的装置及测量方法,所述装置包括釜体、加压泵和计算机,釜体内设有同轴的套管与地层隔板,套管底部设有加热棒和温度传感器,套管与地层隔板之间的环空间隙底部设有环空压力传感器,环空压力传感器和温度传感器将数据传输至计算机,釜体的顶部设有依次连接的三个法兰,法兰上均设有压力阀和压力表。该装置可模拟实际工况下固井水泥浆与井壁和套管的失重情况,并且可分析不同地层,不同水泥浆体系下的水泥浆失重情况,还可模拟不同井深处、不同温压下的失重情况。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻采工程固井技术领域,特别涉及一种测量环空水泥浆失重的装置及测量方法。
背景技术
近年来,随着非常规石油天然气勘探开发规模的日益扩大,固井水泥浆在凝结过程,因其液柱压力不断降低(即水泥浆失重)而导致固井质量差、环空带压以及井下工具的损坏等问题越来越突出。在美国墨西哥湾每年因维修环空带压井花费费用每口约在100万美元,我国新疆、湛江均有类似问题,因此研究固井水泥浆在凝结过程中的水泥浆失重的规律十分重要。
针对因其液柱压力不断降低(即水泥浆失重)而导致固井质量差、环空带压以及井下工具的损坏等问题,许多油田和企业也对水泥浆失重装置及测试方法进行了研究但至今无法很好地解决。西南石油大学专利CN102392634B公开了套管内水泥浆失重的测量装置及测量方法,但未涉及水泥浆与井壁接触段的水泥浆失重的测量。因此,为了更好的模拟实际工况下水泥浆的失重规律,研制出一套可测量水泥浆与井壁接触段的水泥浆失重规律装置具有重要的实际意义。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种测量环空水泥浆失重的装置,该装置能够模拟实际工况中水泥浆的失重规律,为研究环空带压提供基础。
为了实现上述目的,本发明具体采用以下技术方案:
一种测量环空水泥浆失重的装置,其特征在于,所述装置包括釜体、加压泵和计算机,釜体为顶面开口的圆柱形结构,釜体内部设有同轴的套管和地层隔板,套管的直径小于地层隔板的直径,套管内的底部设有加热棒和温度传感器,所述套管与地层隔板之间的环空间隙底部设有环空压力传感器,所述环空压力传感器和温度传感器的信号输出端与计算机的信号输入端连接。
所述釜体的顶部设有依次连接的下法兰、中法兰和上法兰,所述下法兰、中法兰和上法兰上均设有压力阀和压力表,所述压力阀与加压泵连接。
本发明的另一目的还在于提供利用上述装置对环空水泥浆失重进行测量的方法,该方法可以模拟分析在环空水泥浆凝结过程中,在不同地层以及不同水泥浆体系下的失重情况,所述方法,具体包括以下步骤:
S1、配置所要研究区域的地层泥浆,取下釜体上的法兰,安装地层隔板,将地层泥浆倒入可活动地层隔板与釜体之间的环形空间,盖上下法兰,加压,进行养护;
S2、待地层泥浆凝固完毕后,取出地层隔板,配置固井水泥浆,并注入地层浆体与套管之间的环空间隙,盖上下法兰和中法兰密封环空间隙;
S3、在套管内加入导热油,盖上上法兰,设置固井水泥浆的养护温度,调节压力阀设置养护压力,并记录此时的初始数据;
S4、环空压力传感器将数据不断传输到计算机,计算机显示水泥浆的压力变化情况;
S5、根据计算机绘制的水泥浆压力变化曲线,确定水泥浆在井下凝结过程中的失重规律。
本发明的有益效果:该装置可模拟实际工况下固井水泥浆与井壁和套管的失重情况,并且可分析不同地层,不同水泥浆体系下的水泥浆失重情况,还可模拟不同井深处、不同温压下的失重情况。
附图说明
图1为本发明测量环空水泥浆失重的装置的结构示意图;
具体实施方式
为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示,一种测量环空水泥浆失重的装置,包括釜体1、加压泵2和计算机3,釜体1为顶部开口的圆柱形结构,釜体1内部设有同轴的套管4与地层隔板5,优选的,地层隔板5为多块弧形板纵向拼接成的圆管,地层隔板5与釜体1底部为可拆卸连接,使用过程中,在地层隔板5与釜体1之间的环形空间倒入地层泥浆并待其凝固后,即可拆除地层隔板5,进一步的,可根据实际施工情况调节地层隔板5的直径大小来改变环空水泥浆的尺寸。
套管4底部固定焊接在釜体1的底部套管4的直径小于可活动底层隔板5 的直径,套管4顶部高出釜体1,套管4内的底端设有加热棒6和温度传感器7,加热棒6通过电源线连接到温控单元14,温度传感器7与温控单元14连接,温控单元14通过信号数据线连接到计算机3。套管4与地层隔板5之间的环空间隙底部设有环空压力传感器8,环空压力传感器8通过信号数据线连接到计算机 3。
釜体1的顶部开口配置有依次连接下法兰9、中法兰10和上法兰11,下法兰9固定在釜体上,中法兰10通过螺栓固定在下法兰上,盖上下法兰9和中法兰10后能够将地层与套管4之间的环空间隙成为一个密闭的空间,上法兰11通过螺栓固定在中法兰10上并将套管4口密封。下法兰9、中法兰10和上法兰11 上均设有压力阀12和压力表13,压力阀12与加压泵2连通能够调节各密封空间的压力,压力表13用于检测个密封空间的压力。
利用上述装置对环空水泥浆失重进行测量的方法具体包括以下步骤:
S1、配置所要研究区域的地层泥浆,取下釜体上的法兰,安装地层隔板,将地层泥浆倒入地层隔板与釜体之间的环形空间,盖上下法兰将此环形空间密封后进行养护,养护时给予一定的压力,使压实地层浆体,降低孔隙度,提高强度,模拟真实深度的地层状况;
S2、待地层泥浆凝固完毕后,取出地层隔板,形成的地层比釜体的高度略低;配置固井水泥浆,并注入地层泥浆与套管之间的环空间隙,盖上下法兰和中法兰密封环空间隙;
S3、在套管内加入导热油,盖上上法兰密封套管,通过温控单元设置固井水泥浆的养护温度,调节3个法兰上的压力阀设置养护压力,并记录此时的初始数据,养护过程中,通过不断的调节压力阀,确保水泥浆的养护温度和压力恒定;
S4、环空压力传感器将数据不断传输到计算机,计算机显示水泥浆的压力变化情况;
S5、根据计算机绘制的水泥浆压力变化曲线,确定水泥浆在井下凝结过程中的失重规律。
通过上述装置和方法能够实现以下功能:
1、水泥浆在凝结过程中其内部结构力不断增强,与井壁和套管的连接力(胶凝强度)不断增加,水泥环重量逐步悬挂在套管和井壁上,降低了对地层的压力。该装置可模拟实际工况下水泥浆与井壁和套管的失重情况,并且可分析不同地层,不同水泥浆体系下的水泥浆失重情况。
2、模拟不同井深处的水泥浆失重情况:该装置釜体高度1.2米,可承压30MPa,模拟3000米以内的井深。
3、该装置可模拟水泥浆在不同温度下的失重情况:由于超深井技术的快速发展,井下高温高压的问题越来越突出,不同温压下的水泥浆在凝固的时间不同即失重的速度不同,该装置可通过加压泵和温控单元设置水泥浆养护的温度、压力,最高可实现200℃温度,满足现在大部分井的需求。
4、模拟环空情况:该装置可根据现场的具体施工情况进行改变并模拟,实际环空尺寸与模拟尺寸相同。
5、压力传感器将信号传递至电脑,可实时记录压力的变化,方便操作者分析。
说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。本实施例仅用于说明该发明,而不用于限制本发明的范围,本领域技术人员对于本发明所做的等价置换等修改均认为是落入该发明权利要求书所保护范围内。
Claims (4)
1.一种测量环空水泥浆失重的装置,其特征在于,所述装置包括釜体(1)、加压泵(2)和计算机(3),所述釜体(1)内设有同轴的套管(4)与地层隔板(5),所述套管(4)的直径小于地层隔板(5)的直径,所述套管(4)底部设有加热棒(6)和温度传感器(7),所述套管(4)与地层隔板(5)之间的环空间隙底部设有环空压力传感器(8),所述环空压力传感器(8)和温度传感器(7)信号输出端与计算机(3)的信号输入端连接。
所述釜体的顶部设有依次连接的下法兰(9)、中法兰(10)和上法兰(11),所述下法兰(9)、中法兰(10)和上法兰(11)上均设有压力阀(12)和压力表(13),所述压力阀(12)与加压泵(2)连接。
2.根据权利要求1所述的一种测量环空水泥浆失重的装置,其特征在于,所述地层隔板(5)与釜体(1)为可拆卸连接。
3.根据权利要求1所述的一种测量环空水泥浆失重的装置,其特征在于,所述釜体(1)的高度为1.2m。
4.利用如权利要求1所述的装置对环空水泥浆失重进行测量的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、配置地层泥浆,安装可活动地层隔板,将地层浆体倒入地层隔板与釜体之间的环形空间,盖上下法兰,加压,进行养护;
S2、待地层浆体凝固完毕后,取出地层隔板,配置固井水泥浆并注入地层与套管之间的环空间隙,盖上下法兰和中法兰密封环空间隙;
S3、将套管内加入导热油,盖上上法兰密封,设置固井水泥浆相应的养护温度及压力,并记录此时的初始数据;
S4、环空压力传感器将数据不断传输到计算机,计算机显示固井水泥浆的压力变化情况;
S5、根据计算机绘制的固井水泥浆压力变化曲线,确定固井水泥浆在井下凝结过程中的失重规律。
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PB01 | Publication | ||
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AD01 | Patent right deemed abandoned | ||
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