CN111691874A - 一种水泥浆防水窜效果评价装置及评价方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种水泥浆防水窜效果评价装置和评价方法，评价装置包括进水装置、集液装置、密封筒体和保温装置，进水装置和集液装置分别连接至密封筒体的进口端和出口端，密封筒体位于保温装置中，密封筒体包括外壳体、内壳体、端盖、密封件，内壳体与外壳体之间形成有空腔，外壳体两端均安装有端盖，两个密封件分别穿过端盖和内壳体，且延伸至内壳体的中间部位，两个密封件之间设置有模拟井筒，模拟井筒内安装有模拟套管，水泥浆设置在模拟套管与模拟井筒之间的间隙中，且受内壳体挤压。评价方法包括如下步骤：将模拟井筒用水进行饱和；组装评价装置；在空腔区域加压；模拟水窜过程；取出水泥石并测试胶结强度。

Description

一种水泥浆防水窜效果评价装置及评价方法

技术领域

本申请涉及但不限于固井技术领域，特别是一种水泥浆防水窜效果评价装置及评价方法。

背景技术

我国大部分油田大部分都进入高含水开采期，注水开发是其主要的开发方式。为更好的提高原油采收率，需要加密井网以提高水驱的波及效率，这就使得加密井在进行固井作业时会面临水窜的问题。在加密井固井作业时，水泥浆在顶替、侯凝过程中地层水会对水泥浆产生冲刷并进入其中，形成水窜通道，从而造成水泥环结构的破坏和胶结质量的下降，给油气田后续的生产和增产措施带来不利影响。

由于地层的不可复制性，如何客观有效的评价水泥浆体系在地层中的防水窜能力是建立物理评价模型的重要考量因素。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供了一种水泥浆防水窜效果评价装置及评价方法，评价装置可对不同的水泥浆的防水窜效果进行评价，数据准确、贴近实际；该评价方法可以客观地对水泥浆进行防水窜效果评价。

本申请实施例提供了一种水泥浆防水窜效果评价装置，评价装置包括进水装置、集液装置、密封筒体和保温装置，所述进水装置和所述集液装置分别连接至所述密封筒体的进口端和出口端，所述密封筒体位于所述保温装置中，

所述密封筒体包括外壳体、内壳体、端盖、密封件，所述内壳体设置在所述外壳体内且所述内壳体与所述外壳体之间形成有空腔，所述外壳体两端均安装有所述端盖，所述端盖抵住所述内壳体的端部，两个所述密封件分别穿过所述端盖和所述内壳体，且延伸至所述内壳体的中间部位，两个所述密封件之间设置有模拟井筒，所述模拟井筒内安装有模拟套管，

水泥浆设置在所述模拟套管与所述模拟井筒之间的间隙中，且受所述内壳体挤压。

本申请实施例还提供了一种水泥浆防水窜效果评价方法，采用前述的水泥浆防水窜效果评价装置，评价方法包括如下步骤：

将模拟井筒用水进行饱和；

组装评价装置；

在内壳体与外壳体之间的空腔区域加压；

模拟水窜过程；

取出水泥石并测试胶结强度。

相比于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请提供的水泥浆防水窜效果评价装置，以保温装置模拟井下温度，在密封筒体中加压模拟井下高压环境，可真实模拟井下地层环境，使水泥浆的防水窜效果评价更贴近实际情况。

本申请提供的水泥浆防水窜效果评价方法，可以客观地对水泥浆进行防水窜效果评价，从而建立物理评价模型，指导生产。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请实施例所述的水泥浆防水窜效果评价装置的结构示意图；

图2为本申请实施例所述的密封筒体的结构示意图；

图3为本申请实施例所述的模拟井筒与模拟套管的结构示意图一；

图4为本申请实施例所述的模拟井筒与模拟套管的结构示意图二；

图5为本申请实施例所述的水泥浆防水窜效果评价方法的流程示意图。

图示说明：

11-第一平流泵，12-第二平流泵，2-集液装置，3-密封筒体，31-外壳体，32-内壳体，321-凸出部，33-端盖，331-缩径部，34-密封件，35-空腔，351-注水孔，352-排气孔，36-第一通路，361-进口端，37-第二通路，371-出口端，38-密封头，4-保温装置，5-模拟井筒，6-模拟套管，7-缓冲罐，8-背压阀。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本申请实施例提供了一种水泥浆防水窜效果评价装置，如图1至图4所示，评价装置包括进水装置、集液装置2、密封筒体3和保温装置4，进水装置和集液装置2分别连接至密封筒体3的进口端361和出口端371，密封筒体3位于保温装置4中，密封筒体3包括外壳体31、内壳体32、端盖33、密封件34，内壳体32设置在外壳体31内且内壳体32与外壳体31之间形成有空腔35，外壳体31两端均安装有端盖33，端盖33抵住内壳体32的端部，两个密封件34分别穿过端盖33和内壳体32，且延伸至内壳体32的中间部位，两个密封件34之间设置有模拟井筒5，模拟井筒5内安装有模拟套管6，水泥浆设置在模拟套管6与模拟井筒5之间的间隙中，且受内壳体32挤压。

其中，为了进水装置进入密封筒体3中的液体温度与井下实际情况相同，可以使整个进水装置或部分进水装置连同密封筒体3一起设置在保温装置4中，避免液体从进水装置进入密封筒体3中，温度变化大导致液体在密封筒体3中温度不能达到预设温度。端盖33和外壳体31之间可以是螺纹连接，以保证连接的密封性能。

模拟井筒5可以根据实际需要更换，不同的模拟井筒5可采用不同粒径的砂子以及不同的压实程度，以模拟地层的渗透率和孔隙度。模拟井筒5选用的岩心可以是天然岩心或者人造岩心；其中，天然岩心可以选用取自目的地层的天然岩心或取自相同年代地层的天然露头岩心，使得实验条件更加贴近井下地层情况。

在一示例性实施例中，如图1所示，模拟井筒5一侧的密封件34上设置有连通至模拟井筒5的第一通路36，第一通路36远离模拟井筒5的一端形成进口端361，模拟井筒5另一侧的密封件34上设置有连通至模拟井筒5的第二通路37，第二通路37远离模拟井筒5的一端形成出口端371。

第一通路36和第二通路37分别从两侧连通至模拟井筒5，使得进水装置中的液体从第一通路36流至模拟井筒5，冲刷模拟井筒5中的水泥浆后，经第二通路37流出至集液装置2中。第一通路36可以是密封件34自身的中空通道形成，也可以是在中空通道内再安装导流管进行输送液体。在进口端361和出口端371处还分别设置有密封头38，用于端头处的密封。

在一示例性实施例中，如图1所示，进水装置包括第一平流泵11，第一平流泵11通过缓冲罐7连接至进口端361。

缓冲罐7对第一平流泵11输出的液体进行缓冲。缓冲罐7可设置在保温装置4中，以保证流入密封筒体3中的液体能达到指定温度，以模拟井下温度。

在一示例性实施例中，如图1和图2所示，内壳体32与外壳体31之间的空腔35设置有注水孔351和排气孔352。进水装置包括第二平流泵12，第二平流泵12连接至注水孔351。

内壳体32与外壳体31之间设置有空腔35，该空腔35用于向模拟井筒5加围压，模拟水泥浆应承受的井下高压环境。空腔35设置注水孔351和排气孔352，注水孔351通过第二平流泵12向空腔35内注水，同时空腔35内原有的气体通过排气孔352排出，当原有气体被排净后，关闭排气孔352，继续通过注水孔351向空腔35内注水，达到指定压力后通过第二平流泵12继续注水保持压力恒定。

在一示例性实施例中，如图2所示，端盖33朝向内壳体32的一侧设置有缩径部331，内壳体32两端设置有轴向延伸的凸出部321，凸出部321伸入缩径部331与外壳体31之间的间隙中。

内壳体32与外壳体31、端盖33之间密封严密，防止空腔35内的水通过内壳体32与外壳体31、端盖33之间的接触间隙进入模拟井筒5中，影响实验结果。其中，端盖33与内壳体32配合的一端设置有缩径部331，内壳体32对应位置设置有凸出部321，凸出部321伸入缩径部331与外壳体31之间的间隙中，以保证内壳体32与外壳体31、端盖33之间密封严密。

在一示例性实施例中，如图3和图4所示，模拟井筒5为带有圆柱孔的岩心，模拟套管6为直径小于模拟井筒5圆柱孔的圆柱体，模拟套管6与模拟井筒5之间形成环状间隙，水泥浆充满环状间隙。模拟套管6顶端与岩心平齐。其中，模拟套管6为圆柱体，该圆柱体可以是实心圆柱体(如图4所示)，也可以是中空的空心圆柱体。

模拟套管6与模拟井筒5之间形成环状间隙，进水装置中的液体(水或地层水)先流过模拟井筒5外壁，然后流过水泥浆(即冲刷水泥浆)，再流过模拟井筒5外壁，通过第二通路37流出，真实模拟水泥浆在井下所受冲刷的形式，提高评价结果的可靠性。

在一示例性实施例中，内壳体32为弹性件。

内壳体32可以是弹性件，以方便空腔35加压时，内壳体32对模拟井筒5及其内的水泥浆进行挤压。

在一示例性实施例中，如图1所示，集液装置2通过背压阀8连接至出口端371

即，第二通路37的出口端371通过背压阀8连接至集液装置2，控制模拟井筒5中的压力。

本申请实施例还提供了一种水泥浆防水窜效果评价方法，如图5所示，评价方法包括：将模拟井筒5用水进行饱和；组装评价装置；在内壳体32与外壳体31之间的空腔35区域加压；模拟水窜过程；取出水泥石并测试胶结强度。本评价方法可满足对不同水泥浆体系的防水窜效果进行评价，数据准确，可以指导固井作业方案设计。

将模拟井筒5用水进行饱和：此处可使用淡水，也可模拟地层水以进一步提高模拟的相似程度，去除模拟井筒5中的气体，防止对水泥浆的防水窜效果评价产生影响。

组装评价装置：将水泥浆置于模拟井筒5中，然后将装有水泥浆的模拟井筒5装入密封筒体3中，将两端的密封件34分别插入并穿过端盖33和内壳体32，抵住模拟井筒5，拧紧螺纹密封。并将密封筒体3的进口端361和出口端371分别连接缓冲和背压阀8，缓冲罐7连接第一平流泵11，背压阀8出口接集液装置2。

模拟井筒5加压：将密封筒体3放入设定为目标地层温度的保温装置4(例如：80℃的恒温箱)中，并用第二平流泵12通过注水孔351向空腔35内注水，待排气孔352中有水流出时(即空腔35中气体排净)，拧紧排气孔352，继续注水并保持空腔35内恒定压力(例如：压力保持16MPa)。模拟井筒5加围压可使模拟井筒5包裹严密，使水只能从模拟井筒5中通过，不会从模拟井筒5与周围的接触缝隙中通过。

模拟水窜过程：根据地层压力选取合适的背压阀8(例如：背压阀8设置为15MPa)，第一平流泵11以恒定流速(模拟地层中地层水流速，例如：2ml/min)向模拟井筒5内注水，水以恒定流速流过模拟井筒5、水泥浆及水泥浆与模拟井筒5的接触面。

结束水窜模拟实验并测试胶结强度：达到养护龄期(例如：23.5小时)后，关闭第一平流泵11和第二平流泵12，卸掉围压和背压阀8压力，取出模拟井筒5，在规定时间内(例如：30min)冷却至23℃。除去模拟井筒5下部，使水泥石露出，通过压力机测试模拟井筒5与水泥石(液体的水泥浆经过一定时间之后硬化转变为水泥石)接触面的压力或水泥石与套管接触面的压力。根据模拟井筒5与水泥石接触面或水泥石与套管接触面的面积计算胶结强度。

在本申请中的描述中，需要说明的是，术语“多个”是指两个或更多个，“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”、“装配”、“安装”应做广义理解，例如，术语“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请描述的实施例是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。

本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的技术方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它技术方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的技术方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。

此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本申请实施例的精神和范围内。

Claims (10)

1.一种水泥浆防水窜效果评价装置，其特征在于，包括进水装置、集液装置、密封筒体和保温装置，所述进水装置和所述集液装置分别连接至所述密封筒体的进口端和出口端，所述密封筒体位于所述保温装置中，

所述密封筒体包括外壳体、内壳体、端盖、密封件，所述内壳体设置在所述外壳体内且所述内壳体与所述外壳体之间形成有空腔，所述外壳体两端均安装有所述端盖，所述端盖抵住所述内壳体的端部，两个所述密封件分别穿过所述端盖和所述内壳体，且延伸至所述内壳体的中间部位，两个所述密封件之间设置有模拟井筒，所述模拟井筒内安装有模拟套管，

水泥浆设置在所述模拟套管与所述模拟井筒之间的间隙中，且受所述内壳体挤压。

2.根据权利要求1所述的水泥浆防水窜效果评价装置，其特征在于，所述模拟井筒一侧的密封件上设置有连通至所述模拟井筒的第一通路，所述第一通路远离所述模拟井筒的一端形成所述进口端，

所述模拟井筒另一侧的密封件上设置有连通至所述模拟井筒的第二通路，所述第二通路远离所述模拟井筒的一端形成所述出口端。

3.根据权利要求2所述的水泥浆防水窜效果评价装置，其特征在于，所述进水装置包括第一平流泵，所述第一平流泵通过缓冲罐连接至所述进口端。

4.根据权利要求1所述的水泥浆防水窜效果评价装置，其特征在于，所述内壳体与所述外壳体之间的空腔设置有注水孔和排气孔。

5.根据权利要求4所述的水泥浆防水窜效果评价装置，其特征在于，所述进水装置包括第二平流泵，所述第二平流泵连接至所述注水孔。

6.根据权利要求1所述的水泥浆防水窜效果评价装置，其特征在于，所述端盖朝向所述内壳体的一侧设置有缩径部，所述内壳体两端设置有轴向延伸的凸出部，所述凸出部伸入所述缩径部与所述外壳体之间的间隙中。

7.根据权利要求1至6中任一所述的水泥浆防水窜效果评价装置，其特征在于，所述模拟井筒为带有圆柱孔的岩心，所述模拟套管为直径小于所述模拟井筒圆柱孔的圆柱体，所述模拟套管与所述模拟井筒之间形成环状间隙，水泥浆充满所述环状间隙。

8.根据权利要求1至6中任一所述的水泥浆防水窜效果评价装置，其特征在于，所述内壳体为弹性件。

9.根据权利要求1至6中任一所述的水泥浆防水窜效果评价装置，其特征在于，所述集液装置通过背压阀连接至所述出口端。

10.一种水泥浆防水窜效果评价方法，采用如权利要求1-9中任一所述的水泥浆防水窜效果评价装置，其特征在于，包括如下步骤：

将模拟井筒用水进行饱和；

组装评价装置；

在内壳体与外壳体之间的空腔区域加压；

模拟水窜过程；

取出水泥石并测试胶结强度。

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