一种模拟孔缝漏失的固井水泥浆防漏性能评价装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟孔缝漏失的固井水泥浆防漏性能评价装置及方法，该装置主要由带支架底座9、液量采集台8、加热外筒2、温度传感器14、浆筒1、漏失介质4、实验压力开关13、气源10与数据采集与处理系统3组成，所述带支架底座9的支架固定加热外筒2，底座放置液量采集台8，加热外筒内装有浆筒1，浆筒下端有漏失介质4，漏失介质有孔隙通道16和缝隙通道17。该方法包括：设置实验温度对装置进行预热；输入漏失介质参数；配置水泥浆；将预制的水泥浆装入浆筒中，调节压力至漏失初始压力

【技术实现步骤摘要】
一种模拟孔缝漏失的固井水泥浆防漏性能评价装置及方法
本专利技术涉及石油勘探开发领域钻井工程中固井所用水泥浆防漏性能评价的装置及方法，特别是涉及一种模拟孔隙、缝隙和孔缝漏失共存条件下的固井水泥浆防漏性能评价的装置及方法。
技术介绍
井漏是固井工程中常遭遇的复杂且又难以解决的问题。对于易漏失井，虽然在钻井过程中已对漏失层段进行了堵漏，但因堵漏效果不好仍存在漏失；同时，由于注水泥时水泥浆密度通常高于钻井液且粘度切力更大易引发二次井漏。井漏会直接影响固井质量，从而影响后续生产作业。为此，国内外相关公司、研究机构和学者研究出了一些测试评价水泥浆防漏性能的装置并提出了方法：Ark等人以小弹珠充填模拟地层加裂缝或孔隙漏失通道专利技术了DL-1型堵漏评价装置并给出了评价方法，Schlumberger公司用不同直径圆孔和不同宽度的裂缝的金属板模拟评价了纤维水泥浆体系的堵漏能力。国内可用于水泥浆防漏堵漏的评价装置有：一种地层漏失模拟装置(ZL201520480887.9)，高温高压漏失地层模拟封堵测试装置(ZL201110439139.2)，一种钻井液承压堵漏压裂试验装置(ZL201520423676.1)，智能高温高压动态堵漏模拟评价仪(ZL200510019252.X)，钻井堵漏模拟测试装置(ZL02243296.5)，一种钻井堵漏模拟试验装置(ZL200520070690.4)，水泥浆堵漏模拟试验装置(ZL200520119105.5)等。上述评价装置有共同的不足：所用的漏失介质均为单一漏失介质，即仅模拟裂缝漏失或孔隙漏失，而且没有考虑漏失通道的形态，即裂缝、孔隙均为规则的矩形和圆形。然而，实际漏失层中通道形态各异且为多重漏失通道(孔-缝等)。评价水泥浆防漏堵漏的方法有：国内有许多学者提出了水泥浆防漏堵漏评价方法，如邹建龙等.纤维水泥浆堵漏性能评价研究[J].钻井液与完井液，2007(3)；邓智中.一种堵漏评价装置设计及工作液效能评价研究[D].2012；贾应林等.纤维堵漏低密度水泥浆的室内研究[J].钻采工艺，2007(1)；王克诚等.大庆油田南二区防漏堵漏水泥浆技术[J].钻井液与完井液，2012(2)等。现有的评价方法均以水泥浆的漏失速度与时间的关系，以及堵漏后的承压能力间接描述其堵漏防漏性能。因此，迄今仍没有既能模拟地层孔隙、缝隙漏失，又能模拟孔缝漏失不同形态的装置，以及更加客观准确地评价水泥浆防漏失能力的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种模拟孔缝漏失的固井水泥浆防漏性能评价装置，该装置基于模拟地层不同形态的孔隙、缝隙和孔缝漏失共存条件下，对防漏水泥浆体系的防漏性能直接进行定量评价，不同形态的孔缝漏失通道更接近工程实际，其评价结果更加准确可靠。本专利技术的另一目的还在于提供利用上述装置评价水泥浆体系的防漏性能，直接定量描述水泥浆防漏失能力的方法，该方法原理可靠，具有操作简单、对比性强、适用范围广的特点，克服了水泥浆防漏性能的室内实验不能直接定量评价的缺陷和不足，具有广泛的应用前景。为达到以上技术目的，本专利技术提供以下技术方案。一种模拟孔缝漏失的固井水泥浆防漏性能评价装置，有能模拟井筒温度加热外筒，模拟井筒压力与地层压力之间压差的浆筒，模拟不同形态双重漏失通道的模拟岩心，实验进程中对相关参数进行实时调控和采集的数据采集与处理系统等，通过本专利技术，能够评价固井水泥浆在地层温度、井筒与地层压差及不同形态双重漏失通道等井下环境下的防漏能力，通过对实验结果的分析，调整水泥浆配方提高其防漏能力。一种模拟孔缝漏失的固井水泥浆防漏性能评价装置，主要由带支架底座、液量采集台、加热外筒、温度传感器、浆筒、漏失介质、浆筒下端盖、盛液器、浆筒上端盖、实验压力开关、压力调节阀、气源(氮气瓶)与数据采集与处理系统组成，所述带支架底座的支架固定加热外筒，底座放置液量采集台，液量采集台上有盛液器，加热外筒的侧壁插有温度传感器，加热外筒内装有浆筒，所述浆筒下端有漏失介质，由浆筒下端盖支撑，与浆筒上端盖形成密封浆筒；所述浆筒上端盖通过实验压力开关、压力调节阀连接气源；所述浆筒下端盖连有放液阀，该放液阀与盛液器相对；所述液量采集台、实验压力开关、温度传感器均和数据采集与处理系统相连。所述漏失介质的有效直径与浆筒内径对应，漏失介质中有孔隙通道和缝隙通道，所述孔隙通道的孔直径为d，所述缝隙通道的裂缝长度为L、裂缝宽度为b。所述水泥浆防漏失能力的建模过程如下：由于裂缝-基质系统的渗透率一般可用基质渗透率和裂缝渗透率的简单叠加表示(何更生编《油层物理》[M].北京：石油工业出版社，2005.7：39-48)，由达西公式可表示为式中：——流量，mm3/s；A——渗滤界面面积，mm2；ΔP——渗滤压差，MPa；h——渗滤介质厚度，mm；Km——孔隙渗透率，μm2；Kf——裂缝渗透率，μm2μ——流体黏度，Pa.s。用孔隙度表示时，孔隙根据泊肃叶方程，裂缝根据布辛列克方程，可得到孔隙和裂缝渗透率分别为考虑面积为A的渗滤面上，有a1个孔直径为d的孔隙，有a2条裂缝长度为L和裂缝宽度为b的缝隙，则有则式(1)变为由于实验测试水泥浆漏失量为重量W，而且漏失过程可分为3个过程，即堵漏材料架桥前的完全漏失、架桥形成过程的漏失与渗滤共存、架桥形成后的渗滤，自开始架桥就会有漏失的速率随时间增加而逐渐降低。借助上式(4)，可将漏失量表示为积分，得到当t＝1(s)时，C＝W1，漏失时间为1s时的漏失量(g)。因此，有式中：m——水泥浆的综合性能系数，仅与水泥浆防漏失性能有关，MPa；t——漏失时间，s；Wt、W1——分别是漏失t(s)和1(s)时刻的漏失量，g；ρs——水泥浆的密度，g/cm3；P1——漏失初始压力，MPa；h——漏失介质厚度，mm；d——孔直径，mm；L、b——分别是裂缝长度和裂缝宽度，mm；a1、a2——分别是漏失界面(面积为A)上孔隙通道和缝隙通道的数量。水泥浆防漏时，承压能力愈高，防漏失能力愈强；防漏系数愈大，防漏失能力愈强。因此，水泥浆的防漏失能力可用表示为：I＝m.Pm(8)因此，将式(7)代入式(8)后，水泥浆的防漏能力可表示为式中：I——水泥浆的防漏失能力，MPa2；Pm——漏失承压能力，MPa。式(9)中，当t≤1时，对工程无实际意义，水泥浆漏失过程通常不会低于1秒钟的时间，即上式适用于漏失时间t＞1(s)的情况。利用上述装置对固井水泥浆防漏性能进行评价的方法，依次包括以下步骤：(1)连接漏失评价装置各组成部件，接通电源，开启装置控温系统，组装漏失浆筒，将浆筒放入加热外筒内，设置实验温度对装置进行预热(实验温度不高于95℃时，预热至实验温度；实验温度高于95℃时，预热至95℃)；(2)输入漏失介质参数，包括漏失通道参数：孔隙通道的孔直径d及数量a1，缝隙通道的裂缝长度L、裂缝宽度b及数量a2；漏失介质尺寸参数：漏失介质面积A和漏失介质厚度h(一般漏失介质尺寸固定不变)；(3)根据水泥浆的配方按要求配置水泥浆，在稠化仪内预制加热水泥浆(实验温度不超过95℃，可在常压稠化仪中预制后，进行防漏实验；实验温度高于95℃时，在增压稠化仪中按实验温度预制后，降温至95℃卸压，取出进行防漏实验)；(4)将预制的水泥浆装入浆筒中，注浆量距离浆筒满刻度约本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟孔缝漏失的固井水泥浆防漏性能评价装置，主要由带支架底座(9)、液量采集台(8)、加热外筒(2)、温度传感器(14)、浆筒(1)、漏失介质(4)、浆筒下端盖(5)、盛液器(7)、浆筒上端盖(12)、实验压力开关(13)、压力调节阀(11)、气源(10)与数据采集与处理系统(3)组成，其特征在于，所述带支架底座(9)的支架固定加热外筒(2)，底座放置液量采集台(8)，液量采集台上有盛液器(7)，加热外筒的侧壁插有温度传感器(14)，加热外筒内装有浆筒(1)，所述浆筒下端有漏失介质(4)，由浆筒下端盖(5)支撑，与浆筒上端盖(12)形成密封浆筒；所述浆筒上端盖通过实验压力开关(13)、压力调节阀(11)连接气源(10)；所述浆筒下端盖连有放液阀(6)，该放液阀与盛液器(7)相对；所述液量采集台(8)、实验压力开关(13)、温度传感器(14)均和数据采集与处理系统(3)相连。

【技术特征摘要】
1.一种模拟孔缝漏失的固井水泥浆防漏性能评价装置，主要由带支架底座(9)、液量采集台(8)、加热外筒(2)、温度传感器(14)、浆筒(1)、漏失介质(4)、浆筒下端盖(5)、盛液器(7)、浆筒上端盖(12)、实验压力开关(13)、压力调节阀(11)、气源(10)与数据采集与处理系统(3)组成，其特征在于，所述带支架底座(9)的支架固定加热外筒(2)，底座放置液量采集台(8)，液量采集台上有盛液器(7)，加热外筒的侧壁插有温度传感器(14)，加热外筒内装有浆筒(1)，所述浆筒下端有漏失介质(4)，由浆筒下端盖(5)支撑，与浆筒上端盖(12)形成密封浆筒；所述浆筒上端盖通过实验压力开关(13)、压力调节阀(11)连接气源(10)；所述浆筒下端盖连有放液阀(6)，该放液阀与盛液器(7)相对；所述液量采集台(8)、实验压力开关(13)、温度传感器(14)均和数据采集与处理系统(3)相连。2.如权利要求1所述的一种模拟孔缝漏失的固井水泥浆防漏性能评价装置，其特征在于，所述漏失介质(4)的有效直径与浆筒内径对应，漏失介质中有孔隙通道(16)和缝隙通道(17)。3.利用权利要求1或2所述的装置对固井水泥浆防漏性能进行评价的方法，依次包括以下步骤：(1)将浆筒放入加热外筒内，设置实验温度对装置进行预热；(2)输入漏失介质参数，包括漏失通...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨远光，付家文，袁彬，林志辉，孙勤亮，刘文明，齐奔，谢应权，庞茂安，陈欣彤，
申请(专利权)人：西南石油大学，中国石油集团渤海钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51