【技术实现步骤摘要】
一种直燃式注氮泡沫固井设备及其控制方法
[0001]本专利技术涉及泡沫水泥浆固井
,尤其涉及一种直燃式注氮泡沫固井设备及其控制方法。
技术介绍
[0002]水泥漏失是固井领域所面临的普遍难题之一。随着国内勘探开发程度的深入,固井水泥的漏失比例也呈急剧增加的趋势。为提高固井质量,减少环空带压风险,因此对低密度水泥固井提出迫切需求。相比常规水泥,泡沫水泥浆由于密度低、强度较高等特点,在防漏、防窜、提高顶替效率方面具有优势。
[0003]目前,制备泡沫水泥浆有两种方式,即化学发泡和物理发泡。
[0004]对于化学发泡来说,是在干水泥中掺入一定量的发泡剂,当水泥和水混合搅拌后,发泡剂与水泥浆中的某些化学成分起反应产生气体,其分布在水泥中从而形成泡沫水泥。由于这种方式发气量较少,因此在井下高压环境下,难以大幅度地降低泡沫水泥浆的密度,且现场施工中无法随时调整泡沫水泥浆的密度。目前,我国主要以化学发泡方式为主。
[0005]在物理发泡中,是采用泡沫液和水泥浆混合或直接向含有发泡液的水泥浆中充入气体的方式产生泡沫水泥浆。该方法由于泡沫压力低、水泥浆压力高,造成泡沫液和水泥浆出现分离或不能有效混合在一起,难以满足油田固井高压工作。
[0006]因此充气式制备泡沫水泥的方法受到越来越多的关注。氮气因化学性质稳定,一般不与其他物质发生反应,可以起到隔离、阻燃、防爆、防腐的功用,且对储层伤害小,成为泡沫水泥优选的充气介质。
[0007]现有的充气式泡沫水泥的制备装置没有对泡沫水泥浆的密度、液氮 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种直燃式注氮泡沫固井设备,其特征在于,包括:液氮气化系统,用于接收来自液氮源的液氮,并将液氮转化为高压氮气;发泡液供应系统,用于存储、供应发泡液;泡沫发生器,用于接收并混合发泡液、高压氮气和来自水泥浆源的水泥浆,形成泡沫水泥浆;数据采集系统,用于采集液氮气化系统、发泡液供应系统的实时状态数据;控制系统,用于设定不同井段下泡沫水泥浆的密度以及液氮气化系统、发泡液供应系统的目标状态数据,并结合液氮气化系统、发泡液供应系统的实时状态数据和目标状态数据以及泡沫水泥浆的设定密度,调节液氮气化系统和发泡液供应系统的工作状态。2.如权利要求1所述的一种直燃式注氮泡沫固井设备,其特征在于,所述液氮气化系统包括直燃式蒸发器和第一柱塞泵,所述直燃式蒸发器的输出口与泡沫发生器相连,所述直燃式蒸发器的输入口通过第一柱塞泵与液氮源相连;所述直燃式蒸发器配有多个燃烧器,所述燃烧器的点火装置与控制系统连接。3.如权利要求1所述的一种直燃式注氮泡沫固井设备,其特征在于,所述发泡液供应系统包括发泡液存储箱,所述发泡液存储箱的输出口通过第二柱塞泵与泡沫发生器相连,且发泡液存储箱与第二柱塞泵连接的管道上设置有增压泵。4.如权利要求1所述的一种直燃式注氮泡沫固井设备,其特征在于,所述泡沫发生器包括混合腔,所述混合腔连接有两个输入管道和一个输出管道,两个输入管道分别用于输入高压氮气和含有发泡液的水泥浆,所述输出管道用于输出混合后的泡沫水泥浆。5.如权利要求1所述的一种直燃式注氮泡沫固井设备,其特征在于,所述数据采集系统至少包括以下传感器中的一种或多种:密度传感器,用于采集水泥浆的密度数据;流量传感器,用于采集发泡液的排量和氮气排量;压力传感器,用于采集发泡液的排出压力、发泡液吸入压力和氮气排出压力;温度传感器,用于采集氮气排出温度和主燃烧室温度。6.如权利要求1所述的一种直燃式注氮泡沫固井设备,其特征在于,所述控制系统用于设定在不同井段下泡沫水泥浆的密度、发泡液的目标排量、氮气的目标排量、发泡液的极限排出压力和氮气的极限排出压力以及氮气的目标排出温度,以及根据当前实测氮气排出温度和目标排出温度,通过增量型PID控制算法,计算液氮气化系统中对应的燃烧器工作数量;根据设定的不同井段下泡沫水泥浆的密度来调节发泡液和氮气的目标排量;根据设定的氮气目标排量和实测排量,控制液氮气化系统中对应的第一柱塞泵转速来调节氮气排量;根据设定的发泡液目标排量和实测发泡液排量,控制发泡液供应系统中对应的第二柱塞泵转速来调节发泡液排量;根据设定的发泡液极限排出压力和实测发泡液排出压力,控制发泡液供应系统输出发泡液的最高排出压力;根据设定的氮气极限排出压力和实测氮气排出压力,控制液氮气化系统输出氮气的最高排出压力。
7.如权利要求6所述的一种直燃式注氮泡沫固井设备,其特征在于,计算液氮气化系统中燃烧器工作数量的...
【专利技术属性】
技术研发人员:丁晓珍,毛哲,柳祥军,黄红华,罗冲,续晋,刘高,熊丹,金城,
申请(专利权)人:四机赛瓦石油钻采设备有限公司,
类型:发明
国别省市:
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