一种用于制备泡沫水泥浆的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于制备泡沫水泥浆的装置，其包括：泡沫发生组件，所述泡沫发生组件用于将水泥浆与起泡液混合而成的水泥基浆与氮气混合成泡沫水泥浆。水泥基浆为水泥浆与起泡液的混合物，将水泥基浆与氮气混合形成泡沫水泥浆，这样形成的泡沫水泥浆内的气泡分布均匀。由此，这种泡沫水泥浆在输送到油气井内的过程中起泡难以积聚。采用这种泡沫水泥浆进行固井时，泡沫水泥浆的密度更容易控制。尤其是不需要设置泡沫泵，降低了制备泡沫水泥浆的装置的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及油气井工程领域，特别涉及一种用于制备泡沫水泥浆的装置。
技术介绍
在固井过程中，泡沫水泥浆在油气井工程领域中作为一种低密度水泥浆在防止环空压力过大引起漏失、气井保证压稳、防止油气水窜、平衡固井压力、防止环空窜流等方面发挥重要作用。泡沫水泥浆硬化后形成水泥块，水泥块内部的气泡具有很好的保温性能，非常适合用于热采井，可以防止热量流失。目前，泡沫水泥浆的制备方式主要包括物理发泡法。物理发泡法包括以下步骤：首先向水中加入起泡剂形成起泡液，起泡剂一般为表面活性物质，起泡剂用于降低气-水界面上的张力。然后向该起泡液中充气并搅拌该起泡液形成泡沫液。这些泡沫液通过泡沫泵送装置注入到混合组件中与水泥浆混合后形成泡沫水泥浆。由于泡沫液的密度比水泥浆的密度小很多，并且水泥浆和泡沫液的粘度均较大，水泥浆和泡沫液难以混合均匀。这种泡沫水泥浆中的泡沫容易聚集在一起，甚至与水泥浆分开，这样有可能导致泡沫水泥浆中的一些泡沫无法随水泥浆一起泵送至井下，造成井下的泡沫水泥浆密度过高。另外，泡沫泵送装置需要泵送气-液两相共存的泡沫液，其成本较高。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提出了一种用于制备泡沫水泥浆的装置，其包括：泡沫发生组件，泡沫发生组件用于将由水泥浆与起泡液混合而成的水泥基浆与氮气混合成泡沫水泥浆。在一个具体的实施例中，泡沫发生组件包括混合腔、出口端接通于混合腔且入口端用于输入氮气的音速喷嘴、出口端接通于混合腔且入口端用于输入水泥基浆的水泥基浆喷嘴以及接通于混合腔的泡沫水泥浆出口，其中，音速喷嘴喷出的氮气流束与水泥基浆喷出的水泥基浆流束在混合腔内>相互冲击然后相互混合形成泡沫水泥浆。在一个具体的实施例中，装置还包括起泡液泵送组件，以及分别接通于泡沫发生组件和起泡液泵送组件的混合组件，泡沫发生组件还用于接通氮气供给装置，氮气供给装置用于向泡沫发生组件输入氮气，其中，起泡液泵送组件用于将起泡液输入到混合组件，混合组件用于将输入其内水泥浆与起泡液混合成水泥基浆并将水泥基浆输入到泡沫发生组件内。在一个具体的实施例中，起泡液泵送组件包括入口用于接通起泡液源且出口用于接通混合组件的电动泵，起泡液源用于向电动泵提供起泡液。在一个具体的实施例中，混合组件为在线混合器，混合组件的一个入口接通于电动泵的出口，另一个入口用于接通水泥浆泵送装置，混合组件的出口接通于泡沫发生组件，水泥浆泵送装置用于向混合组件输入水泥浆。在一个具体的实施例中，装置还包括设置在泡沫发生组件和混合组件之间的且用于防止流体回流向混合组件的第一止回阀。在一个具体的实施例中，装置还包括设置在泡沫发生组件和氮气供给装置之间的且用于防止流体回流向氮气供给装置的第二止回阀。在一个具体的实施例中，装置还包括设置在起泡液泵送组件和混合组件之间的且用于防止流体回流向起泡液泵送组件的第三止回阀。在一个具体的实施例中，装置还包括设置在第二止回阀和泡沫发生组件之间的管线上的排空阀。在一个具体的实施例中，装置还包括调节单元，调节单元用于根据输入到混合组件的水泥浆的体积流量、水泥浆的密度和起泡液的密度来调节输入到混合组件内的起泡液的体积流量以使得混合组件输出的水泥基浆达到预设密度。在一个具体的实施例中，调节单元还用于根据输入到混合组件内的起泡液的体积流量、输入到混合组件的水泥浆的体积流量、水泥浆的密度、起泡液的密度、混合组件输出的水泥基浆的预设密度以及泡沫发生组件输出泡沫水泥浆的压强来调节输入到泡沫发生组件内的氮气量以使得泡沫水泥浆达到预设密度。在一个具体的实施例中，调节单元包括连接于起泡液泵送组件的控制中心，连接于控制中心的且设置在混合组件与水泥浆泵送装置之间的第一流量变送器，连接于控制中心的且设置在混合组件和起泡液泵送组件之间的第二流量变送器，以及连接于控制中心的且设置在泡沫发生组件和混合组件之间的密度变送器，第一流量变送器用于实时检测输入到混合组件内的水泥浆的体积流量，第二流量变送器用于实时检测输入到混合组件内的起泡液的体积流量，密度变送器用于实时检测混合组件输出的水泥基浆的密度，控制中心根据输入到混合组件内的水泥浆的体积流量、水泥浆的密度、起泡液的密度以及水泥基浆的预设密度计算出起泡液的目标体积流量，控制中心将第二流量变送器实时检测输入到混合组件内的起泡液的体积流量作为被控参数、将起泡液的目标体积流量为设定值、将起泡液泵送组件输出的起泡液的体积流量作为控制参数来进行定值调节。在一个具体的实施例中，述调节单元还包括连接于控制中心的且设置在泡沫发生组件和氮气供给装置之间的管路上的流量调节阀，均连接于述控制中心的且均设置在流量调节阀和氮气供给装置之间的管路上的第一压力变送器、第三流量变送器和温度变送器，以及设置在泡沫发生组件的出口处的第二压力变送器，第一压力变送器、第三流量变送器和温度变送器依次分别用于从氮气供给装置输入到流量调节阀的氮气的气压、体积流量以及温度，第二压力变送器用于测量泡沫发生组件输出泡沫水泥浆的压强，控制中心还用于根据已测量到的井下温度、输入到混合组件内的水泥浆的体积流量、水泥浆的密度、起泡液的密度、水泥基浆的预设密度、泡沫水泥浆的预设密度以及氮气在第二压力变送器所测量到的压强下的密度来计算氮气在标准状况下的目标输入体积流量，控制中心还用于根据从氮气供给装置输入到流量调节阀的氮气的气压、体积流量和温度计算出氮气在标准状况下的体积流量，控制中心还将氮气在标准状况下的目标输入体积流量作为设定值、将氮气在标准状况下的体积流量为被控参数，将流量调节阀的开度作为控制参数来进行定值调节。在一个具体的实施例中，起泡液的目标体积流量采用下列算计进行计算，Q2=ρ3×Q1-ρ1×Q1ρ2-ρ3]]>式中，ρ1为水泥浆的密度，ρ2为起泡液的密度，ρ3为水泥基浆的预设密度，Q1为第一流量变送器测量到的水泥浆的体积流量，Q2为起泡液的目标体积流量。在一个具体的实施例中，氮气在标准状况下的目标输入体积流量采用下列算计进行计算，Q4=(ρ3-ρ4)×(ρ2-ρ1)×P×T1×Q1(ρ2-ρ3)×(ρ4-ρ5)×T×P1×Z]]>式中，ρ1为水泥浆的密度，ρ2为起泡液的密度，ρ3为预设的水泥基浆的密度，ρ4为泡沫水泥浆的预设密度，Q1为第一流量变送器测量到的水泥浆的体积流量，P1为标准状况下的气压，P1＝101.325kPa，T1为标准状况下的温度，T1＝273.15K，T为井下温度，P为第二压力变送器所测量到的泡沫发生组件输出的泡沫水泥浆的压强，ρ5为氮气在压强P和井下温度T下的密度值，Z为氮气在压强P和井下温度T下的压缩因子，压缩因子为无量纲，Q4为氮气在标准状况下的目标输入体积流量。在本专利技术中，水泥基浆为水泥浆与起泡液的混合物，将水泥基浆与氮气混合形成泡沫水泥浆，这样形成的泡沫水泥浆内的气泡分布均匀。由此，这种泡沫水泥浆在输送到油气井内的过程中起泡难以积聚。采用这种泡沫水泥浆进行固井时，泡沫水泥浆的密度更容易控制。尤其是不需要设置泡沫泵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备泡沫水泥浆的装置，其特征在于，包括：泡沫发生组件，所述泡沫发生组件用于将由水泥浆与起泡液混合而成的水泥基浆与氮气混合成泡沫水泥浆。

【技术特征摘要】
1.一种用于制备泡沫水泥浆的装置，其特征在于，包括：泡沫发生组件，所述泡沫发生组件用于将由水泥浆与起泡液混合而成的水泥基浆与氮气混合成泡沫水泥浆。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述泡沫发生组件包括混合腔、出口端接通于所述混合腔且入口端用于输入所述氮气的音速喷嘴、出口端接通于所述混合腔且入口端用于输入所述水泥基浆的水泥基浆喷嘴以及接通于所述混合腔的泡沫水泥浆出口，其中，所述音速喷嘴喷出的氮气流束与水泥基浆喷出的水泥基浆流束在所述混合腔内相互冲击以混合成所述泡沫水泥浆。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括起泡液泵送组件，以及分别接通于所述泡沫发生组件和所述起泡液泵送组件的混合组件，所述泡沫发生组件还用于接通氮气供给装置，所述氮气供给装置用于向所述泡沫发生组件输入所述氮气，其中，所述起泡液泵送组件用于将所述起泡液输入到所述混合组件，所述混合组件用于将输入其内的所述水泥浆与所述起泡液混合成所述水泥基浆并将所述水泥基浆输入到所述泡沫发生组件内。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述起泡液泵送组件包括入口用于接通起泡液源且出口用于接通所述混合组件的电动泵，所述起泡液源用于向所述电动泵提供所述起泡液。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述混合组件为在线混合器，所述混合组件的一个入口接通于所述电动泵的出口，另一个入口用于接通所述水泥浆泵送装置，所述混合组件的出口接通于所述泡沫发生组件，所述水泥浆泵送装置用于向所述混合组件输入所述水泥浆。6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括设置在所述泡沫发生组件和所述混合组件之间的且用于防止流体回流向所述混合组件的第一止回阀。7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括设置在所述
\t泡沫发生组件和所述氮气供给装置之间的且用于防止流体回流向所述氮气供给装置的第二止回阀。8.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括设置在所述起泡液泵送组件和所述混合组件之间的且用于防止流体回流向所述起泡液泵送组件的第三止回阀。9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括设置在所述第二止回阀和泡沫发生组件之间的管线上的排空阀。10.根据权利要求3至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括调节单元，所述调节单元用于根据输入到所述混合组件的水泥浆的体积流量、所述水泥浆的密度和所述起泡液的密度来调节输入到所述混合组件内的起泡液的体积流量以使得所述混合组件输出的水泥基浆达到预设密度。11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述调节单元还用于根据输入到所述混合组件内的起泡液的体积流量、输入到所述混合组件的水泥浆的体积流量、所述水泥浆的密度、所述起泡液的密度、所述混合组件输出的水泥基浆的预设密度以及所述泡沫发生组件输出泡沫水泥浆的压强来调节输入到所述泡沫发生组件内的氮气量以使得所述泡沫水泥浆达到预设密度。12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述调节单元包括连接于所述起泡液泵送组件的控制中心，连接于所述控制中心的且设置在所述混合组件与所述水泥浆泵送装置之间的第一流量变送器，连接于所述控制中心的且设置在所述混合组件和所述起泡液泵送组件之间的第二流量变送器，以及连接于所述控制中心的且设置在所述泡沫发生组件和所述混合组件之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖京男，张明昌，周仕明，丁士东，桑来玉，刘海轩，孙继业，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11