一種固井前置液沖洗效率工程模擬量化評(píng)價(jià)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油鉆井工程領(lǐng)域固井工程中固井前置液沖洗效率的評(píng)價(jià)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]提高固井水泥石與套管和井壁之間的界面膠結(jié)質(zhì)量是保證固井質(zhì)量的最重要環(huán)節(jié)，然而由于鉆井液與固井水泥漿之間不具有相容性，套管壁上粘附的鉆井液和井壁上鉆井液失水形成的濾餅將直接影響水泥石與套管和井壁的膠結(jié)質(zhì)量。為了提高固井界面膠結(jié)質(zhì)量，延長(zhǎng)油氣井生產(chǎn)壽命，需要在固井注水泥之前向井內(nèi)注入一段液體段塞對(duì)井壁和套管壁進(jìn)行清洗，稱之為前置液。經(jīng)過多年的研宄，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)在前置液方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是針對(duì)前置液的沖洗效果，目前國(guó)內(nèi)外尚無科學(xué)統(tǒng)一的作法和標(biāo)準(zhǔn)，這也成為了阻礙固井前置液技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)主要因素。
[0003]針對(duì)前置液沖洗效率的評(píng)價(jià)方法主要有錐形瓶法、鉆肩柱法、旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)法、模擬井筒法。錐形瓶法是將1ml鉆井液放入錐形瓶，然后加入一定量的前置液搖晃錐形瓶30s，從瓶中倒出混合物，觀察沖洗情況。錐形瓶法是最早采用的方法，比較簡(jiǎn)單也比較原始，可重復(fù)性差，結(jié)果只能定性不能定量，人為誤差大。鉆肩柱法是稱取500g包裹有鉆井液的鉆肩放入玻璃筒內(nèi)，然后注入一定量的前置液沖洗鉆肩，根據(jù)沖洗掉的鉆井液計(jì)算沖洗效率。鉆肩柱法雖然可以計(jì)算沖洗效率，但是誤差很大，實(shí)驗(yàn)過程也較繁瑣。旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)法是目前現(xiàn)場(chǎng)最為常用的一種方法，該方法是將旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的外轉(zhuǎn)筒沾滿鉆井液后浸入前置液中旋轉(zhuǎn)清洗一定時(shí)間，再根據(jù)沖洗前后的質(zhì)量差計(jì)算沖洗效率。旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)法比較簡(jiǎn)便，但是操作誤差大，可重復(fù)性差。模擬井筒法是建立人工模擬井筒，模擬前置液在環(huán)空流道中的沖洗情況來評(píng)價(jià)前置液的沖洗效果，如中國(guó)專利“ 一種固井液沖洗效率評(píng)價(jià)裝置”(CN203515574U)。該方法比較貼合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際但是單次試驗(yàn)規(guī)模大，成本高，過程繁瑣。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有固井前置液沖洗評(píng)價(jià)裝置的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利“一種固井沖洗液沖洗效率定量模擬評(píng)價(jià)裝置”(CN203161216U)采用選擇粘度計(jì)的外轉(zhuǎn)筒模擬井壁或套管壁，通過控制裝置的轉(zhuǎn)速使得外轉(zhuǎn)筒壁面剪切速率與環(huán)空壁面剪切速率相等來評(píng)價(jià)沖洗液對(duì)井壁的沖洗效率。中國(guó)專利“一種基于剪切速率相等原理的固井沖洗液評(píng)價(jià)裝置及方法”(CN103541675A)在選擇粘度計(jì)的基礎(chǔ)上，采用人造巖心來模擬井壁，通過測(cè)試沖洗前后巖心的質(zhì)量變化來評(píng)價(jià)沖洗效率，更接近于實(shí)際情況。
[0004]總體來說目前的評(píng)價(jià)裝置或評(píng)價(jià)方法主要存在以下兩個(gè)方面的不足:(I)不能真實(shí)地模擬井內(nèi)濾餅存在情況?，F(xiàn)有評(píng)價(jià)方法中，濾餅是通過把巖心浸泡在鉆井液中粘附形成的，不能真實(shí)反映鉆井液在井內(nèi)壓差的作用下在井壁表面形成致密濾餅的情況，而致密濾餅相比于粘附的鉆井液要難清除得多。(2)不能實(shí)時(shí)反映沖洗過程情況?，F(xiàn)有測(cè)試方法只能捕捉到開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)數(shù)據(jù)，在一段時(shí)間內(nèi)只能產(chǎn)生一個(gè)結(jié)果，如果要考察不同沖洗時(shí)間條件下的沖洗效率則需要重復(fù)實(shí)驗(yàn)，工作量大而且對(duì)沖洗過程不能完整的反應(yīng)和分析，對(duì)前置液的最佳用量、沖洗時(shí)間、排量的關(guān)鍵施工參數(shù)不能提供科學(xué)的指導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種固井前置液沖洗效率工程模擬量化評(píng)價(jià)裝置，該裝置更接近實(shí)際工況、操作簡(jiǎn)單、對(duì)比性強(qiáng)，避免傳統(tǒng)稱量方法中的操作誤差，減少不同考察時(shí)間條件下的實(shí)驗(yàn)工作量，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
[0006]本發(fā)明的另一目的還在于提供利用上述裝置對(duì)固井前置液沖洗效率進(jìn)行工程模擬量化評(píng)價(jià)的方法，該方法原理可靠，操作簡(jiǎn)便，利用表面壓有濾餅的巖心能夠真實(shí)地模擬井壁表面存在濾餅的實(shí)際工況，通過控制巖心在前置液中的轉(zhuǎn)速模擬固井時(shí)前置液的環(huán)空返速，利用質(zhì)量傳感器實(shí)時(shí)精確記錄巖心上濾餅的質(zhì)量損失率和質(zhì)量損失速率，實(shí)現(xiàn)全過程沖洗效率量化評(píng)價(jià)和分析，為前置液體系優(yōu)選、前置液性能優(yōu)化和沖洗時(shí)間、排量等施工參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù)。
[0007]為達(dá)到以上技術(shù)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。
[0008]一種固井前置液沖洗效率工程模擬量化評(píng)價(jià)裝置，主要由支架、承托盤、人造巖心、巖心夾持器、變速電機(jī)、質(zhì)量傳感器、計(jì)算機(jī)采集終端組成，所述支架上有高度調(diào)節(jié)夾具，所述承托盤上放置盛裝固井前置液的漿杯，所述高度調(diào)節(jié)夾具依次連接質(zhì)量傳感器、變速電機(jī)和巖心夾持器，所述巖心夾持器通過緊固螺釘固定人造巖心，所述變速電機(jī)連有電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，通過調(diào)節(jié)變速電機(jī)轉(zhuǎn)速控制人造巖心在前置液中的轉(zhuǎn)速以模擬施工排量，所述質(zhì)量傳感器與計(jì)算機(jī)采集終端相連，可實(shí)時(shí)采集、記錄、存儲(chǔ)沖洗過程中人造巖心表面濾餅的質(zhì)量變化并計(jì)算沖洗效率，繪制曲線。
[0009]所述人造巖心直徑為40mm，長(zhǎng)度為60mm且表面附有鉆井液濾餅，所述人造巖心浸沒于漿杯內(nèi)的固井前置液中。
[0010]利用上述裝置對(duì)固井前置液沖洗效率進(jìn)行工程模擬量化評(píng)價(jià)的方法，依次包括以下步驟:
[0011](I)選取一個(gè)直徑為40mm，長(zhǎng)度為60mm的人造巖心，并稱取其質(zhì)量G1;
[0012](2)將人造巖心浸沒在裝有鉆井液的高溫高壓失水儀中，用氮?dú)馄渴┘?.5MPa壓力，穩(wěn)壓20min后泄壓，取出表面附有濾餅的人造巖心，所述鉆井液為現(xiàn)場(chǎng)取樣鉆井液或?qū)嶒?yàn)室配制鉆井液；
[0013](3)稱取附有濾餅的人造巖心質(zhì)量G2,減去未附有濾餅的人造巖心質(zhì)量G1，得到人造巖心表面鉆井液濾餅的質(zhì)量G3;
[0014](4)將附有濾餅的人造巖心固定在巖心夾持器上，旋緊緊固螺釘；
[0015](5)將附有濾餅的人造巖心浸入盛裝固井前置液的漿杯中，利用電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器通過調(diào)節(jié)變速電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使人造巖心在前置液中的轉(zhuǎn)速至所需轉(zhuǎn)速，人造巖心所需轉(zhuǎn)速R根據(jù)下式計(jì)算:
[0016]R = VX60/JT XDXKT3
[0017]式中:V為固井時(shí)前置液在環(huán)空的返速，m/s,
[0018]D為巖心直徑，40mm ；
[0019](6)通過質(zhì)量傳感器，計(jì)算機(jī)采集終端實(shí)時(shí)采集記錄人造巖心上附著的濾餅在t時(shí)刻的質(zhì)量Gt，計(jì)算濾餅質(zhì)量隨時(shí)間變化的損失率即沖洗效率n t并繪制曲線，濾餅在任意時(shí)刻的沖洗效率n t通過下式計(jì)算:
[0020]nt= GtZ(G2-G1) X 100% ；
[0021](7)根據(jù)計(jì)算機(jī)采集終端所得的沖洗效率，優(yōu)選前置液體系，評(píng)價(jià)和改進(jìn)前置液的沖洗性能、沖洗時(shí)間和排量等工藝參數(shù)。
[0022]所述人造巖心所需轉(zhuǎn)速，是根據(jù)固井時(shí)前置液在環(huán)空的返速，利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，求出使得人造巖心旋轉(zhuǎn)時(shí)線速度等于固井時(shí)前置液在環(huán)空返速所需的電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0024](I)本發(fā)明利用表面壓制有濾餅的巖心能夠更好地模擬井壁表面存在濾餅的實(shí)際工況。
[0025](2)本發(fā)明通過控制巖心在前置液中轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度來模擬固井時(shí)前置液的環(huán)空返速，與現(xiàn)場(chǎng)主要作業(yè)參數(shù)的排量結(jié)合緊密，原理科學(xué)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果有利于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。
[0026](3)本發(fā)明利用質(zhì)量傳感器實(shí)時(shí)精確記錄巖心上濾餅的質(zhì)量損失量并計(jì)算沖洗效率，有利于對(duì)沖洗過程的分析和數(shù)據(jù)處理，減少實(shí)驗(yàn)工作量，避免傳統(tǒng)稱量方法中的操作誤差。
[0027](4)本發(fā)明更接近工程實(shí)際，過程可見、操作簡(jiǎn)單、對(duì)比性強(qiáng)，不僅可以評(píng)價(jià)前置液的沖洗效率，還可根據(jù)沖洗效率優(yōu)選前置液，優(yōu)化前置液沖洗時(shí)間、排量。
【附圖說明】
[0028]圖1是一種固井前置液沖洗效率工程模擬量化評(píng)價(jià)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2是本發(fā)明提供的實(shí)施例前置液沖洗效率測(cè)試結(jié)果示意圖。
[0030]圖3是本發(fā)明提供的實(shí)施例前置液沖洗時(shí)間優(yōu)化的測(cè)試結(jié)果示意圖。
[0031]圖4是本發(fā)明提供的實(shí)施例前置液返速優(yōu)化的測(cè)試結(jié)果示意圖。
[0032]圖5是本發(fā)明提供的實(shí)施例前置液優(yōu)選的測(cè)試結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0034]參見圖1。
[0035]一種固井前置液沖洗效率工程模擬量化評(píng)價(jià)裝置，主要由支架1、承托盤2、人造巖心7、巖心夾持器6、變速電機(jī)5、質(zhì)量傳感器4、計(jì)算機(jī)采集終端10組成，所述支架I上有高度調(diào)節(jié)夾具3，所述承托盤2上放置盛裝固井前置液的漿杯8，所述高度調(diào)節(jié)夾具3依次連接質(zhì)量傳感器4、變速電機(jī)5和巖心夾持器6，所述巖心夾持器6通過緊固螺釘固定人造巖心7，所述變速電機(jī)5連有電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器9，所述質(zhì)量傳感器4與計(jì)算機(jī)采集終端10相連，所述人造巖心7直徑為40mm，長(zhǎng)度為60mm且表面附有鉆井液濾餅，所述人造巖心7浸沒于漿杯8的固井前置液中。
[0036]下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明提供的固井前置液沖洗效率工程模擬量化評(píng)價(jià)方法進(jìn)行說明，依次按照以下步驟:
[0037](I)選取一個(gè)直徑為40臟，長(zhǎng)度為60mm的人造巖心7，并稱取其質(zhì)量G1;
[0038](2)將人造巖心7浸沒在裝有鉆井液的高溫高壓失水儀中，用氮?dú)馄渴┘?.5MPa壓力，穩(wěn)壓20min后泄