一種固井沖洗效率評價裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油氣井固井領(lǐng)域，特別涉及一種固井沖洗效率評價裝置及評價方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 固井沖洗液通常是在水中加入表面活性劑等或用鉆井液稀釋混配而成。可與隔離 液同時使用，但位于隔離液之前。沖洗液的主要目的是清洗井壁及套管壁粘附的鉆井液和 濾餅，提高固井界面膠結(jié)強度。在井眼鉆進時，鉆井液易井壁上形成薄而韌且致密的濾餅， 有效控制鉆井液濾失量，減少鉆井工程復(fù)雜事故。然而在固井時，井壁及套管壁殘留的鉆井 液及濾餅會阻止水泥漿與井壁直接接觸，并且在水泥漿水化時進一步發(fā)生脫水、干枯或粉 化現(xiàn)象，易在井眼環(huán)空界面處形成微環(huán)隙，從而降低界面第二界面膠結(jié)強度，嚴(yán)重影響固井 質(zhì)量，甚至引起油氣水竄流。固井二界面問題一直是長期困擾固井工程一個難題，其嚴(yán)重制 約了石油與天然氣勘探開發(fā)。因此有效提高對鉆井液和濾餅的沖洗效率，為水泥漿膠結(jié)提 供一個清潔有利的環(huán)境，是改善界面膠結(jié)強度，保證固井質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。沖洗液對井壁及 套管壁粘附的鉆井液和濾餅的清洗效率將直接關(guān)系到固井的成功與否和固井質(zhì)量高低，最 終關(guān)系到油氣井使用年限和生產(chǎn)效益，對油氣井后期能否順利地進行系列增產(chǎn)措施也有極 其重大的影響。
[0003] 現(xiàn)階段所采用的沖洗效率評價方法主要有5種，分別為錐形瓶法、鉆肩柱法、大型 模擬井筒法、旋轉(zhuǎn)粘度計法、室內(nèi)模擬井筒評價裝置等。
[0004] 錐形瓶法：錐形瓶法使用較早，相對比較簡單，但也比較簡陋。具體操作步驟是： 把10mL鉆井液放入錐形瓶，然后加入一定量的沖洗液，蓋上瓶塞，搖動30秒，從瓶中倒出混 合物，觀察沖洗情況。這種方法使用非常簡便，但有明顯缺點，受各種因素影響其測量結(jié)果 不準(zhǔn)確，結(jié)果很大程度上受搖晃力量大小控制，而搖晃力量大小又無法保證統(tǒng)一，可重復(fù)性 差，只能對沖洗情況進行簡單的觀察，現(xiàn)場指導(dǎo)性較差，現(xiàn)使用較少。
[0005] 鉆肩柱法：稱取500g鉆肩，用鉆井液浸泡，使鉆肩上粘附一定厚度鉆井液，然后裝 在玻璃筒中，讓沖洗液以一定速度流過鉆肩，對其進行沖洗，稱量沖洗掉的質(zhì)量，計算沖洗 效率。相對于錐形瓶法，這種方法有了很大的進步，可以對沖洗效率進行簡單的計算，但仍 不準(zhǔn)確，整個實驗過程不夠完善且操作復(fù)雜。
[0006] 大型模擬井筒法：通過建立大型的模擬井筒裝置來模擬井下沖洗頂替過程，但這 種方法不能對實際沖洗效果直觀的觀察評價，且實驗、設(shè)備的規(guī)模較大，各方面要求較高， 不適合進行室內(nèi)性能評價。
[0007] 旋轉(zhuǎn)粘度計法：該方法是在旋轉(zhuǎn)粘度計外筒粘有一定厚度的鉆井液，杯中裝有一 定量沖洗液，設(shè)定轉(zhuǎn)速，一般為200r/min，旋轉(zhuǎn)沖洗一定時間，觀察沖洗效果。該方法可以對 沖洗效果進行直觀觀察，但不能定量表征沖洗效率，且沖洗過程與實際工況也存在著較大 的差距。因此，現(xiàn)場指導(dǎo)意義并不很大。中國實用新型專利"固井沖洗液沖洗效率定量模擬 評價裝置"（CN203161216U)，改進了粘度計法，但裝置的實驗環(huán)境只能是常溫常壓，同時裝 置不能對鉆井液濾餅進行沖洗效果評價。
[0008] 室內(nèi)模擬井筒評價裝置：采用人工砂巖來模擬井壁，沖洗效率評價實驗在動態(tài)模 擬井筒中進行，井筒內(nèi)有模擬套管和模擬井壁。首先采用鉆井液充滿井筒并加壓，鉆井液向 井壁失水形成濾餅。然后用沖洗液頂替沖洗鉆井液，達到一定的接觸時間即停止頂替，采用 稱重法計算沖洗效率，對現(xiàn)場具有一定的指導(dǎo)意義。如文章"高溫高壓泥餅?zāi)z結(jié)模擬評價 系統(tǒng)的研制與應(yīng)用"（《石油儀器》2008年第22卷第1期第37-40頁）開發(fā)了一種高溫高 壓泥餅?zāi)z結(jié)模擬評價系統(tǒng)，可以對各種條件下造壁形成的泥餅質(zhì)量、影響固井水泥漿膠結(jié) 質(zhì)量的因素進行較細(xì)致的研宄；文章"一種固井前置沖洗液沖洗效率的評價方法"（《鉆井 液與完井液》2009年第26卷第6期第47-48頁）采用砂巖來模擬井壁、模擬井筒的沖洗過 程，評價沖洗液的沖洗效率；文章"DCX固井模擬沖洗效率評價裝置的研制"（《石油鉆探技 術(shù)》2013年第41卷第3期第127-129頁）開發(fā)了一種DXC固井模擬沖洗效率評價裝置；中 國實用新型專利"一種固井液沖洗效率評價裝置"（授權(quán)公告號：CN203515574U)發(fā)明了一 種小型模擬井筒裝置來模擬評價沖洗效率。但目前的模擬井筒評價裝置及沖洗效率評價方 法都存在著以下不足：裝置設(shè)計復(fù)雜，操作相對繁瑣，并且功能比較單一；由于采用人造巖 心，使工作量較大，可重復(fù)性受到局限，同時，該裝置的設(shè)計也不利于形成均勻壓實的濾餅； 裝置并不能完全模擬真實的濾餅形成與沖洗頂替過程，評價方法不具廣泛適用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于，改善現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種固井沖洗效率評價裝 置，該裝置具有操作簡單，對比性強，適用范圍廣的特點。
[0010] 本發(fā)明的另一目的在于，提供利用上述裝置對固井沖洗液進行評價的方法，原理 可靠，操作簡單。根據(jù)沖洗效率評價可優(yōu)選沖洗液體系，根據(jù)沖洗時間的測定可設(shè)計沖洗液 用量，前景廣闊。
[0011] 為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明所提供以下技術(shù)方案。
[0012] 本發(fā)明根據(jù)實際井筒與模擬井筒雷諾數(shù)相等原理，用濾紙及不銹鋼篩網(wǎng)或石英砂 模擬地層，形成濾餅，同時結(jié)合固井井身結(jié)構(gòu)和環(huán)空返速，對固井沖洗液的評價更加可靠。
[0013] -種固井沖洗效率評價裝置，包括模擬井筒，動力泵，電磁流量計和加熱水箱，所 述模擬井筒的進液口通過活接頭連接有模擬井筒進液閥，所述模擬井筒的出液口通過活接 頭連接有模擬井筒出液閥；所述加熱水箱的進口安裝有加熱水箱進液閥，所述加熱水箱出 口安裝有加熱水箱出液閥，所述水箱底部設(shè)有水箱排空閥；所述加熱水箱出液閥通過管道 與所述動力泵、所述電磁流量計及所述模擬井筒進液閥依次串聯(lián)，所述模擬井筒出液閥與 所述水箱進液閥相連接。
[0014] 所述模擬井筒包括模擬井筒外壁、內(nèi)筒和外筒，所述外筒穿出上方蓋端中央，作為 出液口，所述出液口通過軸承與出液閥相接，外筒安裝有傳動盤來與電機相連，使外筒旋 轉(zhuǎn)；所述內(nèi)筒通過螺紋固定于內(nèi)筒支架上，其內(nèi)部中