固井水泥漿氣竄模擬評(píng)價(jià)儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了固井水泥漿氣竄模擬評(píng)價(jià)儀，主要由釜體、濾液存儲(chǔ)罐、注入壓力傳感器、流量計(jì)、注入氮?dú)庠?、背壓傳感器、自?dòng)泄壓裝置、背壓氮?dú)庠础鷫核?、圍壓氮?dú)庠?、?jì)算機(jī)組成，水泥漿置于釜體內(nèi)，水泥漿頂部的活塞和釜體底蓋均裝有濾網(wǎng)，釜體下部有孔隙壓力傳感器，釜體中部有內(nèi)電偶和外電偶，釜體底蓋連接濾液存儲(chǔ)罐和安全閥；釜體頂部連接圍壓水罐和圍壓氮?dú)庠?，釜體底部連接流量計(jì)、注入氮?dú)庠春妥⑷雺毫鞲衅?；活塞頂部連接背壓傳感器、自動(dòng)泄壓裝置和背壓氮?dú)庠?；孔隙壓力傳感器、?nèi)電偶、外電偶、流量計(jì)、注入壓力傳感器、背壓傳感器、自動(dòng)泄壓裝置均和計(jì)算機(jī)相連。本發(fā)明將失水與氣竄融為一個(gè)整體，比較準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)水泥漿的防氣竄能力。
【專利說(shuō)明】固井水泥漿氣竄模擬評(píng)價(jià)儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油氣井固井過(guò)程中的水泥漿氣竄模擬評(píng)價(jià)儀，可用于評(píng)價(jià)固井水泥漿的防氣竄能力。
【背景技術(shù)】
[0002]固井環(huán)空氣竄問(wèn)題是影響氣井固井質(zhì)量的首要因素之一，幾乎所有天然氣井固井都存在潛在氣竄危險(xiǎn)，其中以墨西哥灣、塔里木等地氣竄現(xiàn)象最為嚴(yán)重。氣竄問(wèn)題對(duì)氣井危害嚴(yán)重，氣體在井下高低壓層間竄流會(huì)造成油氣資源損失，而竄至井口輕則使井口帶一定壓力，嚴(yán)重時(shí)井口冒油冒氣甚至發(fā)生不可控井噴，甚至導(dǎo)致一 口井的報(bào)廢。研究發(fā)現(xiàn)，氣竄的主要通道有水泥漿本體、套管/水泥環(huán)膠結(jié)一界面和水泥環(huán)/地層膠結(jié)二界面三種途徑，而固井早期氣竄機(jī)理主要是通過(guò)水泥漿本體的竄流，因此水泥漿體系的本體抗竄能力是氣井早期防氣竄的首要基本問(wèn)題。目前針對(duì)水泥漿防竄能力評(píng)價(jià)的方法眾多，但是缺乏實(shí)際驗(yàn)竄評(píng)價(jià)手段與儀器。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外水泥漿氣竄儀主要有Chandler7150FMA型氣竄儀和0WC-0809型氣竄分析儀。該兩型儀器均將氣竄過(guò)程人為拆分為失水階段和氣竄階段，而井下實(shí)際情況為:水泥漿在井底壓差下邊失水，邊凝固，從前期失水到后期氣竄為一個(gè)整體的過(guò)程，因此將氣竄實(shí)驗(yàn)人為拆分為失水、氣竄兩階段是不科學(xué)的。另一方面，目前兩型儀器對(duì)上部漿柱壓力下降的模擬采用手動(dòng)泄壓的方式，而手動(dòng)泄壓難以將時(shí)間與壓差一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系卡準(zhǔn)，由人為主觀因素引起的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差太大，實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果不準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)不具重復(fù)性。再者，目前已有氣竄儀對(duì)于水泥漿兩端的模擬壓力的選取是任意的，僅模擬了井下實(shí)際壓差，未考慮水泥漿兩端絕對(duì)壓力大小對(duì)氣竄流量的影響，缺乏理論依據(jù)?？紤]到氣體滲流流量與水泥漿兩端壓力的平方差以及入口端壓力的絕對(duì)大小有關(guān)，因此僅在模擬壓差的前提下任意選取模擬氣層壓力、上部漿柱壓力所得到的氣竄流量?jī)H為水泥漿入口端的流量，由于氣體的可壓縮性和滑脫效應(yīng)的存在，因此該流量并非井下實(shí)際氣竄流量。就0WC-0809型氣竄分析儀而言，孔隙壓力測(cè)量采用畢托管原理，為防止水泥漿堵塞管線，需在接頭處塞一小團(tuán)棉花，起濾網(wǎng)作用，但該方法對(duì)于API濾失小于50ml的漿體則失效，無(wú)法采集孔隙壓力的數(shù)據(jù)。因此，現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法滿足水泥漿防氣竄能力評(píng)價(jià)、提高固井質(zhì)量的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供固井水泥漿氣竄模擬評(píng)價(jià)儀，該評(píng)價(jià)儀將失水與氣竄階段融為一個(gè)整體，在實(shí)際工況下模擬氣竄，比較準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)水泥漿的防氣竄能力，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
[0005]為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。
[0006]固井水泥漿氣竄模擬評(píng)價(jià)儀，主要由釜體、濾液存儲(chǔ)罐、注入壓力傳感器、流量計(jì)、注入氮?dú)庠?、背壓傳感器、自?dòng)泄壓裝置、背壓氮?dú)庠?、采樣錐形瓶、圍壓水罐、圍壓氮?dú)庠?、?jì)算機(jī)組成。[0007]水泥漿置于釜體內(nèi)，水泥漿頂部的活塞和釜體底蓋均裝有濾網(wǎng)，釜體下部有孔隙壓力傳感器，釜體中部有內(nèi)電偶和外電偶，釜體底蓋連接濾液存儲(chǔ)罐和安全閥。
[0008]釜體頂部連接圍壓水罐，帶有觀察窗的圍壓水罐連接水源和圍壓氮?dú)庠矗桓w底部連接流量計(jì)、注入氮?dú)庠春妥⑷雺毫鞲衅鳌?br> [0009]所述活塞頂部連接背壓傳感器、自動(dòng)泄壓裝置和背壓氮?dú)庠础?br> [0010]所述釜體內(nèi)的孔隙壓力傳感器、內(nèi)電偶、外電偶、流量計(jì)、注入壓力傳感器、背壓傳感器、自動(dòng)泄壓裝置均和計(jì)算機(jī)相連。
[0011]本發(fā)明具體實(shí)施步驟如下:通過(guò)模擬井下實(shí)際溫度、壓差工況等條件，由計(jì)算機(jī)采集溫度、壓力和竄流流量等參數(shù)并作圖；計(jì)算機(jī)所采集到的竄流流量按照流量修正模型修正后得井下實(shí)際壓力、溫度下的氣竄流量；最終通過(guò)觀察測(cè)竄流量曲線判斷是否發(fā)生氣竄，評(píng)價(jià)水泥漿的防氣竄能力。
[0012]本發(fā)明采用流量修正模型修正氣竄流量，依據(jù)達(dá)西滲流定律(何更生，油層物理[M]，北京:石油工程出版社，2011)，來(lái)推導(dǎo)實(shí)際井下壓力、溫度下的氣竄流量修正公式，具體推導(dǎo)過(guò)程如下:
[0013](I)氣體滲流達(dá)西公式[0014]
【權(quán)利要求】
1.固井水泥漿氣竄模擬評(píng)價(jià)儀，主要由釜體(I)、濾液存儲(chǔ)罐(9)、注入壓力傳感器(11)、流量計(jì)(19)、注入氮?dú)庠?20)、背壓傳感器(12)、自動(dòng)泄壓裝置(15)、背壓氮?dú)庠?16),采樣錐形瓶(17)、圍壓水罐(23)、圍壓氮?dú)庠?24)、計(jì)算機(jī)(13)組成，其特征在于，水泥漿(2)置于釜體(I)內(nèi)，水泥漿頂部的活塞(5)和釜體底蓋(3)均裝有濾網(wǎng)(4)，釜體下部有孔隙壓力傳感器(6)，釜體中部有內(nèi)電偶(7)和外電偶(8)，釜體底蓋連接濾液存儲(chǔ)罐(9)和安全閥(10);釜體頂部連接圍壓水罐(23)，圍壓水罐(23)通過(guò)單向閥(21)連接水源(22)，通過(guò)選擇閥(25)連接圍壓氮?dú)庠?24)和觀察窗(26)，釜體底部連接流量計(jì)(19)、注入氮?dú)庠?20)和注入壓力傳感器(11 )，釜體頂部和釜體底部均通過(guò)壓力排放閥(18)連接氣液排放口(27);活塞頂部順序連接背壓傳感器(12)、氣控背壓閥(14)、自動(dòng)泄壓裝置(15)和背壓氮?dú)庠?16)，氣控背壓閥(14)連有采樣錐形瓶(17);所述孔隙壓力傳感器(6)、內(nèi)電偶(7)、外電偶(8)、流量計(jì)(19)、注入壓力傳感器(11)、背壓傳感器(12)、自動(dòng)泄壓裝置(15)均和計(jì)算機(jī)(13)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的氣竄模擬評(píng)價(jià)儀，其特征在于，所述孔隙壓力傳感器(6)采用膜片式壓力傳感器。
【文檔編號(hào)】G01N33/38GK103513019SQ201310432978
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】李早元, 李進(jìn), 郭小陽(yáng), 程小偉, 李明, 劉健, 辜濤, 馮仁鵬, 胡光輝, 鄧智中 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)