[发明专利]一种泡沫水泥浆配制装置及其应用

说明书

技术领域

本发明属于油田低密度固井技术领域，涉及一种在带压密闭的条件下对泡沫水泥浆进行循环配制和取样的泡沫水泥浆配制装置及其应用。

背景技术

泡沫水泥是指在常规水泥浆中混入一定量的泡沫，形成固、液、气三相且具有高度分散性的多相体系。泡沫水泥固井主要是降低水泥浆密度，从而降低环空水泥浆段的液柱压力，以解决低压易漏油层的固井漏失问题，并起到保护油层的作用。泡沫水泥浆虽然在50多年前就己被用于建筑行业，但是在国内，对使用泡沫水泥进行固井施工的研究始于1985年，随后其相继在各个油田得以研究和发展，此外随着发泡和稳泡技术的发展，以及固井设备性能的提高，使得泡沫低密度水泥固井技术得到迅速发展，先后形成了物理发泡机械混合和化学反应发泡两种施工技术。

化学发泡产生的泡沫水泥浆在油田中主要是用在表层套管固井中起填充的作用。由于化学发泡的水泥浆中含有强氧化剂，对泡沫水泥石的整体性能会产生破坏，且化学发泡的化学剂中亚硝酸盐和氨具有腐蚀性和毒性，亚硝酸盐和氧化剂与水泥浆外加剂相互之间的作用关系复杂，对于在油层和其他复杂地层的使用局限较多，所以没有推广。与化学反应生成氮气相比，采用物理发泡机械混合技术，例如机械充氮所获得的泡沫水泥的强度明显要高。随着泡沫固井技术的发展，国内尽管泡沫固井技术已在现场展开，但是对于物理发泡的研究刚刚起步，且研究内容主要集中在泡沫水泥浆配制方法、施工方法、工艺流程以及相关固井理论等方面，在研究和应用的广度和深度上尚存在不足。

例如，中国专利CN102632552A公开了一种泡沫水泥浆的生产方法和装置，该方法通过水泥浆搅拌主机搅拌输出水泥浆，通过将实时测量的水泥浆流量与预设值进行对比来控制水泥浆流量，通过实时测量水泥浆比重和气泡群密度获得泡沫水泥浆容重，并将其与预设值进行对比来控制泡沫水泥浆容重。该方法比较复杂，对人员的操作水平要求比较高。

再例如，中国专利CN200920137636.5公开了一种充气泡沫水泥浆机械式配气发泡机组，该机组可以根据石油固井作业的不同需要，通过机械式连续配气发泡配制出不同密度的充气泡沫水泥浆，该机组偏重于物理机械发泡，对泡沫水泥浆并不具有取样和养护的功能。

显然，现有泡沫水泥浆技术均存在这样或那样的问题，而新开发泡沫水泥浆技术也不尽如人意，因此，要进一步加强物理发泡技术在油田低密度固井技术领域的应用，需要加强实验室模拟技术的研究。

目前，实验室内对泡沫水泥浆的研究还仅限于从理论上对泡沫水泥浆的性能影响规律进行研究，例如，室内模拟水泥车泵后充氮发泡，是将发泡液加入水泥浆中，通过常规的泡沫水泥浆混合装置，如常规固井水泥浆搅拌浆杯，通过改造成密闭搅拌浆杯。将水泥和发泡液在搅拌浆杯里充氮搅拌生成泡沫水泥浆，搅拌结束后，必须泄压后在常压下测定泡沫水泥浆密度和制取后续水泥石抗压强度和渗透率实验所需的模块，整个过程不能在带压的情况下进行，没有完全模拟现场固井施工过程。

现场泡沫固井注水泥施工过程中，由于井下条件比较复杂，泡沫水泥浆的流动都存在一定压力，而且泡沫水泥浆的体积和密度变化都受压力的影响，因此，上述常压条件下的泡沫水泥浆的室内研究检测不能准确评价实际应用过程中泡沫水泥浆的性能，这严重阻碍了泡沫水泥浆的物理发泡的实验室研究，进而进一步影响到物理发泡技术在油田低密度固井技术领域的应用。

因此，目前存在的问题是需要研究开发一种可以在实验室里模拟井下条件进行泡沫水泥浆配制和取样的装置，以及应用该装置配制泡沫水泥浆的方法，用来对泡沫水泥浆的密度和强度变化规律进行准确的评价，对现场推广泡沫水泥浆的应用具有指导性的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种泡沫水泥浆配制装置，该装置在密闭带压的条件下将水泥浆和发泡液通过充氮的方式循环混合均匀，并通过调节充氮量和循环时间调节泡沫水泥浆的密度，同时平行的取样系统可以用于测量带压的条件下的泡沫水泥石相关性能参数，从而对泡沫水泥石的强度和渗透率变化规律进行评价。

本发明还提供了一种上述泡沫水泥浆配制装置在泡沫水泥浆固井模拟试验中的应用，该应用是模拟井下条件在密闭带压的条件下进行泡沫水泥浆循环配浆及取样，进而对泡沫水泥浆的密度和泡沫水泥石的强度变化规律进行评价，从而对现场推广泡沫水泥浆的应用提供指导。

本发明还提供了一种上述泡沫水泥浆配制装置在配制泡沫水泥浆中的应用，该应用是在密闭带压的条件下进行泡沫水泥浆循环配制及取样检测，由此配制出油田固井施工所需密度的泡沫水泥浆，所获得的泡沫水泥浆性能可以很好的满足固井质量要求。