[发明专利]一种泡沫水泥浆的配制方法和装置及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种泡沫水泥浆的配制方法和装置及其应用，具体涉及一种运用在现场固井施工的泡沫和水泥浆混合比例控制方法，属于油田低密度固井领域。

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，但是油井泡沫水泥浆还是在1975年由美国的Aldrich和Mitchell首次提出，1984年，Smith等人在加拿大东海岸的深水地区，使用泡沫水泥进行固井，成功实现了长封固、漏失地层的一次性固井作业。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。

现在泡沫水泥浆主要包括：物理发泡机械混合和化学反应发泡。物理机械发泡又分成将泡沫预先发好然后与水泥浆泵前混合和在水泥车泵后充氮发泡两者方式，化学发泡是将发泡剂和泡沫稳定剂分别混入灰样和配浆水中，在固井施工的过程中两者因化学反应产生气泡。化学发泡产生的泡沫粒径大而且分布不均匀，对于在油层和其他复杂地层的使用局限较多。对于物理发泡的研究，主要采用与水泥车配合使用的撬装式发泡装置，先通过搅拌高压冲击制取泡沫，然后将水泥浆与泡沫混合，形成泡沫水泥浆，并泵入井内。物理发泡形成的泡沫水泥浆密度均匀、水泥强度高、渗透率低的特点，具有很好的应用前景。

目前，物理发泡现场固井施工时存在着以下问题：(1)泡沫与水泥浆的比例无法控制；(2)注入井下的泡沫水泥浆密度无法按设计实现；(3)由于泡沫水泥浆密度无法控制在复杂井中使用时会带来风险，如井漏、油气水窜、井涌等。

发明内容

因此对泡沫水泥浆的现场应用研究最关键的因素是找到泡沫和水泥浆混合比例的控制方法，从而控制泡沫水泥浆的密度，达到设计要求。使泡沫固井技术真正实现为油气田开发服务，同时为泡沫固井技术的推广奠定基础。

本发明的目的是：发明一种泡沫水泥浆的配制方法，通过寻找现场应用的泡沫和水泥浆混合方法解决泡沫和水泥浆比例无法控制的问题，最终配制出符合设计密度的泡沫水泥浆。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

1)一种泡沫水泥浆的配制方法，包括：

i)提供泡沫水泥浆混合装置，包括

a.泡沫水泥浆设备，用于将水泥浆和泡沫混合得到泡沫水泥浆后直接注入油井以进行固井；

b.第一体积流量计，其设置于泡沫水泥浆设备的出口，用于测量所述泡沫水泥浆设备的出口的泡沫水泥浆的第一流量F₁；

c.水泥混浆设备，其通过第二体积流量计与所述泡沫水泥浆设备连接，为所述泡沫水泥浆设备提供水泥浆；所述第二体积流量计用于测量水泥浆进入泡沫水泥浆设备的第二流量F₂；

d.泡沫设备，其与泡沫水泥浆设备连接，为所述泡沫水泥浆设备提供泡沫；

ii)通过第一体积流量计测量所述泡沫水泥浆设备的出口的泡沫水泥浆的第一流量F₁；同时通过第二体积流量计测量水泥浆进入泡沫水泥浆设备的第二流量F₂；

iii)测量水泥浆的密度ρ₂，并固定第一流量F₁,根据公式I通过调节第二流量F₂来调节泡沫水泥浆的密度ρ₁使其达到目标值；

ρ₁＝ρ₂*F₂/F₁I

其中，在上述过程中保持泡沫池的压力恒定。