[发明专利]一种固井水泥混合体系的堆积率及空隙率测定方法

说明书

技术领域

本申请涉及固井工程技术领域，尤其是涉及一种固井水泥混合体系的堆积率及空隙率测定方法。

背景技术

固井水泥堆积率是固井水泥混合体系中固体颗粒实际体积与表观体积的比值，而固井水泥空隙率是固井水泥混合体系中固体颗粒之间的空隙体积与表观体积的比值，二者的和等于1。研究表明，固井水泥的堆积率及空隙率对水泥浆体系的性能具有重大影响，并最终会影响到油气井的固井质量和环空的长期密封完整性。因此，测定固井水泥的堆积率及空隙率具有重要意义。

对于固井水泥的堆积率及空隙率的测定，目前主要采用干堆积法和最小需水量法进行测定。干堆积法是通过测定一定容器下某种堆积状态下的堆积率，测定结果受堆积状态影响较大，而且固井水泥混合体系中颗粒非常小，颗粒之间的静电引力和范德华力对堆积率结果也有较大影响；最小需水量法是通过测定水泥从粉末颗粒状态转变成浆体状态瞬间的需水量，认为此时需水量恰好能填充颗粒之间的空隙，从而测定出空隙率，结果受主观因素影响较大。由此可见，以上两种方法均存在测定结果不准确的问题。因此，如何提高固井水泥的堆积率及空隙率测定的准确率是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种固井水泥混合体系的堆积率及空隙率测定方法，以提高固井水泥的堆积率及空隙率测定的准确率。

为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种固井水泥混合体系的堆积率及空隙率测定方法，其包括：

从水固体积比集合中选出一个水固体积比；

在所述水固体积比下，将指定量的水加入搅拌器；

根据预设固井需求混配水泥及矿粉，获得水泥混合体系；

分批次将所述固井水泥混合体系加入所述搅拌器并搅拌均匀，获得浆体；

根据所述浆体的体积和重量确定所述水固体积比下水泥混合体系的固相体积含量；

重复以上步骤，获取所述水固体积比集合中各水固体积比下水泥混合体系的固相体积含量；

确定固相体积含量为最大值时的最优水固体积比，并将所述最优水固体积比对应的固相体积含量确认为所述水泥混合体系的堆积率；

根据所述水泥混合体系的堆积率，获取所述水泥混合体系的空隙率。

本申请实施例的固井水泥混合体系的堆积率及空隙率测定方法，根据以下公式确定所述水固体积比下水泥混合体系的固相体积含量：

其中，V_s为浆体中的固相体积，M为浆体的质量，V为浆体的体积，u_w为水固体积比，ρ_w、ρ_c和ρ_n分别为水、水泥和第n种矿粉的密度，R_c和R_n分别为水泥和第n种矿粉的体积分数，为固相体积含量。

本申请实施例的固井水泥混合体系的堆积率及空隙率测定方法，根据以下公式获取所述水泥混合体系的空隙率：

其中，φ为水泥混合体系的空隙率，γ为水泥混合体系的堆积率，V_s为浆体中的固相体积，M为浆体的质量，V为浆体的体积，u_wb为固相体积含量为最大值时所对应的最优水固体积比，ρ_w、ρ_c和ρ_n分别为水、水泥和第n种矿粉的密度，R_c和R_n分别为水泥和第n种矿粉的体积分数。

本申请实施例的固井水泥混合体系的堆积率及空隙率测定方法，所述矿粉包括预设掺量及品种的矿粉。

本申请实施例的固井水泥混合体系的堆积率及空隙率测定方法，所述分批次将所述固井水泥混合体系加入所述搅拌器并搅拌均匀，获得浆体，包括:

将所述固井水泥混合体系的第一部分加入所述搅拌器，并在设定第一转速和第一搅拌时间下进行搅拌；

将所述固井水泥混合体系的剩余部分成若干等份，并分批次加入至所述搅拌器内，其中，每次加入后在设定第二转速和第二搅拌时间下进行搅拌。

本申请实施例的固井水泥混合体系的堆积率及空隙率测定方法，所述第一搅拌时间包括一分钟。

本申请实施例的固井水泥混合体系的堆积率及空隙率测定方法，所述第二搅拌时间包括一分钟。

本申请实施例的固井水泥混合体系的堆积率及空隙率测定方法，所述固井水泥混合体系的第一部分包括所述固井水泥混合体系的一半。