[实用新型]一种模拟固井“U”型管效应实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及固井技术领域，更具体地涉及一种模拟固井“U”型管效应实验装置。

背景技术

在常规钻井中，根据注入和产出流体体积不变原则，可以准确判断钻井过程中是否出现了井漏和溢流现象。然而在固井过程中，由于注入流体种数繁多，从而导致注液体积数据来源于多个方面，并且由于流体性能差异，包括密度、组成成分等的不同，导致流态、液柱压力以及摩阻压耗不尽相同，随着高密度流体的注入，管内液柱压力持续增大，当管内动液柱压力大于环空动液柱压力，开始出现“U”形管效应，使得注入流体在井筒内自由滑动，返出排量不等于注入排量。当出现“U”形管效应后，运用传统的注入和产出流体体积不变原则，无法准确判断是否出现了井漏和溢流现象，为了提高固井施工安全和固井质量，我们必须及时发现固井过程中的井漏和溢流现象。因此，有必要发明一种模拟固井“U”型管效应实验装置，有利于进一步开展对固井“U”型管效应现象的研究。

发明内容

本实用新型目的是为更进一步研究固井“U”型管效应现象，提供一种模拟固井“U”型管效应实验装置，其创新结构特点在于：①内管入口和流体回收池出口分别装有注入流量计和返出流量计，注入流量计和返出流量计分别监测注入流量和返出流量，通过对比注入流量和返出流量判断“U”型管效应出现和结束时间，同时可以判断“U”型管效应的程度；②内管和外管分别模拟套管和井壁，其材质均为透明钢化玻璃，可以观察到内管和外管之间环空中不同流体间界面所处位置；③内管和外管分别模拟套管和井壁，承受压力极限为10MPa。

本实用新型所采用的技术方案是：

本实用新型一种模拟固井“U”型管效应实验装置，主要由注入流体储罐、泵、泵入压力表、注入流量计、内管入口压力表、内管接头、内管、悬挂环、外管、外管接头、返出流量计、流体回收池组成。注入流体储罐与泵右端相连接，泵上装有泵入压力表；泵左端出口处装有注入流量计，泵与内管接头上端相连接，内管接头上端处装有内管入口压力表；内管通过内管接头和悬挂环固定于外管内部中心；外管通过外管接头与流体回收池连接，外管接头上端装有返出流量计。首先将需要的流体加入注入流体储罐中，通常包括钻井液、冲洗液、前置液、隔离液水泥浆、后置液以及顶替液等流体，当打开泵后，注入流体储罐中的流体通过泵泵入到内管中，由于流体的性能差异，包括密度、组成成分等的不同，注替过程分为四个阶段：第一个阶，由于注入前置液和水泥浆密度往往大于钻井液密度，从而导致管内外产生压差，但压差不足以克服流体摩阻，此时管内未产生真空段，管内动压力小于环空动压力，注入过程需要施加泵压，注入排量等于管内实际流量；第二个阶段，管内开始产生真空阶段，此时管内动压力大于环空动压力，管内外压差大于流体摩阻，管内入口压力为零，管内真空段长度逐渐增加，泵入排量不等于管内实际流量；第三个阶段，水泥浆开始替入环空，管内真空段长度开始减小，直到消失，整个过程中管内入口压力始终为零，管内实际流量仍然不等于实际泵入排量；第四个阶段,当真空段消失以后，此过程中管内动压力又将小于环空动压力，需要施加泵压才能将水泥浆替入环空，注入过程恢复正常，注入排量又等于管内实际流量。

附图说明

图1是本实用新型一种模拟固井“U”型管效应实验装置的动态模拟示意图。

图中：1.注入流体储罐，2.泵，3.泵入压力表，4.注入流量计，5.内管入口压力表，6.内管接头，7.内管，8.悬挂环，9.外管，10.外管接头，11.返出流量计，12流体回收池。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，本实用新型一种模拟固井“U”型管效应实验装置，主要由注入流体储罐1、泵 2、泵入压力表3、注入流量计4、内管入口压力表5、内管接头6、内管7、悬挂环8、外管 9、外管接头10、返出流量计11、流体回收池12组成。所述注入流体储罐1用于提供注入流体，泵2负责将流体储罐1的流体泵入管内，泵入压力表3和注入流量计4分别监测泵压和注入流量，内管入口压力表5监测内管入口压力，内管接头6将泵2和内管7连接，内管接头6和悬挂环8将内管7固定于外管9内部，内管7和外管9分别模拟套管和井壁，外管接头10将外管9和流体回收池12连接，返出流量计11监测环空返出流量。

如图1所示，泵2将注入流体储罐1中的流体泵入到内管7，流体通过内管7流入到内管7 和外管9所形成的环空中，泵入压力表3和注入流量计4分别监测泵压和注入流量，内管入口压力表5监测内管入口压力，环空流体经外管接头10流入流体回收池12，返出流量计11 监测环空返出流量，当返出流量计11的值大于注入流量计4的值表明开始出现“U”型管效应，当返出流量计11的值重新等于注入流量计4的值表明“U”型管效应消失。