[发明专利]评价固井水泥浆顶替效率的试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种评价固井水泥浆顶替效率的试验装置，包括设置在实验平台上的台架系统、配浆循环顶替系统以及设置在台架系统上的井筒系统，其特征在于：所述的台架系统包括电子秤和设置在电子秤上的支撑架，所述的井筒系统包括固定在支撑架上的井筒和设置在井筒内部的套管，所述套管的底端与井筒的内底面间隙配合形成通道，所述井筒的上端部设置流体返出管口，并通过与井眼封隔器的配合将伸出井筒的套管与井筒封闭连接，所述套管的上端部设置流体注入管口，所述的配浆循环顶替系统包括由配浆池、软管、快速接头和泵连接后组成的一套清水配浆循环顶替系统、一套水泥浆配浆循环顶替系统和一套钻井液配浆循环顶替系统，三套配浆循环顶替系统通过独立的快速接头轮流与井筒系统的流体返出管口和流体注入管口相连接；其中，所述的配浆池包括清水池、水泥浆池和钻井液池，所述的井筒和套管均为轻质PVC管，所述井筒的内壁表面凹凸不平，所述井筒的底面设置两个快速接头，其中一个快速接头与放流阀、软管连接后与钻井液池相通，另一个快速接头与放流阀、软管连接后通向带有刻度的容器。

2.根据权利要求1所述的一种评价固井水泥浆顶替效率试验装置的试验方法，其特征在于：所述的试验方法按以下步骤进行：

S1，搭建评价固井水泥浆顶替效率的试验装置；

S2，利用清水配浆循环顶替系统测量出井筒包括套管在内的总体积V₁，再计算出套管的体积V₂，进而得到井筒内的环空体积V＝V_1-V₂；

S3，配置水泥浆，利用水泥浆配浆循环顶替系统将水泥浆在井筒系统中循环，之后放空水泥浆测量出此时井筒系统的重量G₁，再将井筒系统清洗干净并晾干；

S4，配置钻井液，测量该钻井液的密度为ρ_m，利用钻井液配浆循环顶替系统将钻井液在井筒系统中循环，之后放空钻井液；

S5，将S3中的水泥浆通过水泥浆配浆循环顶替系统在井筒系统中循环顶替，之后放空水泥浆测量出此时井筒系统的重量G₂；

S6，最后计算固井水泥浆顶替效率：

式中的η表示固井水泥浆顶替效率，ρ_m表示钻井液的密度，G₂-G₁为环空残留的钻井液重量，V₁-V₂则表示环空总体积。

3.根据权利要求2所述的一种评价固井水泥浆顶替效率的试验方法，其特征在于：所述步骤S1中采用轻质PVC管制作井筒和套管，在制作井筒时先将PVC管内壁打磨起毛刺，然后采用喷射枪喷射砂浆在管内壁上，形成凹凸不平具有一定粗糙度的模拟井筒。

4.根据权利要求2所述的一种评价固井水泥浆顶替效率的试验方法，其特征在于：所述步骤S2中将清水在井筒系统中循环放空到一带刻度的容器中，通过读取该容器的刻度值来获得井筒包括套管在内的总体积V₁，套管的体积V₂通过下列公式得到：

式中的D_c为套管的外径，H_c为套管的高度。

5.根据权利要求2所述的一种评价固井水泥浆顶替效率的试验方法，其特征在于：所述步骤S3和S5中的井筒系统重量G₁和G₂是通过电子秤分别测量得到的。

6.根据权利要求2所述的一种评价固井水泥浆顶替效率的试验方法，其特征在于：所述清水配浆循环顶替系统、水泥浆配浆循环顶替系统及钻井液配浆循环顶替系统的循环排量均为10L/min。