[发明专利]一种水平井固井顶替模拟试验系统

说明书

本发明提供一种水平井固井顶替模拟试验系统，系统包括：不规则井筒模拟装置、动力驱替装置模块、内管偏心调节模块、顶替效率测量模块；所述不规则井筒模拟装置包括由若干规则段和若干不规则段根据井下实际情况进行组合变换构成的测量段；所述规则段和不规则段由透明材质制成。本发明提供的水平井固井顶替模拟试验系统，由于设置有能够进行任意组合的规则段和不规则段来模拟水平井的实情情况，因此，本发明系统既可以试验水平井常规井眼的顶替效率影响因素，也可以试验不规则井眼的顶替效率影响因素。结合下游分流结构，既可监测局部规则井段，又可监测不规则段对下游顶替界面和顶替效率的影响。

技术领域

本发明涉及油田技术领域，尤其涉及一种水平井固井顶替模拟试验系统。

背景技术

目前，在国内外固井注水泥顶替施工过程模拟试验中所采用的试验装置和测量方法有：全尺寸顶替模拟试验装置和静置候凝切片法、胶结强度评价法；相似尺寸套管顶替试验装置和核辐射法；基于单相流的流速剖面分析的超声波测速法、激光测速法、绕流仪等，这类方法是通过测量环空单相流体的流速，用以间接推断两相流体的顶替情况；还有相似尺寸套管顶替试验装置和高速照相(示踪剂法)，温差传感分析法等，通过顶替液中投放示踪剂反映顶替界面的运移情况，以及根据顶替界面运移过程中液体的温度变化来反映顶替界面的情况。

目前，在国内外固井注水泥顶替施工过程模拟试验中所采用的试验装置和测量方法均存在一定的不足。全尺寸顶替模拟试验装置和静置候凝切片法、胶结强度评价法，装置制作和维护成本高，试验时耗费的人力、物力量大，且水泥浆候凝过程存在二次调整，切片结果不能反映实时顶替情况，不能分析连续顶替过程；相似尺寸套管顶替试验装置和核辐射法，存在核辐射对试验人员易造成危险，可靠性和实用性差的问题；使用超声波测速仪、绕流仪、激光测速仪等测量环空单相流体的流速，用以间接推断两相流体的顶替情况，这与实际两相顶替流动相差较大，单相流难以真实反映实际两相流动的情况，且超声波测速仪、绕流仪存在感应部分对流场的接触干扰，激光测速存在粒子的跟随性问题；相似模拟和高速照相(示踪剂法)，存在示踪粒子的跟随性问题，及对高能光照的要求严格，灵活性较差。利用对顶替液进行加热，通过测量顶替过程中顶替界面的温度变化来反映顶替效果，这存在以下几方面的困难：顶替液恒温效果的控制；顶替过程流体自身在流动过程中的热量散失；顶替液与被顶替液的掺混不均导致的热量分布混乱、温度传感器不一定及时感应得到，且温度变化细微、这对温度传感器的灵敏性要求极高。上述方法都只是观测某一段井眼环空顶替过程，不能对不规则井眼本身段及其影响下的下游段的综合观测。类似的装置多用于模拟垂直井或斜井顶替试验，不适合用于模拟水平井顶替试验。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种针对水平井固井注水泥顶替的模拟实验系统及其方法，该系统较能全真模拟井下各种不规则井况，其测量系统更科学、偏心度调整更精度、操作更方便。

一种水平井固井顶替模拟试验系统，包括：不规则井筒模拟装置、动力驱替模块、内管偏心调节模块、顶替效率测量模块；

所述不规则井筒模拟装置包括由若干规则段和若干不规则段进行不同组合变换来模拟井下实际情况的测量段；所述规则段和不规则段由透明材质制成；

所述内管偏心调节模块用于根据井下套管的偏心度来模拟测量段内部的偏心度，并将井筒模拟装置出口处的流体分流为环空高边间隙流体和环空低边间隙流体；

所述动力驱替模块用于给从测量段内先后注入的顶替液和被顶替液提供动力，以使得顶替液和被顶替液从测量段注入后通过内管偏心调节模块调节为环空高边间隙流体和环空低边间隙流体后分别流出；

所述顶替效率测量模块包括用于测试不规则段涡区范围和被顶替液的滞留时间、以及顶替界面状态的高速摄像机、用于测量从分流器流出的环空高边间隙流体与环空低边间隙流体的密度、以及单位面积质量流率的测量装置。