[发明专利]一种中深层地热井固井水泥浆流动性的测定装置及测定方法

说明书

本发明公开了一种中深层地热井固井水泥浆流动性的测定装置及测定方法，该装置由储浆仓、开关阀门、控制段、内套管、外套管、支架、基座等部分组成；利用该装置进行固井水泥浆流动性的测定时，首先，关闭开关阀门，将由搅拌机搅拌好的一定体积量的水泥浆注入阀门上的储浆仓内，然后，打开阀门，使内管中的水泥浆自然缓慢流下并用秒表记录其在内管与外管环形间隙中由高度h1上升至高度h2所需时间，由水泥浆的平均流动度（上升一定高度所需时间）评价水泥浆的流动性；本发明实现了固井水泥浆流动度的测量与比较，同时，内外套管均由透明的有机玻璃制成，直观形象地展示了固井灌浆时水泥浆的流动过程，达到固井工程模拟过程中浆体可视化的目的。

技术领域

本发明涉及一种固井水泥浆流动性的测定装置及测定方法，属于水泥灌浆技术领域。

背景技术

目前，中深层地热能的利用成为当前地热开采的热点，市场潜力巨大。2017 年4月13日，国家地热能中心主任曹耀峰，中国工程院院士多吉等专家在关于 中深层地热开发利用的论证会上对中深层地热井内换热供热技术给予了充分的 肯定。地热井取热系统利用地下延伸数千米的换热器(套管)，和地层换热后传 输热量到地面，进行各种地热利用。固井材料作为热量从地层传递到套管换热器 的媒介，其水泥浆的灌浆过程尤为关键，这一阶段的工程关系到地热能开发利用 的成败，因而，地热井灌浆质量的好坏对地热能的开发与高效利用有着至关重要 的意义。

对于地热井灌浆用固井水泥浆的流动性，没有一种合适的测定装置、方法或表征手段，通常是沿用流体性质的测定方法，以粘度的测定以及稳定性试验来评价流体的流动性。但是，这种测定方法并没有将流动性和实际的灌浆工艺过程联系起来，不够直观和深刻，并且还费时费力，成本较高。其他水泥浆灌浆领域也同样存在着类似的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述中深层固井水泥浆流动性测定或表征的不足，提供了一种在测量水泥浆流动度时，并直观形象地展现了固井灌浆工艺流程的测定装置及测定方法。

为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

一种中深层地热井固井水泥浆流动性的测定装置及测定方法，所述的固井水泥浆流动性测定装置由储浆仓、内管段、开关阀门、内管段、支架、控制段、内管段、外套管、基座等部分组成。利用该装置进行固井水泥浆流动性的测定时，首先，关闭开关阀门，将由搅拌机搅拌好的一定体积量v的水泥浆注入阀门上的储浆仓内，然后，打开阀门，使内管中的水泥浆自然缓慢流下并用秒表记录其在内管与外管环形间隙中由高度h1上升至高度h2所需时间，由水泥浆的平均流动度（上升一定高度所需时间）评价水泥浆的流动性。

所述的固井水泥浆流动性的测定装置，储浆仓、内管段、开关阀门、内管段、控制段、内管段、外套管的竖向中心线在同一直线上。

所述的固井水泥浆流动性的测定装置，储浆仓与内管段同轴相连，且储浆仓的内径大于内管直径，仓顶部为固井水泥浆入口，下连内管段。其中，所述储浆仓为圆柱体有机玻璃管，管径为D1=90mm~150mm，高度为H1=100mm~150mm。

所述的固井水泥浆流动性的测定装置，内管段与储浆仓同轴相连，下与开关阀门相连，内管管径D2=20mm~50mm。

所述的固井水泥浆流动性的测定装置，开关阀门连接于内管段与内管段之间，阀门类型为球阀或蝶阀，均为市售产品。

所述的固井水泥浆流动性的测定装置，控制段连接于内管与内管之间，可为球阀、闸阀或系列孔板，所述球阀、闸阀为可调节开度的阀门，均为市售产品，所述系列孔板为一系列中间具有不同孔径的管道，可根据水泥浆的流动性大小选择合适的孔径管道，孔直径为d=3mm~8mm。

所述的固井水泥浆流动性的测定装置，外套管为顶端开口、底端封闭的透明有机玻璃圆管，管径大于内套管管径为D3=30mm~80mm，长度为L=100mm~300mm。