[发明专利]固井注水泥钻井液滤饼冲洗效率评价装置及方法

说明书

本发明涉及固井注水泥钻井液滤饼冲洗效率评价装置及方法，该装置由支撑井架12、法兰盘5、渗透性人工井壁6、外管7、内管15、变频泵11、冲洗液储液罐1组成，通过法兰盘由上往下顺序连接上段外管、渗透性人工井壁和下段外管，形成模拟井眼，将内管固定于模拟井眼内，内管与模拟井眼之间形成环形空间；环形空间上端通过出液口连接冲洗液储液罐，环形空间下端通过进液口、变频泵连接冲洗液储液罐，形成冲洗液循环通路。该方法包括：在渗透性人工井壁上压制好钻井液滤饼；将配制好的冲洗液放入储液罐，开泵循环，进行钻井液滤饼冲洗实验；计算冲洗效率。本发明分析和研究影响钻井液滤饼冲洗效率的因素及其作用机理，为现场提供理论指导。

技术领域

本发明涉及固井注水泥钻井液滤饼冲洗效率评价装置及方法，特别是可在不同渗透率的不规则人工渗透性井壁形成真实的钻井液滤饼、可形成外表不规则的环形空间、可评价冲洗液冲洗钻井液滤饼能力的冲洗效率评价装置及方法。

背景技术

固井注水泥冲洗效率不高是导致固井质量差的重要原因之一，开展固井注水泥顶替理论与实验研究，掌握顶替过程中的物理、化学作用机理，对于优化固井流体性能、优选固井施工参数意义重大，以往的固井注水泥顶替研究假设条件较多、研究过于理想化，以顶替规则圆井眼中的钻井液为主，大多不考虑流体之间化学不兼容对冲洗效率的影响，不考虑井壁上钻井液滤饼对冲洗效率的影响，且理论研究的结果大多只能得到规律性的认识，难以为油田提出量化可操作的技术指标，同时，由于缺乏相应的模拟实验装置，也难以在室内进行验证。以往对钻井液滤饼清洗效果的模拟，多用圆柱形岩心模拟地层，在岩心上压制滤饼，然后在冲洗液中以一定的转速转动岩心及滤饼，造成冲洗液对岩心的冲刷，这并不符合井下实际。由于岩心带动滤饼高速旋转，滤饼将产生利于其脱离岩心表面的离心力，同时所有滤饼表面皆能以相同的相对速度被清洗液冲刷，只能代表理想圆井眼和套管完全居中的极端情况。因此，该方法与井下井眼大多不规则甚至严重不规则的情况不符、与井壁上存在较钻井液更难以顶替干净的钻井液滤饼的情况不符、与流体之间实际上化学不兼容的情况不符。

目前，在国内外固井注水泥冲洗效率模拟实验中所采用的实验装置和测量方法均存在一定的缺陷和不足：高速摄像法能够监测环空流体的流动状态，测量冲洗效率，但存在粒子的跟随性问题及对高能光照的要求严格，灵活性较差(徐壁华等.模拟注水泥冲洗效率的测量方法.专利公开号：CN103556986A)；温度法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，但存在工作液热量的散失，冲洗液与被冲洗液热量掺混，导致实验误差大(徐壁华等.一种利用温度传感器装置测量水泥浆冲洗效率的方法.专利公开号：CN101892831A)。称重法通过对整体装置称重，分析体积来计算冲洗效率，但存在环空残留水泥浆，钻井液不易清洗对下次实验造成误差的情况(郑双进.评价固井水泥浆冲洗效率的试验装置及试验方法.专利公开号：CN108590570A)。常规滤饼清洗都是滤纸或者在岩心上形成滤饼，进行清洗，与实际井下在井壁上形成真实滤饼情况不符，需要展开相似计算(许开华.一种滤饼自动清洗压滤机.专利公开号：CN 208244183U)。上述方法都只观测某一段井眼环空顶替过程，不能对不规则井眼本身井段及不规则井眼上滤饼形成情况进行研究。

发明内容

本发明的目的在于提供固井注水泥钻井液滤饼冲洗效率评价装置，可在室内模拟不规则井眼、不同渗透率的渗透性井壁中，真实钻井液滤饼清洗的固井注水泥冲洗过程，具有广阔的市场应用前景。

本发明的另一目的还在于提供利用上述装置对固井注水泥钻井液滤饼冲洗效率进行评价的方法，该方法原理可靠，操作简便，通过模拟井下固井注水泥顶替过程，分析和研究影响固井冲洗效率尤其是钻井液滤饼冲洗效率的因素及其作用机理，为现场提供理论指导。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

固井注水泥钻井液滤饼冲洗效率评价装置，由井筒系统、循环系统、检测评价系统和台架系统组成。