[发明专利]一种模拟地层水渗流水侵固井水泥浆的装置及方法

说明书

本发明涉及一种模拟地层水渗流水侵固井水泥浆的装置及方法。该装置包括包括氮气瓶10、地层水容器11、釜体1、围压泵16、滤液收集瓶19，釜体外侧包裹有加热套12，釜体上端中部设有围压接口15，釜体内装有模拟岩心8和水泥浆7，左釜盖设有注水口5，右釜盖设有滤液口9。该方法包括：将模拟试样放入釜体内，将温度控制在井下实际温度；对模拟试样施加围压，地层水在压差作用下从注水口流入釜体内，经过模拟岩心、水泥浆、模拟岩心后，从滤液口流出；测试模拟岩心与水泥石接触面的液压密封能力；计算固井二界面的剪切胶结强度；评价水泥浆抗水侵能力。本发明模拟井下地层水渗流过程，定量地分析水泥浆体系的抗水侵能力，更贴近井下实际工况。

技术领域

本发明涉及油气井固井水泥浆技术领域，特别涉及一种模拟地层水渗流水侵固井水泥浆的装置及方法。

背景技术

良好的固井质量可以保证石油开采效率，而水泥浆性能的优劣是影响固井质量的客观因素之一。近年来，随着油田注水开发，调整井数量增多，由于经过长期的注水开发，形成井下层间压差大、地层压力紊乱、安全压力窗口窄等地质条件。固井过程中，由于受到地下水滤液的干扰，水泥浆被稀释与冲刷，导致水窜、水侵等问题的频繁发生，影响固井二界面胶结质量，严重甚至导致油井事故发生。

目前针对固井水泥浆抗水侵能力的评价与改善，国内外从不同方面做了大量的理论与实验研究。对于水泥浆防窜能力的评价方法也是众多，但是对于水泥浆水侵的评价手段与实验装置较少。陈晓楼提出了一种可研究地层中流体渗流对固井质量影响的水渗流装置(陈晓楼,刘爱岭.水渗流模拟装置的研制[J].河南石油,1999,(03):28-29+37-60)，该装置使用钢壁内衬加筛网代替模拟岩心，不能真实地反映井下实际情况；张兴国等人模拟水泥浆抗水侵过程，通过测得模拟岩心与水泥浆接触界面的胶结强度、窜通压力来表征水泥浆抗水侵能力(张兴国,王金山,林志辉,赵殊勋,付加文,王贵富.固井水泥浆水侵模拟评价仪及评价方法：CN201611109718.X[P].2016)，但该实验装置设计有两顶盖，操作过程中需进行切换，操作比较复杂；孙家上进行了改进，不需更换顶盖，节省操作时间(孙家上,李早元,陈文.一种固井水泥浆水侵模拟评价仪：CN 202010060305.7[P].2020)，两个装置分别使用丝堵和螺丝对釜体内部压力进行调节，从而让釜体内水泥浆有一定的流动空间，该方式不够严谨，且该装置对固井水泥浆抗水侵不能量化分析；王帅等人通过模拟井下固井二界面发生窜流的过程，实现了可调控的温度和压力条件，通过水流过岩心与水泥柱的胶结面将其溶蚀冲开，根据窜流压力大小评价二界面胶结质量的好坏(王帅,顾军,汤乃千,干品,廖若君,等.一种油气井固井二界面窜流实验装置：CN 201810081421.X[P].2018)，但并未模拟井下地层水渗流侵入对固井二界面的影响情况；王海平等人对水泥浆失重过程中气水侵窜情况进行测量，通过渗透块渗入量间接定量地对水泥气、水侵窜情况进行分析(王海平,魏周胜,周兴春,等.一种仿真环境水泥防窜能力评价装置：CN 201921539058.8[P].2019)，同样未模拟水泥浆自身对抗气、水侵的能力，且在实验过程中对所需设备采用恒温油槽的加热方式，加热介质为矿物油，最终清洗比较麻烦。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟地层水渗流水侵固井水泥浆的装置，该装置原理可靠，操作简便，能有效模拟井下地层水渗流过程，量化评价固井水泥浆抗水侵能力，克服了现有技术的缺陷和不足。

本发明的另一目的还在于提供利用上述装置进行模拟地层水渗流水侵固井水泥浆的方法，通过模拟井下固井候凝时期地层水侵入水泥浆过程，对水泥浆抗水侵能力进行较科学、量化研究，对优化水泥浆性能，提高油气井固井质量具有重要意义。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。