一种基于剪切速率相等原理的固井冲洗液评价装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于剪切速率相等原理的固井冲洗液评价装置及方法，该装置主要由人造岩心或钢柱、外筒、转换接头、传动装置、电机、框架、承托盘、浆杯组成，框架上有承托盘和电机，承托盘上放置装有冲洗液的浆杯，人造岩心或钢柱、外筒均处于浆杯内的冲洗液中，人造岩心或钢柱通过转换接头固定在框架上，外筒通过传动装置和电机相连，外筒有两排供冲洗液流动的圆孔，每一排圆孔的间隔为90°。本发明利用人造岩心或钢柱来模拟静态下的井壁和套管，更接近工程实际，具有操作简单、对比性强、适用范围广的特点，能分别测得冲洗液对固井第一、第二界面的冲洗效率，并根据冲洗效率和冲洗时间优选冲洗液体系和设计冲洗液使用量，具有广阔的市场前景。
【专利说明】一种基于剪切速率相等原理的固井冲洗液评价装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油勘探开发领域钻井工程中固井冲洗液冲洗效率的评价装置及方法。
【背景技术】
[0002]固井过程中，套管壁粘附的钻井液和井壁上钻井液失水形成的泥饼将直接影响水泥石与套管和井壁的胶结质量。为了提高固井胶结质量和延长油井寿命，需要清除套管壁上的钻井液和井壁上的钻井液泥饼。针对这一问题，在固井作业之前需要注入一定量的冲洗液对套管壁和井壁进行冲洗，剥离井壁泥饼，改善固井界面，为水泥浆与固井界面的良好胶结创造条件。经过多年发展，国内外在固井冲洗液方面的研究取得了很大进步，但是对于冲洗液的冲洗效率评价方面仍未形成统一的评价手段。
[0003]经对现有固井冲洗液评价装置的文献检索发现，中国实用新型专利“固井冲洗液冲洗效率定量模拟评价装置”(CN203161216U)，该专利是根据旋转粘度计原理中转速与壁面剪切速率之间的关系，通过调节装置的转速，读取指针读数，使井壁筒的壁面剪切应力与井下环空的壁面剪切应力相接近，并在这种转速下评价冲洗液对井壁筒的冲洗效率。该装置是用粘度计旋转的外筒模拟静止的套管壁或井壁，存在旋转离心力的影响和不能模拟人造岩心形成泥饼的问题，且测量步骤较繁琐。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基于剪切速率相等原理的固井冲洗液评价装置，该装置基于人造岩心或钢柱壁面与固井环空壁面的剪切速率相等的原理，利用人造岩心或钢柱来模拟静态下的井壁和套管，更接近工程实际，具有操作简单、对比性强、适用范围广的特点，克服了冲洗液冲洗效果模拟评价中存在的不足。
[0005]本发明的另一目的还在于提供利用上述装置对固井冲洗液的冲洗效率进行评价的方法，该方法原理可靠、操作简便，能够分别测得冲洗液对固井第一、第二界面的冲洗效率，并根据冲洗效率和冲洗时间可优选冲洗液体系和设计冲洗液使用量，具有广阔的市场前景。
[0006]为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。
[0007]本发明基于人造岩心或钢柱壁面与固井环空壁面的剪切速率相等的原理，用静态渗透性人造岩心模拟井壁，用静态钢柱模拟套管，同时结合固井井身结构和环空返速，对固井过程中冲洗液的冲洗效率的评价更加真实、可靠。
[0008]一种基于剪切速率相等原理的固井冲洗液评价装置，主要由人造岩心或钢柱、夕卜筒、转换接头、传动装置、电机、框架、承托盘、浆杯组成。
[0009]所述安在底座的框架上有可自由调节高度的承托盘和电机，所述承托盘上放置装有冲洗液的浆杯，所述人造岩心或钢柱、外筒均处于浆杯内的冲洗液中，所述人造岩心或钢柱通过转换接头固定在框架上，所述外筒通过传动装置和电机相连，所述电机连有转速调节器，调节外筒的转速。
[0010]该装置用人造岩心或钢柱模拟井壁或套管，外筒由电机带动旋转，通过外筒的旋转带动冲洗液对静态人造岩心或钢柱进行冲刷。通过转速调节器调节外筒的转速，利用转速的改变获得不同的剪切速率，即通过外筒转速的改变使人造岩心或钢柱壁面剪切速率与固井环空壁面剪切速率相等。
[0011]所述外筒有两排供冲洗液流动的圆孔，每一排圆孔的间隔为90°。
[0012]所述承托盘可以调节高度使浆杯内冲洗液液面完全没过人造岩心或钢柱上形成的泥饼或泥糊顶部。
[0013]利用该装置评价固井冲洗液的方法，是通过人造岩心在钻井液中形成泥饼模拟地层泥饼，或钢柱在钻井液中粘附泥糊模拟套管粘附钻井液的情况，称量有泥饼的人造岩心或有泥糊的钢柱在冲洗一定时间前后的质量，及人造岩心无泥饼或钢柱无泥糊时的质量，以冲洗一定时间内冲洗掉泥饼或泥糊的百分比定量描述固井冲洗液对地层泥饼或套管泥糊的冲洗效率。
[0014]本发明用钢柱模拟固井第一界面的冲洗效率，用人造岩心模拟固井第二界面的冲洗效率。
[0015]所述外筒由电机带动旋转，并通过转速调节器调节其转速，获得不同的剪切速率，外筒转速R的推导过程如下:
[0016]根据固井的井身结构和环空平均返速，其井环空壁面的剪切速率计算如下(黄逸仁.适用于钻井液的罗伯逊一斯蒂夫模式[J].西南石油学院学报，1982 (2):16):
[0017]
【权利要求】
1.一种基于剪切速率相等原理的固井冲洗液评价装置，主要由人造岩心或钢柱(I)、外筒(2)、转换接头(3)、传动装置(4)、电机(6)、框架(7)、承托盘(9)、浆杯(10)组成，其特征在于，所述安在底座(8)的框架(7)上有可自由调节高度的承托盘(9)和电机(6)，所述承托盘上放置装有冲洗液的浆杯(10)，所述人造岩心或钢柱(I)、外筒(2)均处于浆杯内的冲洗液中，所述人造岩心或钢柱通过转换接头(3)固定在框架上，所述外筒通过传动装置(4)和电机相连，所述电机连有转速调节器(5);所述外筒有两排供冲洗液流动的圆孔，每一排圆孔的间隔为90°。
2.如权利要求1所述的固井冲洗液评价装置，其特征在于，所述承托盘的高度调节到使浆杯内冲洗液液面完全没过人造岩心或钢柱上形成的泥饼或泥糊顶部。
3.利用权利要求1所述的装置评价冲洗液的方法，依次包括以下步骤: (1)根据现场的井身结构和环空平均返速，得到环空壁面的剪切速率，通过下式计算与该剪切速率相等或相近时对应的外筒转速R:
【文档编号】E21B21/00GK103541675SQ201310562538
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2013年11月12日
【发明者】杨远光, 孙勤亮, 王乐顶, 付家文, 唐欣, 宋国平, 刘勇, 李光艳, 刘文明 申请人:西南石油大学, 中国石油集团渤海钻探工程有限公司