本发明涉及石油钻采工程固井技术领域，特别涉及一种评价前置液对井筒残留钻井液清洗效率的试验装置及方法。
背景技术：
固井过程中对井筒残留钻井液的清洗十分重要，其直接影响着固井的质量。在实际现场施工时，为了提高固井质量，一般在注水泥之前采用前置液清洗井筒，驱离井筒中残留的钻井液。其清洗效果一般用清洗效率来表示，即被驱离钻井液占井筒原残留钻井液的百分比；该百分比越大，表明清洗效果越好，该百分比越小，表明清洗效果越差。由于不同钻井液体系对前置液的性能要求不同，因此在设计前置液时就需要对其清洗井筒残留钻井液的效果进行评价，从而优选出具有最佳清洗效果的前置液。然而目前针对清洗效率的评价方法一般多采用模拟软件进行，在模拟过程中存在很多假设与实际不符的情况，导致结果存在一定误差，其评价效果也有待验证。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本发明提出一种评价前置液对井筒残留钻井液清洗效率的试验装置及方法，解决了前置液对井筒残留钻井液清洗效率评价困难的问题。
本发明为解决其技术问题采用的具体技术方案是：
一种评价前置液对井筒残留钻井液清洗效率的试验装置，包括设置在实验平台上的台架系统、配浆循环顶替系统以及设置在台架系统上的井筒系统，所述的台架系统包括电子秤和设置在电子秤上的支撑架，所述的井筒系统包括固定在支撑架上的井筒和设置在井筒内部的套管，所述套管的底端与井筒的内底面间隙配合形成通道，所述井筒的上端部设置流体返出管口，并通过与井眼封隔器的配合将伸出井筒的套管与井筒封闭连接，所述套管的上端部设置流体注入管口，所述的配浆循环顶替系统包括由配浆池、软管、快速接头和泵连接后组成的一套前置液配浆循环顶替系统和一套钻井液配浆循环顶替系统，两套配浆循环顶替系统通过独立的快速接头轮流与井筒系统的流体返出管口和流体注入管口相连接。
上述方案中的配浆池包括前置液池和钻井液池，所述的井筒和套管均采用轻质pvc管制作，在井筒的内壁表面喷射砂浆形成凹凸不平具有一定粗糙度的井筒，以更接近实际井筒的壁面条件。
上述的评价前置液对井筒残留钻井液清洗效率的试验装置还包括在井筒的底面设置两个快速接头，其中一个快速接头与放流阀、软管连接后与钻井液池相通，另一个快速接头与放流阀、软管连接后通向一污染流体池。
本发明还提供一种评价前置液对井筒残留钻井液清洗效率的试验方法，该试验方法是基于上述的试验装置来完成的，其原理为：
①先测量出井筒系统的净重g0，
②再测量出留有前置液的井筒系统的重量g1，
③洗净井筒系统后循环钻井液，测量出留有钻井液的井筒系统的重量g2；
④再用前置液来清洗井筒系统中的钻井液，测量留有前置液和清洗后还残留的钻井液的井筒系统的重量g3；
⑤则g3-g1就是经过前置液清洗后还残留在井筒中的钻井液的重量，g2-g0为井筒中原残留的钻井液重量，用1减去清洗后残留钻井液重量占井筒原残留钻井液重量的百分比即为清洗效率。
具体的试验过程包括以下步骤：
s1，搭建一种评价前置液对井筒残留钻井液清洗效率的试验装置，采用轻质pvc管制作井筒和套管，在制作井筒时，先将pvc管内壁打磨起毛刺，然后采用喷射枪喷射砂浆在管内壁上，使得井筒内壁凹凸不平且具有一定的粗糙度，更接近于实际井筒的壁面条件；
s2，卸开全部的快速接头，通过电子秤测量出此时井筒系统的重量g0；
s3，配置前置液，将前置液配浆循环顶替系统与井筒系统的流体返出管口和流体注入管口连接，把前置液在井筒系统中循环一次后放空至污染流体池中，通过电子秤测量出此时井筒系统的重量g1，再将井筒系统清洗干净并晾干；
s4，配置钻井液，将钻井液配浆循环顶替系统与井筒系统的流体返出管口和流体注入管口连接，把钻井液在井筒系统中循环5个循环周后放空并回流至钻井液池中，通过电子秤测量出此时井筒系统的重量g2；
s5，将s3中的前置液再通过前置液配浆循环顶替系统在井筒系统中循环一次，之后放空前置液至污染流体池中，通过电子秤测量出此时井筒系统的重量g3；
s6，清洗井筒系统并晾干，计算前置液对井筒残留钻井液的清洗效率：
式中的η表示清洗效率，g3-g1为经过前置液清洗后还残留的钻井液重量，g2-g0为井筒中原残留的钻井液重量。
进一步地，上述试验方法中所述的前置液配浆循环顶替系统和钻井液配浆循环顶替系统的循环排量均为10l/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供的一种评价前置液对井筒残留钻井液清洗效率的试验装置及方法，在其井筒的内壁上喷射砂浆形成凹凸不平具有一定粗糙度的模拟井壁，使得井筒的壁面条件更加接近实际固井工况下的壁面条件；同时，本发明的试验方法通过两套配浆循环顶替系统轮流与井筒系统的流体返出管口和流体注入管口连接，来模拟实际前置液的清洗过程，通过计算清洗后残留钻井液的百分比来获得被驱离钻井液的百分比，以此得到清洗效率，进而对前置液的清洗效果进行评价，解决了前置液对井筒残留钻井液清洗效率评价困难的问题；同时该试验装置及方法具有更接近实际条件的优势，其得出的评价结果更为可靠。
附图说明
图1为本发明一种评价前置液对井筒残留钻井液清洗效率试验装置的整体结构示意图。
图中所示：
1-6为快速接头，8-9为泵，10为前置液池，11为钻井液池，12为电子秤，13为污染流体池，14为支撑架，15为套管，16为井筒，17为流体注入管口，18为流体返出管口，19为井眼封隔器，20为软管，21-22为放流阀。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种评价前置液对井筒残留钻井液清洗效率的试验装置，该装置按其功能分为台架系统、配浆循环顶替系统以及井筒系统三部分，其具体组成为：
台架系统包括电子秤12和支撑架14，将支撑架14固定在电子秤12上；
配浆循环顶替系统包括一套前置液配浆循环顶替系统和一套钻井液配浆循环顶替系统，前置液配浆循环顶替系统是由前置液池10、软管20、泵8及快速接头1、2组成，钻井液配浆循环顶替系统是由钻井液池11、软管20、泵9及快速接头3、4组成；
井筒系统包括固定在支撑架14上的井筒16和设置在井筒16内部的套管15，套管15的底端与井筒16的内底面间隙配合形成环形通道，即环空，在井筒16的上端部设置流体返出管口18，流体返出管口18与井眼封隔器19配合将套管15与井筒16封闭连接，在套管15的上端部设置流体注入管口17，在井筒16的底面设置快速接头5和6，快速接头5与软管20、放流阀21连接后通入一污染流体池13，快速接头6与软管20、放流阀22连接后通入钻井液池11。
下面结合图1详细说明本实施例的评价前置液对井筒残留钻井液清洗效率的试验装置的试验方法，具体步骤如下：
s1,搭建一个如图1所示的评价前置液对井筒残留钻井液清洗效率的试验装置，井筒和套管采用轻质pvc管制作，在制作井筒时，先将pvc管内壁打磨起毛刺，然后采用喷射枪喷射砂浆在管内壁上，使得井筒内壁凹凸不平且具有一定的粗糙度，更接近于实际井筒的壁面条件；
s2,卸开快速接头1-6，通过电子秤12测量出此时井筒系统的重量g0；
s3，将前置液配浆循环顶替系统的快速接头1接在井筒系统的流体注入管口17，将快速接头2接在流体返出管口18；配置前置液体系，启动泵8，以10l/min的排量循环前置液一个循环周，之后卸开快速接头1和2，接上快速接头5，并打开放流阀21，让模拟井筒内的前置液流入污染流体池13，待快速接头5所连接的软管20无液滴时，卸开快速接头5，关闭放流阀21，然后对套管和井筒进行称重，记为g1，再将井筒系统清洗干净并晾干；
s4，将钻井液配浆循环顶替系统的快速接头3接在井筒系统的流体注入管口17，将快速接头4接在流体返出管口18；配置钻井液体系，启动泵9，以10l/min的排量循环钻井液5个循环周，卸开快速接头3和4，接上快速接头6，并打开放流阀22，让模拟井筒内的钻井液流入钻井液池11，待快速接头6所连接的软管20无液滴时，卸开快速接头6，关闭放流阀22，然后对套管和井筒进行称重，其重量记为g2；
s5，将步骤s3中的前置液配浆循环顶替系统的快速接头1和快速接头2再次接在井筒系统的流体注入管口17和流体返出管口18上，启动泵8，以10l/min的排量循环步骤s3中前置液一个循环周，卸开快速接头1和2，接上快速接头5，并打开放流阀21，让模拟井筒内的前置液流入污染流体池13，待快速接头5所连接的软管20无液滴时，卸开快速接头5，关闭放流阀21，然后对套管和井筒进行称重，记为g3；
s6，清洗井筒系统并晾干，通过下列公式计算前置液对井筒残留钻井液的清洗效率：
按照上述的试验方法进行操作求得本实施例的前置液对井筒残留钻井液的清洗效率的过程为：
s1,搭建一个如图1所示的评价前置液对井筒残留钻井液清洗效率的试验装置；
s2,卸开快速接头1-6，测量出此时井筒系统的重量g0＝10.84kg；
s3，将快速接头1接在井筒系统的流体注入管口17，将快速接头2接在流体返出管口18；配置前置液体系，启动泵8，以10l/min的排量循环前置液一个循环周，之后卸开快速接头1和2，接上快速接头5，并打开放流阀21，让模拟井筒内的前置液流入污染流体池13，待快速接头5所连接的软管20无液滴时，卸开快速接头5，关闭放流阀21，然后对套管和井筒进行称重，其重量g1＝11.59kg，再将井筒系统清洗干净并晾干；
s4，将快速接头3接在井筒系统的流体注入管口17，将快速接头4接在流体返出管口18；配置钻井液体系，启动泵9，以10l/min的排量循环钻井液5个循环周，卸开快速接头3和4，接上快速接头6，并打开放流阀22，让模拟井筒内的钻井液流入钻井液池11，待快速接头6所连接的软管20无液滴时，卸开快速接头6，关闭放流阀22，然后对套管和井筒进行称重，其重量g2为12.48kg；
s5，将快速接头1和快速接头2再次接在井筒系统的流体注入管口17和流体返出管口18上，启动泵8，以10l/min的排量循环步骤s3中前置液一个循环周，卸开快速接头1和2，接上快速接头5，并打开放流阀21，让模拟井筒内的前置液流入污染流体池13，待快速接头5所连接的软管20无液滴时，卸开快速接头5，关闭放流阀21，然后对套管和井筒进行称重，其重量g3＝11.96kg；
s6，计算前置液对井筒残留钻井液的清洗效率：
通过上述试验装置和试验方法得到了前置液对井筒残留钻井液的清洗效率，解决了前置液对井筒残留钻井液清洗效率评价困难的问题，为保证固井质量提供有力的依据。
应当理解的是，说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。本实施例仅用于说明该发明，而不用于限制本发明的范围，本领域技术人员对于本发明所做的等价置换等修改均认为是落入该发明权利要求书所保护范围内。