模拟固井工程环空顶替效率监测方法
【专利摘要】本发明公开了一种模拟固井工程环空顶替效率监测方法，包括：向模拟井筒的测量段环形空间中分别注入不同电导率的被顶替液和顶替液；在模拟井筒测量段环形空间区域建立敏感场，采集电压信号；计算得到敏感场内各点的电导率信息，得出不同时段电导率为C1的被顶替液和电导率为C2的顶替液各自在模拟井筒测量段环形空间内所占体积；综合模拟井筒测量段环形空间总容积及分析识别得到的顶替液在不同时段在模拟井筒测量段环形空间内所占体积，得出某一时段顶替液对被顶替液的顶替效率；通过得到的顶替效率，绘制出顶替效率曲线图，综合分析整个模拟井筒的环空内顶替液对被顶替液顶替效率。本发明能有效监测真实固井流体在环空的顶替流动情况。
【专利说明】模拟固井工程环空顶替效率监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种效率监测方法，尤其涉及一种模拟固井工程环空顶替效率监测方法。
【背景技术】
[0002]固井工程是指向井内下入套管，并向井眼与套管或套管与套管之间的环形空间注入水泥的系统工程，主要目的是实现良好的层间封隔并固定套管。注水泥作业中需要向环空注入冲洗液、隔离液、水泥浆等多种流体，是一个复杂的多相流顶替过程，然而由于对环空多相流顶替机理的认识不完善、井眼条件的复杂性等多种原因，极大程度降低了注水泥过程中环空钻井液的置换效率，导致环空水泥浆顶替效率不高，钻井液窜槽现象严重，界面胶结质量较差，影响了层间封隔质量。
[0003]现有技术在固井工程环空多相流试验中，如中国专利号“201110433634.2”公开了一种模拟固井水泥浆顶替效率的试验装置和试验方法，
【公开日】为2013年06月26日。但目前在固井工程环空多相流试验中，国内外采用的监测顶替效率的方法有多种，但均存在明显不足:候凝切片法需要等环空中的水泥浆凝固后把井筒剖开，观察水泥石在环空的分布情况推断顶替效率，但是该方法操作复杂、实验时间长，且无法测量流动中的顶替效率，不利于深入研究；激光测速法可以监测环空多相流的真实流动状态，测量顶替效率，但是由于要求测量液体具有良好透光性，因此无法测量真实水泥浆等现场使用浆体进行实验，导致实验结果与现场实际有较大差距；温度测量法能够测量真实水泥浆、钻井液等在环空的流动情况，但是在测量中需要把温度传感器浸入环空流场，因此会对流场产生干扰，影响实验结果，并且流动过程中热量散失较大，实验误差大。
[0004]综上所述，目前已有的模拟固井工程环空顶替效率监测方法均有明显缺陷，不能准确测量真实水泥浆、钻井液等在环空中的顶替流动过程，通用性不强，难以满足工程模拟和研究的需要。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种模拟固井工程环空顶替效率监测方法。本发明能有效监测真实固井流体在环空的顶替流动情况，确保测量结果的真实性、可靠性。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种模拟固井工程环空顶替效率监测方法，其特征在于，包括如下步骤:
a、向模拟井筒的测量段环形空间中分别注入不同电导率的被顶替液和顶替液，其中被顶替液的电导率为C1，顶替液的电导率为C2 ；
b、向测量段环形空间发出激励电流，在模拟井筒测量段环形空间区域建立敏感场，采集电压信号；
C、通过电压信号计算得到敏感场内各点的电导率信息，从而得出不同时段电导率SC1的被顶替液和电导率为C2的顶替液各自在模拟井筒测量段环形空间内所占体积；
d、综合模拟井筒测量段环形空间总容积及分析识别得到的顶替液在不同时段在模拟井筒测量段环形空间内所占体积，得出某一时段顶替液对被顶替液的顶替效率；
e、通过得到的顶替效率，绘制出顶替效率曲线图，综合分析整个模拟井筒的环空内顶替液对被顶替液顶替效率。
[0007]所述方法中采用的测量设备为ERT系统，ERT系统包括电极传感器组、电阻层析成像主机和处理器，处理器与电阻层析成像主机连接，电阻层析成像主机连接到电极传感器组，电极传感器组设置在测量段上。
[0008]所述步骤a中，在模拟井筒内管与模拟井筒外管、电极传感器组形成的环空内分别注入被顶替液和顶替液。
[0009]所述步骤b中，通过ERT系统的电极传感器组向测量段环形空间发出激励电流，在各个电极传感器之间形成电压，在测量段环形空间内建立敏感场，电阻层析成像主机采集处理电压信号。
[0010]所述步骤c中，电阻层析成像主机将电压信号传输给处理器，由处理器根据电压信号计算，得到敏感场内各点的电导率信息。
[0011]所述步骤d中，通过下式得出某一时段顶替液对被顶替液的顶替效率: eff=V/V,
其中，e//为某一时段在模拟井筒测量段环形空间内顶替液对被顶替液的顶替效率，匕为电导率为C2的顶替液在模拟井筒测量段环形空间内所占体积，K为模拟井筒测量段环形空间总容积。
[0012]所述步骤e中，通过步骤d得到的不同时段模拟井筒测量段环形空间内顶替液对被顶替液的顶替效率，绘制出顶替效率曲线图。
[0013]所述ERT系统的电极传感器组以法兰联接的方式接入模拟井筒的外管，电极传感器组包括多个电极传感器，分别位于测量段两端。
[0014]所述顶替液与被顶替液的电导率值不同。
[0015]采用本发明的优点在于:
一、本发明利用成熟的电阻层析成像技术，既能有效监测真实固井流体在环空的顶替流动情况，确保测量结果的真实性、可靠性，又具有成本低、操作方便、稳定性高、现场应用性强等特点的模拟固井工程环空顶替效率监测方法。
[0016]二、本发明利用成熟的电阻层析成像技术，对模拟井筒环空内注入的被顶替液和顶替液流场进行可靠的测量和记录，监测环空中两相液体的相互顶替过程，尤其是能够监测真实的水泥浆和钻井液等现场作业使用流体，从而有效掌握真实水泥浆等顶替液在环空中的流动状态和充填过程，保障得出的顶替效率准确和可靠，降低误差，为固井工程的注水泥作业提供真实、准确、可靠和有效的实验指导；它具有投入成本低、操作方便、可靠性高、结果应用性强等特点，可使用各种不同水泥浆、隔离液、钻井液等固井现场使用流体进行实验。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明采用的电阻层析成像模拟示意图图中标记为:1、电极传感器组；2、电阻层析成像主机；3、计算机；4、模拟井筒内管；5、模拟井筒外管；6、测量段环形空间。
【具体实施方式】
[0018]实施例1
一种模拟固井工程环空顶替效率监测方法，包括如下步骤:
a、向模拟井筒的测量段环形空间中分别注入不同电导率的被顶替液和顶替液，其中被顶替液的电导率为C1，顶替液的电导率为C2 ；
b、向测量段环形空间发出激励电流，在模拟井筒测量段环形空间区域建立敏感场，采集电压信号；
C、通过电压信号计算得到敏感场内各点的电导率信息，从而得出不同时段电导率SC1的被顶替液和电导率为C2的顶替液各自在模拟井筒测量段环形空间内所占体积；
d、综合模拟井筒测量段环形空间总容积及分析识别得到的顶替液在不同时段在模拟井筒测量段环形空间内所占体积，得出某一时段顶替液对被顶替液的顶替效率；
e、通过得到的顶替效率，绘制出顶替效率曲线图，综合分析整个模拟井筒的环空内顶替液对被顶替液顶替效率。
[0019]所述方法中采用的测量设备为ERT系统，ERT系统包括电极传感器组、电阻层析成像主机和处理器，处理器与电阻层析成像主机连接，电阻层析成像主机连接到电极传感器组，电极传感器组设置在测量段上。
[0020]所述步骤a中，在模拟井筒内管与模拟井筒外管、电极传感器组形成的环空内分别注入被顶替液和顶替液。
[0021]所述步骤b中，通过ERT系统的电极传感器组向测量段环形空间发出激励电流，在各个电极传感器之间形成电压，在测量段环形空间内建立敏感场，电阻层析成像主机采集处理电压信号。
[0022]所述步骤c中，电阻层析成像主机将电压信号传输给处理器，由处理器根据电压信号计算，得到敏感场内各点的电导率信息。
[0023]所述步骤d中，通过下式得出某一时段顶替液对被顶替液的顶替效率: eff=V/V,
其中，e//为某一时段在模拟井筒测量段环形空间内顶替液对被顶替液的顶替效率，匕为电导率为C2的顶替液在模拟井筒测量段环形空间内所占体积，K为模拟井筒测量段环形空间总容积。
[0024]所述步骤e中，通过步骤d得到的不同时段模拟井筒测量段环形空间内顶替液对被顶替液的顶替效率，绘制出顶替效率曲线图。
[0025]所述ERT系统的电极传感器组以法兰联接的方式接入模拟井筒的外管，电极传感器组包括多个电极传感器，分别位于测量段两端。
[0026]所述顶替液与被顶替液的电导率值不同。所述处理器为计算机。
[0027]实施例2
本实施例结合附图对本发明做进一步说明。本发明包括以下步骤:
I)、以包含电极传感器组1、电阻层析成像主机2和计算机3的ERT系统作为测量设备，ERT系统的电极传感器组I布置在模拟井筒的测量段，要求电极传感器组I与模拟井筒外管5通过法兰相联接，模拟井筒内管4位于模拟井筒外管5中；
2)、在模拟井筒内管4与模拟井筒外管5、电极传感器组I形成的测量段环形空间内分别注入被顶替液(钻井液等)和顶替液(隔离液或水泥浆等)，其中被顶替液的电导率为C1，顶替液的电导率为C2 ；
3)、通过ERT系统的电极传感器组I向测量段环形空间6发出激励电流，在各个电极传感器之间形成电压，在测量段环空6内建立敏感场，电阻层析成像主机2采集、整理电压信号；激励电流无特殊要求，只要在各个电极传感器之间形成电压即可，采集、整理电压信号与现有方式相同；
4)、电阻层析成像主机2将电压信号传输给计算机3，由计算处理软件根据电压信号进行计算，得到敏感场内各点的电导率信息，从而得出不同时段电导率为C1的被顶替液和电导率为C2的顶替液各自在测量段环形空间6内所占体积；通过电压信号计算电导率信息可采用现有方式；
5)、综合测量段环形空间6的总容积及分析识别得到的电导率为C2的顶替液不同时段在测量段环形空间6内所占体积，通过下式得出顶替液对被顶替液在某一时段的顶替效率，其中，e//为某一时段在测量段环形空间6内顶替液对被顶替液的顶替效率，匕为电导率为C2的顶替液在模拟井筒测量段环形空间区域内所占体积，K为测量段环形空间6的总容积；
6)、通过步骤5)得到的不同时段测量段环空6内顶替液对被顶替液的顶替效率，绘制出顶替效率曲线图，综合分析整个模拟井筒的环空内顶替液对被顶替液顶替效率；绘制顶替效率曲线图的方法可采用现有方法。
【权利要求】
1.一种模拟固井工程环空顶替效率监测方法，其特征在于，包括如下步骤: a、向模拟井筒的测量段环形空间中分别注入不同电导率的被顶替液和顶替液，其中被顶替液的电导率为C1，顶替液的电导率为C2 ； b、向测量段环形空间发出激励电流，在模拟井筒测量段环形空间区域建立敏感场，采集电压信号； C、通过电压信号计算得到敏感场内各点的电导率信息，从而得出不同时段电导率SC1的被顶替液和电导率为C2的顶替液各自在模拟井筒测量段环形空间内所占体积； d、综合模拟井筒测量段环形空间总容积及分析识别得到的顶替液在不同时段在模拟井筒测量段环形空间内所占体积，得出某一时段顶替液对被顶替液的顶替效率； e、通过得到的顶替效率，绘制出顶替效率曲线图，综合分析整个模拟井筒的环空内顶替液对被顶替液顶替效率。
2.根据权利要求1所述的模拟固井工程环空顶替效率监测方法，其特征在于:所述方法中采用的测量设备为ERT系统，ERT系统包括电极传感器组、电阻层析成像主机和处理器，处理器与电阻层析成像主机连接，电阻层析成像主机连接到电极传感器组，电极传感器组设置在测量段上。
3.根据权利要求2所述的模拟固井工程环空顶替效率监测方法，其特征在于:所述步骤a中，在模拟井筒内管与模拟井筒外管、电极传感器组形成的环空内分别注入被顶替液和顶替液。
4.根据权利要求2或3所述的模拟固井工程环空顶替效率监测方法，其特征在于:所述步骤b中，通过ERT系统的电极传感器组向测量段环形空间发出激励电流，在各个电极传感器之间形成电压，在测量段环形空间内建立敏感场，电阻层析成像主机采集处理电压信号。
5.根据权利要求4所述的模拟固井工程环空顶替效率监测方法，其特征在于:所述步骤c中，电阻层析成像主机将电压信号传输给处理器，由处理器根据电压信号计算，得到敏感场内各点的电导率信息。
6.根据权利要求2、3或5所述的模拟固井工程环空顶替效率监测方法，其特征在于:所述步骤d中，通过下式得出某一时段顶替液对被顶替液的顶替效率:
eff=V/V, 其中，e//为某一时段在模拟井筒测量段环形空间内顶替液对被顶替液的顶替效率，匕为电导率为C2的顶替液在模拟井筒测量段环形空间内所占体积，K为模拟井筒测量段环形空间总容积。
7.根据权利要求6所述的模拟固井工程环空顶替效率监测方法，其特征在于:所述步骤e中，通过步骤d得到的不同时段模拟井筒测量段环形空间内顶替液对被顶替液的顶替效率，绘制出顶替效率曲线图。
8.根据权利要求2、3、5或7所述的模拟固井工程环空顶替效率监测方法，其特征在于:所述ERT系统的电极传感器组以法兰联接的方式接入模拟井筒的外管，电极传感器组包括多个电极传感器，分别位于测量段两端。
9.根据权利要求1、2、3、5或7所述的模拟固井工程环空顶替效率监测方法，其特征在于:所述顶替液与被顶替液的电导率值不同。
【文档编号】E21B33/13GK104295266SQ201410569683
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月23日 优先权日:2014年10月23日
【发明者】冯予淇, 曾凡坤, 冯彬, 马思平, 刘洋, 刘世彬, 范成友, 范伟华, 聂世均, 赵常青, 鲜明 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司