一种研究油井水泥环窜槽封堵规律的装置及方法与流程

本发明涉及采油工程技术领域，具体涉及一种研究油井水泥环窜槽封堵规律的装置及方法。

背景技术

原油开采作业中，油井产水,对经济效益影响很大，甚至可能导致某些高产油井转变为无工业价值的油井。油井出水如不及时采取措施，地层中可能出现水圈闭的死油区，注入水绕道而过，从而降低采收率，造成极大的浪费。油井出水还有可能使储层结构破坏，造成油井出砂；油井出水后也会增加液体相对密度，增大井底油压，使自喷井转为抽油井；另外，油井出水会腐蚀井下设备，严重时可能引发事故，同时，由于产水增加，必然会使地面的脱水费用增加。而油井出水采取增大排液量，以水带油的方法是不合算、不可取的，找水、堵水是油田开发中必须及时解决的问题，也是油田化学研究的重要课题。

随着油田开发时间的延长和二次、三次加密开采方案的实施，油田地下情况越来越复杂，发现的窜槽井也越来越多。由于窜槽，特别是多层段的窜槽，打乱了开发层系，造成严重层间干扰。国内外目前在用的油井堵水实践活动证明，堵水作业失败的原因，一半以上是由于不能认识和确定出各类窜槽及其性质的差异，因此正确分析油井内不同窜槽形状、大小十分重要，因为窜槽的不同形态直接决定对堵剂封堵效果和好坏和堵剂在不同窜槽中的状态，直接影响油田的开发效果。

目前，现有的化学堵水方法主要是笼统的注入堵剂，并没有区分不同堵剂在不同窜槽中的注入情况，由于在不同裂缝内毛细管力、承压等参数有很大的差别，笼统的注入堵剂会造成极大的浪费，而且封堵效果难以准确估测，所以，在实验室内进行模拟油井裂缝实验尤为重要，通过向不同形态的裂缝中注入堵剂，综合评价裂缝内堵剂封度规律和合适的注入参数。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种研究油井水泥环窜槽封堵规律的装置，这种方法用来解决现在油井堵水无法考虑地下窜槽性质的问题，本发明的另一个目的是提供这种研究油井水泥环窜槽封堵规律的装置进行实验研究的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种研究油井水泥环窜槽封堵规律的装置包括堵剂注入装置、油井模型、多组铋铅锡合金薄片、钢柱；堵剂注入装置由平流泵、中间容器、压力表、六通阀组成，平流泵连接中间容器，中间容器通过六通阀与油井模型连接，压力表安装在六通阀上，油井模型的射孔分别连接一个不同渗透率的岩芯；油井模型包括内管、外管、顶盖、底座，外管由两个半圆管对扣形成，内管、外管上、下端两端均具有螺纹，底座中间有一圆形凸起，圆形凸起具有外螺纹，底座外沿具有内螺纹，内管和外管同轴拧固在顶盖和底座之间，顶盖中间有堵剂注入孔，内管和外管设置一一对应的射孔，钢柱用凡士林涂抹后用于封堵射孔；多组宽度25mm铋铅锡合金薄片，一组为厚度相同、长度相同、弯折形状不同的多个铋铅锡合金片；一组为长度相同，形状相同、厚度不同的铋铅锡合金片；一组为厚度相同，形状相同、长度不同的铋铅锡合金片。

上述方案中两个半圆管对扣形成的对接处设置有密封，防止水泥泄漏。

上述方案中油井模型有两个，其中一个油井模型的内管高600mm，内径140mm，壁厚5mm；外管高600mm，内径200mm，壁厚5mm；另一个油井模型的内管高300mm，内径140mm，壁厚5mm，外管高300mm，内径200mm，壁厚5mm，以用于对比不同长度的裂缝的封堵规律。

上述方案中铋铅锡合金薄片厚度≥0.5mm，用于弯折成各种形状。

上述方案中铋铅锡合金薄片厚度为0.5mm，0.8mm，1mm，2mm，3mm之中选择。

所述研究油井水泥环窜槽封堵规律的装置进行研究实验的方法：

将钢柱用凡士林涂抹后，分别插入射孔中，用于封堵射孔；向内管与外管之间环形空间注入水泥，将多个不同厚度、不同形状、不同长度的铋铅锡合金薄片分别贴着钢柱插入水泥中，各个铋铅锡合金片端点分别留在两个射孔处，待水泥固化后，加热至50℃使钢柱外壁涂抹的凡士林融化，抽出钢柱，再将具有固井水泥环的油井模型升温到100℃，使铋铅锡合金片熔化在水泥中，通过射孔流出至油井模型外，并用100℃开水将残余的液体合金冲出，制作出具有不同形状、不同长度裂缝的水泥环；然后将具有固井水泥环的油井模型与堵剂注入装置连接，并将各射孔处连接一个岩芯，向水泥环中注入堵剂，待堵剂完全固化后，取出水泥环和岩芯，进行轴向和径向的切片，在显微镜下观察各种形态的裂缝中各种堵剂的成胶状况、分布状态、形貌特征，以及孔隙空间内堵剂滞留物堵剂在岩芯和水泥环中的运移规律，从而总结出不同堵剂在不同裂缝中的封堵规律。

本发明具有以下有益效果：

目前的油井堵水技术仅仅是粗略根据堵剂性质和地质情况来粗略的选择注入堵剂的，不仅封堵效果不好，封堵成功率低，还容易出现封堵持续时间短的情况。归结其原因，主要是对油井内窜槽性质和窜槽与堵剂的匹配情况信息了解太少，井下地址情况复杂，窜槽的形态，大小更是难以勘测。本发明利用铋铅锡合金熔点低而且可以制作的很薄，容易折成各种形状这个特点，模拟井下难以测量的各种裂缝的形态，通过加热使铋铅锡合金薄片熔化，在水泥环内形成裂缝，再往模型中注入不同堵剂，可以很好的观察各种形态的裂缝中各种堵剂的成胶状况，分布状态，形貌特征，孔隙空间内堵剂滞留物堵剂在岩芯和水泥环中的运移规律，从而总结出不同堵剂在不同裂缝中的封堵规律，将规律应用与实际油田，将会极大地提高堵剂的利用率和封堵效果，极大减少油田开发当中的损失，提高油井产量。

附图说明

图1是本发明研究油井水泥环窜槽封堵规律的装置的结构示意图；

图2是本发明中的外管和内管主视图；

图3是本发明中的外管和内管俯视图；

图4是本发明底座的示意图；

图5本发明步骤二中铋铅锡合金薄片侧视图；

图6本发明步骤七中铋铅锡合金薄片侧视图；

图7本发明步骤八、九中铋铅锡合薄金片侧视图；

图8本发明步骤十、十一中铋铅锡合金薄片侧视图。

图中：1平流泵，2中间容器，3压力表，4六通阀，5油井模型，6量筒，7岩芯。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

如图1所示，这种研究油井水泥环窜槽封堵规律的装置包括堵剂注入装置、油井模型5、岩芯7、铋铅锡合金薄片、钢柱，堵剂注入装置由平流泵1、中间容器2、压力表3、六通阀4组成，平流泵1连接中间容器2，中间容器2通过六通阀4与油井模型5连接，压力表3安装在六通阀4上，岩芯7有两个，两个岩芯7的渗透率不同，每个岩芯7分别用于与油井模型5的射孔相连接，岩芯7可以用来模拟不同渗透率的地层情况。如图2、图3所示，油井模型5包括内管、外管、顶盖、底座，外管由两个半圆管对扣形成，内管、外管上、下端两端均具有螺纹，如图4所示，底座中间有一圆形凸起，圆形凸起具有外螺纹，底座外沿具有内螺纹，内管和外管同轴拧固在顶盖和底座之间，两个半管通过底座固定模拟成一个可拆卸油管外壁，可以重复实验；顶盖中间有堵剂注入孔，用来连接堵剂注入设备，本实施方式中堵剂注入孔直径10mm，内管和外管设置一一对应的射孔，射孔用来模拟油井射孔，本实施方式中射孔直径为12mm，进行实验时向内管和外管注水泥过程中，两个钢柱用凡士林涂抹后分别用于封堵射孔；参阅图5，多组宽度25mm铋铅锡合金薄片，一组为厚度相同、长度相同、弯折形状不同的多个铋铅锡合金片；一组为长度相同，形状相同厚度不同的铋铅锡合金片；一组为厚度相同，形状相同长度不同的铋铅锡合金片。

为了对比不同长度的裂缝的封堵规律，分别制作两个油井模型，其中一个油井模型5内管高600mm，内径140mm，壁厚5mm；外管高600mm，内径200mm，壁厚5mm；另一个油井模型5的内管高300mm，内径140mm，壁厚5mm，外管高300mm，内径200mm，壁厚5mm。

研究油井水泥环窜槽封堵规律的方法具体步骤为：

按图1连接好研究油井水泥环窜槽封堵规律的装置，在中间容器2里放入堵剂，打开平流泵1，以0.3ml/min的速度恒速注入堵剂，堵剂通过六通阀4注入到油井模型5中，通过底部射孔注入到水泥和岩芯7中，岩芯7外接量筒6，当与射孔对应岩芯7开始有堵剂渗出时，停止注入堵剂。

步骤一：将一个油井模型5组合安装好，将两个钢柱用凡士林涂抹后，分别插入射孔中，用于封堵两个射孔，向内管与外管之间的环空内注入固井水泥。

步骤二：准备厚度为0.5mm，长为600mm的平直铋铅锡合金薄片（参阅图5）贴着钢柱插入水泥中。

步骤三：待水泥凝固后，将油井模型5加热50℃使凡士林融化，抽出射孔内的钢柱。

步骤四：将油井模型5放入高低温实验箱中，加热至100℃，使合金薄片熔化，再用100℃沸水冲洗，将合金薄片熔化残留液延射孔冲洗出来。

步骤五：将步骤四得到的油井模型5与堵剂注入装置连接，并将准备好的两种渗透率岩芯7安装在射孔上，将岩芯7与量筒6相连，向下方射孔中注入聚合物凝胶类堵剂，直至相对应的岩芯7有堵剂流出。待堵剂成胶后，取下岩芯7，打开油井模型外管，取出封堵后的固井水泥。

步骤六：将取出的封堵后的上下两块岩芯7和水泥环轴向切片和径向切片，放在显微镜下观察，观察堵剂在岩芯7和水泥环中的分布状态，形貌特征，孔隙空间内堵剂滞留物堵剂在岩芯7和水泥环中的运移规律研究。

步骤七：将油井模型清洗干净，更换厚度为0.8mm，1mm，2mm，3mm，长度为600mm的平直合金片（参阅图6）进行实验，重复步骤一到步骤六。

步骤八：将油井模型清洗干净，更换厚度为0.5mm，长度600mm的合金片并将合金片折成图7形状，进行实验，重复步骤一到步骤六。

步骤九：将油井模型清洗干净，更换厚度为0.8mm，1mm，2mm，3mm的合金片并折成图7形状，并分别进行实验，重复步骤一到六。

步骤十：将油井模型清洗干净，更换厚度为0.5mm合金片并折成图8形状，并分别进行实验，重复步骤一到步骤六。

步骤十一：将油井模型清洗干净，更换厚度为0.8mm，1mm，2mm，3mm的合金片并折成图8形状分别进行实验，重复步骤一到步骤六。

步骤十二：将另一个油井模型组合安装好，更换长度为300mm的合金片，重复步骤二到步骤十一进行实验。

步骤十三：将油井模型5清洗干净，把步骤五中的聚丙烯氰凝胶堵剂更换为以0.3ml/min的速度注入冻胶类堵剂，重复步骤一到步骤十二，进行实验。

步骤十四：将油井模型5清洗干净，把步骤五中的聚丙烯氰凝胶堵剂更换为以0.3ml/min的速度注入水玻璃类堵剂，重复步骤一到步骤十二，进行实验。

步骤十五：将油井模型5清洗干净，把步骤五中的聚丙烯氰凝胶堵剂更换为以0.3ml/min的速度注入苯酚甲醛树脂类堵剂，重复步骤一到步骤十二，进行实验。

运用该实验方法可以很好的观察各种形态的裂缝中各种堵剂的成胶状况，分布状态，形貌特征，孔隙空间内堵剂滞留物堵剂在岩芯7和水泥环中的运移规律，从而总结出不同堵剂在不同裂缝中的封堵规律，将规律应用于实际油田，将会极大地提高堵剂的利用率和封堵效果，极大减少油田开发当中的损失，提高油井产量。