一种模拟固井注水泥混浆顶替的实验装置的制作方法

本实用新型属于石油完井用模拟装置技术领域，具体地说，涉及一种模拟固井注水泥混浆顶替的实验装置。

背景技术：

现场施工表明，地层封隔失效的关键因素在于水泥浆没有完全替净钻井液。在套管与井眼之间的环空间隙内形成了连续的钻井液窜槽。水泥浆替净环空间隙内的钻井液是保证固井质量的先决条件。

但两相流体之间的顶替过程非常复杂：注水泥顶替不能仅从两种液体之中任何一种液体的流速分布，就直接得出两种液体之间分界面的分布情况，它还与流体性能(流变特性和密度)之间的相互匹配、流体之间的相对流动状态以及流体混合时的相互反应等因素密切相关。

现有固井注水泥顶替模拟装置存在着受室内场地局限，尺寸较大、操作复杂、测量和采集数据困难，且实验花费大，不能连续分析顶替过程等缺点。

技术实现要素：

针对现有技术中上述的不足，本实用新型的目的在于提供一种模拟固井注水泥混浆顶替的实验装置，该模拟固井注水泥混浆顶替的实验装置具有空间占用面积小、操作简便、采集数据容易、成本低廉、可连续分析顶替过程等优点。

为了达到上述目的，本实用新型采用的优选的解决方案是：

一种模拟固井注水泥混浆顶替的实验装置，包括：储料装置、泵、第一输送管、第二输送管、进水管、第三输送管、第四输送管、出料管、接料装置、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关；第一输送管分别与泵和储料装置连通；第二输送管的一端与泵连通，另一端分别与进水管和第三输送管连通，第一开关设置于第二输送管，第二开关设置于进水管，第三开关设置于第三输送管；第三输送管分别与所述出料管和所述第四输送管连通；第四输送管包括相互连通的混浆段和出料段，混浆段具有近地端和远地端，近地端与第三输送管连通，远地端与出料段连通，出料段与接料装置连通；第五开关设置于混浆段。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，还包括缓冲盒；第三输送管包括连接段和输送段，连接段与第二输送管连通，输送段与第四输送管连通，，第三开关设置于连接段；缓冲盒设置于连接段与输送段之间，并连通连接段和输送段。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，混浆段设置有刻度。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，沿混浆段长度方向，混浆段设置有发光板。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，还包括摄像机，摄像机的镜头朝向混浆段设置。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，还包括用于连通第二输送管、进水管与第三输送管的第一三通管。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，还包括用于连通第三输送管、出料管与第四输送管的第二三通管。

本实用新型提供的一种模拟固井注水泥混浆顶替的实验装置的有益效果是：

本实用新型提供的模拟固井注水泥混浆顶替的实验装置，包括储料装置、泵、第一输送管、第二输送管、进水管、第三输送管、第四输送管、出料管、接料装置、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关；根据上述各零部件之间的连接关系，以及设置方式设计得到的实验装置，通过泵分别将模拟隔离液及水泥浆送到指定位置后，依靠自来水水压大且稳定的特点实现水泥浆与隔离液在第四输送管中作层流顶替。该实验装置具有空间占用面积小、操作简便、采集数据容易、成本低廉、可连续分析顶替过程等优点。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的模拟固井注水泥混浆顶替的实验装置的结构示意图。

附图标记：100-模拟固井注水泥混浆顶替的实验装置；110-储料装置；120-泵；130-第一输送管；140-第二输送管；150-进水管；160-第三输送管；170-第四输送管；180-出料管；190-接料装置；200-第一开关；210-第二开关；220-第三开关；230-第四开关；240-第五开关；250-缓冲盒；260-第一三通管；270-第二三通管；280-发光板；290-摄像机；291-镜头；161-连接段；162-输送段；171-混浆段；172-出料段；173-近地端；174-远地端。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

以下结合附图1对本实用新型作进一步描述：

本实用新型提供了一种模拟固井注水泥混浆顶替的实验装置100，包括：储料装置110、泵120、第一输送管130、第二输送管140、进水管150、第三输送管160、第四输送管170、出料管180、接料装置190、第一开关200、第二开关210、第三开关220、第四开关230、第五开关240和缓冲盒250。

需要说明的是，第一输送管130、第二输送管140、进水管150、第三输送管160、第四输送管170、出料管180在本实施例中进一步地为透明软管，以便于观察管内情况，在其他实施例中，也可为能够实现的其他情况。

其中，需要说明的是，在本实施例中，储料装置110和接料装置190的结构不做具体限制，进一步地均采用桶体，以节省装置成本，在其他实施例中也可为其他能够实现其功能的其他的结构。

在本实施例中，储料装置110用于盛放模拟隔离液和水泥浆。在本实施例中，第一输送管130分别与泵120和储料装置110连通。第二输送管140的一端与泵120连通，另一端分别与进水管150和第三输送管连通。在本实施例中，泵120具有用于泵120送模拟隔离液及水泥浆到指定位置的作用。需要说明的是，在本实施例中，进一步地，采用第一三通管260连通第二输送管140、进水管150和第三输送管。

在本实施例中，第一开关200设置于第二输送管140；第一开关200用于控制在泵120的作用下从出料装置中吸出的模拟隔离液或水泥浆经第一输送管130、泵120和第二输送管140是否继续进行输送。第二开关210设置于进水管150；第二开关210用于控制水的输送。

第三开关220设置于第三输送管，需要说明是，在本实施例中，第三开关220通过调整自身闭合程度以达到调整流量目的。

需要说明的是，在本实施例中，进一步地，第三输送管包括连接段161和输送段162，其中，连接段161与第二输送管140连通，输送段162与第四输送管连通，第三开关220设置于连接段161。缓冲盒250设置于连接段161与输送段162之间，并连通连接段161和输送段162。缓冲盒250的设置能够消除由于第三开关220节流后形成的局部紊流。

在本实施例中，第三输送管分别与所述出料管180和所述第四输送管170连通，第四开关230设置于出料管180，第四开关230用于控制是否放出水泥浆。

需要说明的是，在本实施例中，第四输送管170包括相互连通的混浆段171和出料段172，第五开关240设置于混浆段171。其中，混浆段171具有近地端173和远地端174，近地端173与第三输送管160连通，进一步地与输送段162连通，在本实施例中，进一步地，采用第二三通管270连通第三输送管160、出料管180和第四输送管。远地端174与出料段172连通，出料段172与接料装置190连通。

需要说明的是，在本实施例中，混浆段171设置有刻度，以用于观察混浆段171内混桨的长度，解决水泥浆与模拟隔离液相混后，混合比例不明显的问题。进一步地，沿混浆段171长度方向，混浆段171设置有发光板280，以便能更为清晰观察顶替过程中模拟隔离液与水泥浆混合现象。在本实施例中，进一步地，还包括摄像机290，且摄像机290的镜头291朝向混浆段171设置，以记录混浆段171流体的流动情况。

本实施例提供的模拟固井注水泥混浆顶替的实验装置100是这样工作的：实验之前，先配置好水泥浆与模拟隔离液，先将模拟隔离液放入储料装置110；打开第一开关200、第三开关220和第五开关240，并开启泵120，待模拟隔离液充满混浆段171后，关闭第五开关240与泵120，同时打开第二开关210和第四开关230，并关闭第一开关200，用自来水冲刷干净进水管150、第三输送管和出料管180；关闭第三开关220，并打开第一开关200，利用自来水冲洗干净再冲刷干净进水管150、第二输送管140、第一输送管130和泵120；接着将水泥浆放入储料装置110中，再打开开关第四开关230、第一开关200和第三开关220，关闭开关第二开关210，开启泵120，待第四开关230处流出一定量水泥浆后关闭第四开关230，并关闭泵120和第四开关230；此时将第三开关220关闭到一定程度以调节流量，在发光板280处用摄像机290记录实验顶替过程，开启第二开关210，利用自来水压力稳定的特点顶替水泥浆和模拟隔离液，待水泥浆与模拟隔离液的混合液到达指定位置后关闭第二开关210。利用接受装置收集实验顶替过程排出的流量，即可通过公式u＝4V/πD²计算出平均流速。

综上所述，本实施例提供的模拟固井注水泥混浆顶替的实验装置100，该模拟固井注水泥混浆顶替的实验装置100具有空间占用面积小、操作简便、采集数据容易、成本低廉、可连续分析顶替过程等优点。

以上所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。