一种固井冲洗液冲洗效率评价装置及方法与流程

本发明属于油气井固井
技术领域：
，具体涉及一种固井冲洗液冲洗效率评价装置及方法。
背景技术：
：冲洗液是在注水泥浆前预先泵入的一段流体,用以冲洗附着在井壁和套管壁上的浮泥饼。但是目前就固井冲洗液的冲洗效率评价,国内外还没有形成统一的标准、方法和手段。固井施工中,冲洗液应用的是否合理直接关系到环空7的冲洗效率,甚至会影响到界面的胶结强度和封固质量。因此,建立一种符合现场实际情况的冲洗效率评价方法至关重要。然而，国内外还没有形成统一的固井冲洗效率评价方法,并且现在一些常用的冲洗效率评价方法还存在着很大的不足,还不能完全为现场固井施工提供合理有效的指导。目前有4种评价冲洗液冲洗效率的方法，分别为锥形瓶法、钻屑柱法、建立大型模拟井筒和旋转黏度计法，但每种方法都只适用于特定的情况，各有利弊，一直没有统一的评价方法。锥形瓶法是最早使用的方法，比较原始，也相对简单。该方法的具体操作是：把10ml钻井液放入锥形瓶，加入一定量的冲洗液，盖上瓶塞摇动30s，从瓶中倒出混合物，观察冲洗情况。该方法非常简单，但有明显的缺陷，测量不准确，摇动力量的大小因人、因时而异，可重复性差，该方法只用于粗略地评价冲洗效果，现已很少使用。钻屑柱法称取500g钻屑，并用钻井液包裹，装入玻璃筒内，注入一定量的冲洗液，使冲洗液流过钻屑柱，根据冲洗掉的钻井液的质量计算冲洗效率。该方法与锥形瓶法相比有很大的进步，可以计算冲洗效率，但还是不完善，试验过程也比较复杂。建立大型模拟井筒，通过建立模拟井筒实现真实顶替过程，但该方法不能实际观察冲洗效果，而且试验规模很大，需要大功率的循环设备，不适合在室内评价冲洗液的性能。旋转黏度计法该方法是使旋转黏度计的转筒外壁沾满钻井液，杯中装满冲洗液，转速设定在200r/min，冲洗一定时间，观察冲洗效果。该方法可以直观地观测冲洗效果，但是不能定量表征冲洗效率，并且冲洗过程也与实际工况存在着较大的差距。因此，仍然不能指导现场施工。而且以上4种方法，不能很好地模拟井筒情况，如井筒井壁的粗糙不平等，这些都会影响冲洗液的效果。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种固井冲洗液冲洗效率评价装置，应用砂岩来模拟井壁，可以很好地模拟钻井液滤失造壁、固井冲洗过程。本发明的另一个目的在于提供一种固井冲洗液冲洗效率评价方法，通过真实地模拟过程，得出冲洗液的冲洗效率，为固井冲洗时洗井液的选择提供一种实用方法。为此，本发明提供的技术方案如下：一种固井冲洗液冲洗效率评价装置，包括模拟井筒、钻井液水箱、冲洗液水箱和泵，所述钻井液水箱和冲洗液水箱均通过泵与模拟井筒的注入孔连通。所述模拟井筒包括内筒和外套，所述内筒的顶部设有注入孔，所述内筒的底部与内筒和外套之间的环形空间连通，所述内筒和外套的环形空间连通有返出孔，所述外套的内壁和外壁之间为环空，所述环空内填充有砂岩，所述外套的内壁上均匀设有多个失水孔。所述外套底部密封连接有底座，所述内筒和外套顶部连接有法兰顶盖，所述注入孔设于法兰顶盖的中部，所述返出孔设于法兰顶盖的两侧。所述砂岩包括不同粒径的砂粒，砂粒占砂岩的质量百分比至少为50％，所述砂粒包括250-350目粒径的砂粒和550-650目粒径的砂粒，其中，250-350目粒径的砂粒占砂粒总质量的百分比为70％，550-650目粒径的砂粒占砂粒总质量的百分比为30％。所述砂粒包括300目粒径的砂粒和60目粒径的砂粒。所述模拟井筒的高度为800mm，所述内筒的内径d1为80mm，所述外套的内径d2为120mm。一种固井冲洗液冲洗效率评价方法，采用固井冲洗液冲洗效率评价装置，包括以下步骤：步骤1)称重内筒的质量g0；步骤2)关闭返出孔上的阀门，然后开泵将钻井液水箱中的钻井液由注入孔注入内筒，并充满模拟井筒，然后用气顶替加压，使钻井液向外套环空填充的砂岩所模拟的井壁失水形成滤饼，然后取出内筒，称重g1；步骤3)通过泵将冲洗液水箱中的冲洗液由注入孔注入内筒，紊流顶替模拟井筒内的钻井液，之后取出内筒，称重g2；步骤4)计算冲洗效率a，步骤5)冲洗效率a达到设定值，则评价该冲洗液冲洗效率可满足冲洗要求。步骤3)中冲洗液紊流顶替钻井液时，泵的临界排量q通过下式确定：式中，d0为内筒的外径，cm；d2为外套的内径，cm；ν为上返速度，cm/s。钻井液的注入时间为4-6min，洗井液的顶替时间为7-10min。所述步骤5)中冲洗效率a的设定值为80％。本发明的有益效果是：本发明提供的这种固井冲洗液冲洗效率评价装置，通过设置模拟井筒模拟钻井液滤失造壁、固井冲洗过程，其中，内筒模拟套管，外套的内壁及环孔模拟井壁，真实地模拟了实际情况，对冲洗液评价至关重要。该装置通过在外套的环孔内填充砂岩，砂岩中包括不同粒径的砂粒，模拟井筒井壁的粗糙度，并在外套的内壁设置失水孔，以便在加压的过程中形成压差，达到失水及形成滤饼的目的。另外，该装置尺寸按照现有井眼尺寸设计，很好地模拟井筒冲洗过程。在冲洗过程中，根据冲洗时壁面剪切速率及上返速度得出泵的临界排量，使冲洗液在紊流状态下实现冲刷井壁和套管的目的，实验结果参考性强，可以用于直到现场施工。为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。附图说明图1是本发明的一种实施方式结构示意图。图中：附图标记说明：1、内筒；2、外套；3、注入孔；4、返出孔；5、法兰顶盖；6、底座；7、环空。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。需说明的是，在本发明中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中所述的固井冲洗液冲洗效率评价装置的上、下、左、右。现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属
技术领域：
的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属
技术领域：
的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。实施例1：本实施例提供了一种固井冲洗液冲洗效率评价装置，包括模拟井筒、钻井液水箱、冲洗液水箱和泵，所述钻井液水箱和冲洗液水箱均通过泵与模拟井筒的注入孔3连通。使用过程：冲洗效率评价实验在动态模拟井筒内进行，井筒内有模拟套管和模拟井壁。首先用钻井液充满模拟井筒并加压(用气顶替加压)，钻井液向井壁失水形成滤饼。然后用冲洗液顶替钻井液，达到一定的接触时间即停止顶替。本发明提供的这种固井冲洗液冲洗效率评价装置，通过设置模拟井筒模拟钻井液滤失造壁、固井冲洗过程，真实地模拟了实际情况，对冲洗液评价至关重要。实施例2：在实施例1的基础上，本实施例提供了一种固井冲洗液冲洗效率评价装置，所述模拟井筒包括内筒1和外套2，所述内筒1的顶部设有注入孔3，所述内筒1的底部与内筒1和外套2之间的环形空间连通，所述内筒1和外套2的环形空间连通有返出孔4，所述外套2的内壁和外壁之间为环空7，所述环空7内填充有砂岩，所述外套2的内壁上均匀设有多个失水孔。本发明提供的这种固井冲洗液冲洗效率评价装置，内筒1模拟套管，通过在外套2的环孔内填充砂岩，砂岩中包括不同粒径的砂粒，模拟井筒井壁的粗糙度，并在外套2的内壁设置失水孔，以便在加压的过程中形成压差，达到失水及形成滤饼的目的。现有的室内装置由于无法模拟井筒的情况，如井筒井壁的粗糙不平等，这些都会影响冲洗液的效果。该装置很好地模拟了井筒的粗糙及钻井液滤失形成滤饼，对冲洗液评价至关重要，更真实地模拟了实际情况。实施例3：在实施例2的基础上，本实施例提供了一种固井冲洗液冲洗效率评价装置，所述外套2底部密封连接有底座6，所述内筒1和外套2顶部连接有法兰顶盖5，所述注入孔3设于法兰顶盖5的中部，所述返出孔4设于法兰顶盖5的两侧。如图1所示，固井冲洗液冲洗效率评价装置包括内筒1、外套2、法兰顶盖5、注入孔3、返出孔4，底座6，有冲洗液水箱、钻井液水箱，内筒1和外套2均上下开口。钻井液水箱、冲洗液水箱均通过不同管线连接泵之后连通注入孔3，返出孔4接空水箱。外套2的环空7之间填满砂岩，外套2的内壁均匀设有多个失水孔。其中，内筒1距离底座6的距离为2-5mm。实施例4：在实施例2的基础上，本实施例提供了一种固井冲洗液冲洗效率评价装置，所述砂岩包括不同粒径的砂粒，砂粒占砂岩的质量百分比至少为50％，所述砂粒包括250-350目粒径的砂粒和550-650目粒径的砂粒，其中，250-350目粒径的砂粒占砂粒总质量的百分比为70％，550-650目粒径的砂粒占砂粒总质量的百分比为30％。在本实施例中，砂粒包括300目粒径的砂粒和600目粒径的砂粒。砂岩中还包括水和水泥，目的是让不同粒径的砂粒胶结在一起，形成井壁，模拟井筒井壁的粗糙度。具体的组分比例根据实际油井的井壁组分配比来确定。实施例5：在实施例2的基础上，本实施例提供了一种固井冲洗液冲洗效率评价装置，所述内筒1和外套2均为钢管。现场使用的套管(内筒1)为钢管，井壁管(外套2)为钢管。使用相同的材质，使实验结果更准确。实施例6：在实施例2的基础上，本实施例提供了一种固井冲洗液冲洗效率评价装置，所述模拟井筒的高度为800mm，所述内筒1的内径为80mm，所述外套2的内径为120mm。根据目前常用的井身结构φ311.2mm(钻头)×φ244.5mm(技术套管)+φ215.9mm(钻头)×φ139.7mm(油套)。结合加工能力及固井施工情况，选定装置外套2120mm，内筒180mm。该装置尺寸按照现有井眼尺寸设计，很好地模拟井筒冲洗过程。砂岩井壁采用的是加入了不同粒径砂子的水泥浆体系(采用300目70％、600目30％的砂子)，模拟真实的井筒，井壁是外筒的内壁；并且在井壁上有很多失水孔，以便在加压的过程中形成压差，达到失水及形成滤饼的目的。冲洗液由上端人口注入，并在最下端(指内筒1和外筒的环空7)实现上返，使冲洗液在紊流状态下实现冲刷井壁和套管的目的。实施例7：本实施例提供了一种固井冲洗液冲洗效率评价方法，采用实施例2提供的固井冲洗液冲洗效率评价装置，包括以下步骤：步骤1)称重内筒1的质量g0；步骤2)关闭返出孔上的阀门，然后开泵将钻井液水箱中的钻井液由注入孔3注入内筒1，并充满模拟井筒，然后用气顶替加压，使钻井液向外套2环空7填充的砂岩所模拟的井壁失水形成滤饼，然后取出内筒1，称重g1；步骤3)通过泵将冲洗液水箱中的冲洗液由注入孔3注入内筒1，紊流顶替模拟井筒内的钻井液，之后取出内筒1，称重g2；步骤4)计算冲洗效率a，步骤5)冲洗效率a达到设定值，则评价该冲洗液冲洗效率可满足冲洗要求。其中，g1为吸附钻井液后的砂岩质量与内筒1(套管)的质量之和，g；g2为冲洗后的砂岩质量与内筒1(套管)的质量之和，g。冲洗液对井筒的冲刷，可以很好地清洗掉钻井液及滤饼，使固井水泥浆与套管及井壁形成很好地胶结，提高固井水泥浆胶结强度及质量，因此，当冲洗液的效率达到80％，即具有较好地冲洗效率。实施例8：在实施例7的基础上，本实施例提供了一种固井冲洗液冲洗效率评价方法，步骤3)中冲洗液紊流顶替钻井液时，泵的临界排量q通过下式确定：式中，d0为内筒1的外径，cm；d2为外套2的内径，cm；ν为上返速度，cm/s。根据旋转粘度计的测量原理，即转筒外壁沾满钻井液，杯中装满冲洗液，转子以200r/min旋转，观察冲洗效果。转速200r/min时，壁面剪切速率为340s-1，与井下壁面剪切速率接近。按照紊流顶替，上返速度为0.6-1.2m/s。不同返速下的剪切速率见表1。表1不同返速下的剪切速率根据目前常用的井身结构φ311.2mm(钻头)×φ244.5mm(技术套管)+φ215.9mm(钻头)×φ139.7mm(油套)。结合加工能力及固井施工情况，选定装置外筒120mm，内筒180mm。结合固井施工排量，达到紊流顶替，泵的排量为377cm3/s，即1.35m3/h，选定螺杆泵排量1.8m3/h。螺杆泵的流量可调。实施例9：在实施例7的基础上，本实施例选用冲洗液cxy-1、cxy-2、cxy-3进行冲洗效率评价实验，过程如下：①首先称重模拟套管(内筒1)并记录g0，接着连接管线，盖好法兰顶盖5密封，装满并称重，开泵将钻井液水箱中的钻井液替入模拟井筒的环形空间中，静止2h；②开泵，设置流量0.5m3/min，将钻井液循环4min，取出模拟套管(内筒1)，称重g1。③接入管线，开泵，设置流量1.3-3.0m3/min替入冲洗液水、cxy-1、cxy-2或cxy-3，循环接触时间10min；④取出模拟套管(内筒1)，称重g2，按照公式计算冲洗效率，并将模拟井筒打开观察冲洗效果。实验结果见表2。表2不同冲洗液实验结果冲洗液冲洗时间ming0/gg1/gg2/g冲洗效率％清水106822.46841.36830.756.1cxy1-1106898.76912.46900.388.3cxy1-2107010.27032.57012.689.2cxy1-3107065.57093.57076.890.7在本发明中，冲洗效率a的设定值为80％。实验结果表明，清水冲洗效率较差，化学冲洗液cxy-1、cxy-2或cxy-3具有较强的渗透冲洗作用，能够有效冲洗井壁。在本实施例中，钻井液选用细分散钻井液体系，冲洗液cxy-1、cxy-2或cxy-3购自西安川秦石油科技公司。本发明根据壁面剪切原理通过模拟井筒内固井冲洗液冲洗过程，设计了冲洗液效率评价装置，应用砂岩来模拟井壁，可以很好地模拟钻井液滤失造壁、固井冲洗过程，根据固井冲洗效率的定义，设计了固井冲洗液冲洗效率评价方法，具有很好地适用性。本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。当前第1页12