CN109765162A - 一种快速便捷的固井水泥石渗透率测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于具体水泥石渗透率测试技术领域，具体涉及一种快速便捷的固井水泥石渗透率测试装置，储水装置包括箱体；箱体上的入水口设有第一接头，第一接头用于与供水箱或高压气源连接；箱体底部设有排液口；箱体上还设有加压口，与外接增压装置连接；箱体内有液面高度控制器，液面高度控制器顶部位于入水口处，底部设有空心橡胶球；箱体底部通过第二接头与水泥石模具顶部的第三接头连接，第三接头还连接第一外接口，第一外接口接入压力表；水泥石模具下方连接的第四接头设有电子秤，第四接头还连接第二外接口，第二外接口接入压力表。本发明可分别利用气体或液体介质测试水泥石渗透率，可同时配备多个水泥石模具以进行批量操作，提高效率。
Description
技术领域
本发明属于具体水泥石渗透率测试技术领域，具体涉及一种快速便捷的固井水泥石渗透率测试装置。
背景技术
石油、天然气等常规能源以及天然气水合物、页岩气等非常规能源的产出都需要经过一系列复杂的过程，其中主要包括钻井、固井和完井，而固井质量的好坏直接关系到井的生产寿命，对开采的经济性与可持续性起着至关重要的作用。固井主要包括油气目的层固井和钻井中途固井，其目的主要都是维护井壁地层的长期稳定性，而油气层的固井还包括封隔相邻地层以防止油气在层间窜流，并封隔非产出层，让油气资源有序地从设计通道中产出，从而也就避免了一系列井喷、井塌、井漏等事故的发生。
将加入一定的添加剂制备而成水泥浆，通过一定的工艺方法导入到套管与地层间的环空，形成具有一定强度的水泥石，并达到保护井壁地层的稳定性和封隔相邻地层的目的的过程就叫做固井。固井质量的好坏主要取决于二界面的胶结强度与封隔能力，而这都与渗透率密切相关。常用的水泥石渗透率测试方法主要是通过达西定律，以高压惰性气体为介质进行测量，过程中需要加一定的围压，以防止气体从样品表面和橡胶模间的间隙流过，影响结果的准确性。因为整个过程需要用到高压气体，并需要施加围压，则测试装置的气密性就十分重要，但实际上样品表面和橡胶模间的气密性通常难以直接判断。而且制作和测试不同尺寸(直径) 的待测样品时需要用到相应尺寸的样品制作模具以及测试时样品的夹持模具，会使成本大大提高。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种快速轻便的固井水泥石渗透率测试装置，该装置的测试介质可供选择，且无需购买，自制方便；通过水泥石模具与快速接头的使用，无需配套的多种尺寸的样品制作模具和测试过程中的样品夹持模具，大大降低了仪器成本。还能通过快速接头的使用将整个仪器装置变的模块化，即安装、拆卸与更换方便快捷。
一种快速便捷的固井水泥石渗透率测试装置，包括储水装置、水泥石模具、供水箱、高压气源；所述的储水装置包括箱体；箱体上的入水口设有第一接头，第一接头用于与供水箱或高压气源连接；箱体底部设有排液口；箱体上还设有加压口，与外接增压装置连接；箱体内有液面高度控制器，液面高度控制器顶部位于入水口处，底部设有空心橡胶球；
箱体底部通过第二接头与水泥石模具顶部的第三接头连接，所述的第三接头还连接第一外接口，所述的第一外接口接入压力表；
水泥石模具下方连接的第四接头设有电子秤，第四接头还连接第二外接口，所述的第二外接口接入压力表。
所述的水泥石模具，包括水泥石模具上盖、水泥石模具下座，水泥石模具上盖上设有第三接头，水泥石模具下座设有第四接头；水泥石模具上盖和水泥石模具下座之间通过螺纹连接，连接处设有O形密封圈。
第一接头、第二接头、第三接头、第四接头为拔插式快速接头，根据不同尺寸的接头的选择可与不同类型/尺寸的压力管线连接。箱体上的加压口可与外接增压装置连接以增大箱体内的压力。当测试样品所需的上游压力较大，而箱体内液体不足以提供所需压力时，可通过加压口加压来提高压力。样品渗透率测量介质也可改用气体，此时，箱体由与原来的供水箱连接变为与高压气源连接。
固井水泥石渗透率测试装置可通过液体或气体介质测量水泥石样品的渗透率，且压力灵活可调。
本发明提供的一种快速便捷的固井水泥石渗透率测试装置，水泥石模具与快速接头的使用，可以方便地制备水泥石样品，且样品可在养护箱中进行养护，条件灵活可调，便于了解和掌握不同固井水泥石配方以及水泥石在各个状态下的渗透率的变化规律，尤其适用于大批量实验，可通过多个水泥石模具的使用节省样品养护时间。相对于传统的渗透率测试方法，本发明中无需样品制作模具和测试时样品的夹持模具，大大降低仪器成本。将渗透率测试装置变得模块化，能快速简便地安装、置换装置中的各个部件，使用便捷、易操作。装置可根据实验需要通过液柱压力或外接高压气源进行渗透率的测量，测量方式多样，减少测试成本，方便操作易上手。测试的气体或液体介质同时也可自制。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为水泥石模具侧视结构示意图；
图3为水泥石模具俯视结构示意图。
具体实施方式
结合附图说明本发明的具体技术方案。
一种快速便捷的固井水泥石渗透率测试装置，包括储水装置、水泥石模具7、供水箱14、高压气源13；所述的储水装置包括箱体1；箱体1上的入水口设有第一接头91，第一接头91用于与供水箱14或高压气源13连接；箱体1底部设有排液口10；箱体1上还设有加压口12，与外接增压装置连接；箱体1内有液面高度控制器2，液面高度控制器2顶部位于入水口处，底部设有空心橡胶球4；
箱体1底部通过第二接头92与水泥石模具7顶部的第三接头93连接，所述的第三接头93还连接第一外接口61，所述的第一外接口61接入压力表；
水泥石模具7下方连接的第四接头94设有电子秤8，第四接头94还连接第二外接口62，所述的第二外接口62接入压力表。
所述的水泥石模具7，包括水泥石模具上盖15、水泥石模具下座17，水泥石模具上盖15 上设有第三接头93，水泥石模具下座17设有第四接头94；水泥石模具上盖15和水泥石模具下座17之间通过螺纹连接，连接处设有O形密封圈20。
包括储水装置，储水装置包括箱体1；箱体1上入水口的第一接头91为拔插式快速接头，与内外连接，用于注入/流出液体(或气体)，根据不同尺寸的第一接头91的选择可与不同类型/尺寸的压力管线连接。箱体1上的排液口10用于排出多余液体，箱体1上的加压口12可与外接增压装置连接以增大箱体1内的压力。箱体1内有液面高度控制器2，液面高度控制器2包括空心橡胶球4。当测量质量为液体时，液面高度控制器2工作，即当箱体1内水位达到要求位置时，空心橡胶球4受浮力作用上升，液面高度控制器2堵塞住入水口，阻止水流继续流入箱体1 内，当箱体1内水位下降，空心橡胶球4也会随之下落，这时，入水口就会继续进水。这样能够将箱体1的水位固定在要求位置，即使待测样品上游保持稳定压力。同时，可通过调节液面高度控制器2在箱体内的高度从而来调节稳定后液面的高度。另外，当测试样品所需的上游压力较大，而箱体1内液体不足以提供所需压力时，可通过加压口12加压来提高压力。待测样品上游压力可通过液面高度计算得出，如精度要求较高，则需要计入管线中流体的压力损失，此时可通过理论计算或在第一外接口61接入压力表进行标定得出。
样品渗透率测量介质也可改用气体，此时，箱体1由与原来的供水箱14连接变为与高压气源13连接，由高压气源13提供测试所需压力，与此同时，液面高度控制器2处于常开状态，而箱体1主要起稳压作用；或者可使用打气筒通过加压口12向储水箱内加压，使箱体1中压力增大到需要值，以空气为测试介质，此时液面高度控制器2不工作，箱体1作为高压气源。待测样品上游压力可通过高压气源压力表读出，或可在外接口6处接入压力表测量得出，而样品下游压力为标准大气压力。另外，在下游外接口6处接入流量剂以测量流过样品的气体流量。在箱体1的出口处第二接头92可以为快速接头，通过快速接头的类型/尺寸选择可以连接不同规格的压力管线，以满足不同实验需要。
水泥石模具7的水泥石模具上盖15和水泥石模具下座17之间通过螺纹连接，且通过O形密封圈20进行密封，采用端面压密封的形式，简单耐用。渗透率的测量过程中，待测样品的下游压力通常为标准大气压，此时水泥石模具7的第四接头94可由一般接头替代。而当实验要求下游压力不为标准大气压时，选用快速接头，且连接有压力管线与第二外接口62，可辅以外接压力表测量下游压力。
固井水泥石渗透率测试装置可通过液体或气体介质测量水泥石样品的渗透率，且压力灵活可调，压力的测量可以通过第一外接口61、第二外接口62接压力表进行测量，也可以通过液体到待测样品的高度差减去管线中流体的压力损失得到。装置多处采用快速接头使系统模块化，各部件选择灵活，安装和更换方便，易于操作，节省时间。
使用方式之一：
实验目的主要是以蒸馏水为介质测量不同配方水泥石的渗透率，分析水泥石不同组分对渗透率的影响情况。
首先是待测样品18的制备，根据实验设计方案，分别称量出制作单个样品所需的水泥、水及外加剂质量，按照水泥浆标准制备流程，将所称量的物质分别置入搅拌器皿中并利用搅拌机进行充分搅拌，然后将制作好的水泥浆倒入水泥石模具7中(不高于最高刻度线)，上下震动模具以排除水泥浆中的气泡，以减少实验误差。接着将水泥石模具7放入养护箱中，在实验方案所设定的温度、湿度下养护所需时间。实验过程中，可利用多个水泥石模具7同时制备不同配方的水泥石，以减少实验所耗时间，提高工作效率。将养护好的待测样品18从养护箱中取出，利用凡士林或蜡将待测样品18与水泥石模具下座17间(潜在)缝隙21堵住，然后盖上水泥石模具上盖15，通过快速接头连接水泥石模具7上下方的压力管线5。
接着进行渗透率测试操作，整个装置按图1所示进行连接，其中第一外接口61处于常闭状态，水泥石模具7下游的第四接头94可以省去，箱体1通过第一接头91与供水箱14相连，压力管线5可根据压力值选择合适的规格。然后向供水箱14和箱体1中注入适量蒸馏水，通过液面高度控制器2调节箱体1内液面高度，打开压力管线5上开关使液体流过待测样品18，当待测样品18下游出水处水流稳定时，测量时间t内流过待测样品18的液体的质量m。实验过程中记录待测样品18高度L，样品横截面积A，以及储水箱1中液面到到样品上表面的高度H。
结合达西定律样品渗透率可表示为：
式中，μ—水的粘度；ρ—水的密度；g—重力加速度。
实验过程中，若水泥样品渗透率较低，箱体1中液面到到样品上表面的高度H所提供的压力不足以使液体流过待测样品，则可利用打气筒，通过箱体1上的加压口12向箱体1施加一定的气体压力P0，改变待测样品18上游的压力条件。此时样品渗透率可表示为：
使用方式之二：
实验目的主要是以外接高压气源为介质测量不同配方水泥石的渗透率，分析水泥石不同组分对渗透率的影响情况。
待测样品的制备方法与使用方式之一中的方法相同，在渗透率测试操作过程中则有一定差别。整个装置按图1所示进行连接，其中，箱体1通过第一接头91与高压气源13相接，第一外接口61接压力表，水泥石模具7下游的第四接头94可以省去，压力管线5选择金属耐高压管线。测试过程中以气体为介质，此时箱体1无需加水，且主要起稳压作用，而空心橡胶球4受重力作用位于液面高度控制器2底部，液面高度控制器2不工作。
打开高压气源13，使箱体1中压力逐渐上升到合适值，然后打开压力管线5上开关使气体介质流过待测样品18。实验过程中记录待测样品18高度L，样品横截面积A，样品上游压力，以及流量Q。结合达西定律，样品渗透率可表示为：
式中，μ—水的粘度；P0—标准大气压力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的原理和内容之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种快速便捷的固井水泥石渗透率测试装置，其特征在于，包括储水装置、水泥石模具(7)、供水箱(14)、高压气源(13)；所述的储水装置包括箱体(1)；箱体(1)上的入水口设有第一接头(91)，第一接头(91)用于与供水箱(14)或高压气源(13)连接；箱体(1)底部设有排液口(10)；箱体(1)上还设有加压口(12)，与外接增压装置连接；箱体(1)内有液面高度控制器(2)，液面高度控制器(2)顶部位于入水口处，底部设有空心橡胶球(4)，液面高度控制器(2)在箱体(1)内的高度可以自由调节；
箱体(1)底部通过第二接头(92)与水泥石模具(7)顶部的第三接头(93)连接，所述的第三接头(93)还连接第一外接口(61)，所述的第一外接口(61)可接入压力表；
水泥石模具(7)下方连接的第四接头(94)设有电子秤(8)，第四接头(94)还连接第二外接口(62)，所述的第二外接口(62)可接入压力表。
2.根据权利要求1所述的一种快速便捷的固井水泥石渗透率测试装置，其特征在于，所述的水泥石模具(7)，包括水泥石模具上盖(15)、水泥石模具下座(17)，水泥石模具上盖(15)上设有第三接头(93)，水泥石模具下座(17)设有第四接头(94)；水泥石模具上盖(15)和水泥石模具下座(17)之间通过螺纹连接，连接处设有O形密封圈(20)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190517 |