專利名稱：水平井剖面頂替效率測定裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是石油與天然氣工程中水平井剖面頂替效率的室內模擬測量裝置，用于測量水平井頂替過程中偏心環空剖面頂替效率，具體涉及的是水平井剖面頂替效率測定裝置。
背景技術：
良好的層間封隔效果是實現水平井分段壓裂提高薄差油層和低滲透油田采收率的關鍵，水平井頂替時由于套管自重偏心和水泥漿與鉆井液密度差的聯合作用，形成的水泥環薄厚不均，甚至有些地方沒有形成水泥環，同時由于局部泥漿滯留的存在，降低了界面膠結強度，無法形成良好的封隔系統，導致許多水平井壓裂后很快層間竄通，嚴重影響到水平井分段壓裂優勢的發揮。對于水平井頂替來說，主要存在如下兩個問題(1)水平井中，水泥漿、鉆井液所 受重力方向已經不再是軸向而是徑向，由于比重差的原因，使得重的水泥漿沉向低側，頂替界面更容易向井眼下側擴展，水泥漿在低邊形成指進現象獲得較好的頂替效果，而輕的鉆井液聚集在井眼上側很難被替走，形成連續的鉆井液竄槽通道；(2)套管自重使得水平井中偏心現象比較嚴重，套管偏心形成寬窄不一的環空間隙，固井頂替時頂替流體在寬間隙處的流動阻力要小于窄間隙處，使得頂替界面容易向寬間隙處擴展，窄間隙處形成鉆井液滯留。因此對于水平井來說，層間封隔效果受到頂替流體的密度差和套管偏心的雙重影響，套管偏心的方位及大小對層間封隔效果可能會產生截然不同的影響。因此需要了解套管偏心以及頂替流體密度差對水平井剖面頂替效率的影響，得出水平井偏心環空鉆井液滯留的規律。張興國等人通過實驗研究了紊流頂替及接觸時間對注水泥頂替效率的影響，通過測定Y射線穿透不同密度的流體時強度的變化來測定頂替效率。楊建波等人利用自行研制的偏心環空注水泥模擬試驗裝置，用相似液頂替試驗研究了密度差對頂替界面以及頂替過程的影響規律，在膨潤土漿相似液頂替試驗中，采用出口混漿密度連續測量法，對密度差等因素影響頂替效率的規律進行了較為系統的研究。這些實驗裝置只能測定頂替過程中兩種流體摻混流動時的頂替效果，不能測定頂替結束后環空剖面鉆井液滯留的位置以及厚度。本實用新型的研制可以用來解決目前缺少水平井偏心環空鉆井液滯留層厚度分布規律和剖面頂替效率測定的室內實驗裝置的問題。
發明內容本實用新型的目的是提供水平井剖面頂替效率測定裝置，它用于解決目前缺少水平井偏心環空鉆井液滯留層厚度分布規律和剖面頂替效率測定的室內實驗裝置的問題。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是這種水平井剖面頂替效率測定裝置包括水泥漿箱、鉆井液箱、內外管模擬裝置、調偏心機構、支撐座、“擬畢托管測速儀”、倒U型管差壓計，內外管模擬裝置由玻璃井筒內置封閉的塑料套管構成，內外管模擬裝置一端通過入口管分別連接水泥漿箱、鉆井液箱，內外管模擬裝置另一端連接出口管，內外管模擬裝置兩端分別安裝調偏心機構，內外管模擬裝置安裝在支撐座上；“擬畢托管測速儀”利用針管作測壓探頭，測壓探頭插入膠塞，膠塞底面固定到玻璃井筒上，倒U型管差壓計連接測壓探頭。上述方案中調偏心機構設置有調節螺桿、調節支撐座、刻度盤，調節螺桿和刻度盤安裝在調節支撐座上，通過調節螺桿來調節套管偏心度。上述方案中水泥漿箱、鉆井液箱分別連接一個泵，分別利用泵將水泥或鉆井液打入內外管模擬裝置的環形通道中。上述方案中“擬畢托管測速儀”的測壓探頭有兩根，其中一根探頭是彎成90°的彎曲探頭，另一根探頭垂直于流體流速方向。 本實用新型具有以下有益效果I、本實用新型可模擬水平井偏心環空不同周向角條件下井壁處的鉆井液滯留厚度，能夠明確的得出水平井頂替時環空的剖面頂替效率，為水平井頂替局部清洗工藝技術提供依據。2、本實用新型內外管模擬實驗裝置中套管偏心度可調；通過設計合理的水平井套管居中度，能夠降低環空剖面的鉆井液滯留厚度從而增加界面膠結強度，增強水平井環空封隔效果。3、本實用新型結構簡單、操作方便、適應能力強。
圖I是本實用新型的結構示意圖；圖2是本實用新型中“擬畢托管測速儀”結構示意圖；圖3是本實用新型中內外管模擬裝置環形通道剖面測點示意圖。I.泵2.流量閥3.入口管4.塑料套管5.玻璃井筒 7.出口管8.儲水泥漿箱 9.儲鉆井液箱 10.調節螺桿 11.支撐座 12.鉆井液箱 13.水泥漿箱14“擬畢托管測速儀” 15.倒U型管差壓計16.針管17.彎曲探頭18.膠塞。
具體實施方式
如圖I所示，這種水平井剖面頂替效率測定裝置包括水泥漿箱13、鉆井液箱12、內外管模擬裝置、調偏心機構、支撐座11、“擬畢托管測速儀” 14、倒U型管差壓計15，內外管模擬裝置由玻璃井筒5內置封閉的塑料套管4構成，玻璃井筒5與塑料套管4是環形腔，環形腔是水泥或鉆井液流動的通道，內外管模擬裝置一端通過入口管3分別連接水泥漿箱13、鉆井液箱12，內外管模擬裝置的另一端連接出口管7，出口管7下放置儲水泥漿箱8和儲鉆井液箱9，內外管模擬裝置的兩端分別安裝調偏心機構，內外管模擬裝置安裝在支撐座11上，支撐座11主要用于內外管模擬裝置的支撐和位移。“擬畢托管測速儀” 14利用針管16作測壓探頭，探頭插入膠塞18，膠塞18底面固定到玻璃井筒上，倒U型管差壓計15連接測壓探頭，通過倒U型管差壓計15讀出高度差，進而算出流速。內外管模擬裝置根據幾何相似原理，玻璃井筒5由內徑220mm的有機玻璃管組成，玻璃井筒5用于模擬井筒，內置外徑為139. 7mm的塑料套管4作為模擬套管，井筒全長15m，環空偏心度可調。調偏心機構設置有調節螺桿10、調節支撐座、刻度盤，調節螺桿和刻度盤安裝在調節支撐座上，通過調節螺桿10、支撐座來調節塑料套管4的偏心程度。水泥漿箱13、鉆井液箱12分別連接一個泵1，分別利用泵I將水泥或鉆井液打入內外管模擬裝置的環形通道中。水泥漿箱13連接泵通過流量閥2控制流量，循環鉆井液，鉆井液進入內外管模擬裝置，內外管模擬裝置進口處設置有測壓孔，測壓裝置安裝在測壓孔處，通過進口測壓裝置測定壓力，從環空出口流出鉆井液進入儲鉆井液箱9，關閉泵I和鉆井液進液閥，打開水泥漿進液閥，開泵，水泥漿頂替鉆井液。結合圖2，“擬畢托管測速儀”14采用兩個外徑W。)為I. 2mm、內徑Wi)為O. 8mm的針管16做測壓探頭，測壓探頭有兩根，其中一根探頭前段3式處折成90°，是彎成90°的彎曲探頭17，另一根探頭垂直于流體流速方向來測定靜壓，“擬畢托管測速儀”14另一端連接倒U型管差壓計15來測定總壓。探頭插入膠塞18，根據畢托管速度測量原理計算流速。注水泥漿頂替鉆井液過程中通過移動兩根探頭使倒U型管差壓計15為0，即環空速度為0，此時用刻度尺量出探頭長度，計算得出泥漿滯留層厚度。·`內外管模擬裝置塑料套管4上臂和玻璃井筒5上臂之間環空定義為O °，順時針為正，結合圖3所示，“擬畢托管測速儀”分別測量環空0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°，8處位置的鉆井液滯留層厚度，“擬畢托管測速儀”有八個，分別位于內外管模擬裝置距環空進口的距離分別為6m (環空0° ),6. 5m (環空45° )、7m (環空90° )、7· 5m(環空 135° )、8m (環空 180° ),8. 5m (環空 225° )、9m (環空 270° ),9. 5m (環空 315° )。采取不同的八點測定滯留層厚度使實驗過程中由于套管偏心和密度差對水平井剖面頂替效率的影響更加直觀、準確。測量井筒內壁滯留層厚度的方法，首先用刻度尺量出針管16的長度，在水泥漿頂替過程中當倒U型管差壓計15高度差為O時，再次測量針管16的長度，兩者之差再減去井筒壁厚即為滯留層厚度；測量套管外壁滯留層厚度的方法，將探頭插入環空并碰到套管外壁，用刻度尺測量針管露在井筒外長度，實驗過程中，向外拔針管，直到倒U型管差壓計15剛好有高度差時停止，此處即為滯留層邊緣，用刻度尺測量此時針管16的長度，兩者之差為滯留層厚度。本實用新型的測試過程首先模擬套管偏心對水平井剖面頂替效率的影響，連接好實驗儀器，調整調節螺桿10使塑料套管4在玻璃井筒5中的處于中心位置，實驗開始，測量環空各剖面的滯留層厚度。實驗結束后清洗實驗裝置，調整調節螺桿10使套管偏心，重復上述實驗步驟，記錄相應滯留層的厚度，得出水平井剖面頂替效率；其次模擬不同密度的流體在不同偏心度情況下的頂替效率，實驗步驟同上。由于該實驗裝置的使用，能模擬不同套管偏心、不同流體密度對水平井剖面滯留層厚度的影響，可直觀得出不同套管偏心和不同流體密度情況的水平井剖面頂替效率。
權利要求1.ー種水平井剖面頂替效率測定裝置，其特征在于這種水平井剖面頂替效率測定裝置包括水泥漿箱(13)、鉆井液箱(12)、內外管模擬裝置、調偏心機構、支撐座(11)、“擬畢托管測速儀”(14)、倒U型管差壓計(15)，內外管模擬裝置由玻璃井筒(5)內置封閉的塑料套管(4)構成，內外管模擬裝置一端通過入口管(3)分別連接水泥漿箱(13)、鉆井液箱(12)，內外管模擬裝置的另一端連接出ロ管(7)，內外管模擬裝置的兩端分別安裝調偏心機構，內外管模擬裝置安裝在支撐座(11)上；“擬畢托管測速儀”(14)利用針管(16)作測壓探頭，測壓探頭插入膠塞(18)，膠塞(18)固定到玻璃井筒5上，倒U型管差壓計(15)連接測壓探頭。
2.根據權利要求I所述的水平井剖面頂替效率測定裝置，其特征在于所述的調偏心機構設置有調節螺桿(10)、調節支撐座、刻度盤，調節螺桿(10)和刻度盤安裝在調節支撐座上。
3.根據權利要求I所述的水平井剖面頂替效率測定裝置，其特征在于所述的水泥漿箱(13)、鉆井液箱(12)分別連接ー個泵(I )。
4.根據權利要求I所述的水平井剖面頂替效率測定裝置，其特征在于所述的“擬畢托管測速儀”(14)的測壓探頭有兩根，其中一根探頭是彎成90°的彎曲探頭(17)，另ー根探頭垂直于流體流速方向。
專利摘要本實用新型涉及的是水平井剖面頂替效率測定裝置，這種水平井剖面頂替效率測定裝置包括水泥漿箱、鉆井液箱、內外管模擬裝置、調偏心機構、支撐座、“擬畢托管測速儀”、倒U型管差壓計，內外管模擬裝置由玻璃井筒內置塑料套管構成，內外管模擬裝置一端通過入口管分別連接水泥漿箱、鉆井液箱，內外管模擬裝置另一端連接出口管，內外管模擬裝置兩端分別安裝調偏心機構，內外管模擬裝置安裝在支撐座上；“擬畢托管測速儀”利用針管作測壓探頭，測壓探頭插入膠塞，膠塞底面固定到玻璃井筒上，倒U型管差壓計連接測壓探頭。本實用新型可模擬水平井偏心環空不同周向角條件下井壁處的鉆井液滯留厚度，測出水平井頂替時環空的剖面頂替效率。
文檔編號E21B33/13GK202628028SQ20122033047
公開日2012年12月26日 申請日期2012年7月10日 優先權日2012年7月10日
發明者艾池, 馮福平, 王利生, 王銀龍, 崔志華, 于法浩 申請人:東北石油大學