固井水泥漿水侵模擬評價儀及評價方法與流程

本發明涉及油氣井固井過程中的水泥漿水侵模擬評價儀及評價方法，可用于評價固井水泥漿的抗水侵能力。

背景技術：

在油田開發中后期，鉆調整井(為進一步開發及實現油氣層層系細分和井網加密而所鉆的生產井、注水井及更新井等)是提高油田儲量動用程度、實現油田穩產的重要措施之一。隨著油田的進一步開發，每年鉆調整井的數量越來越多。因為在老油區長期注水開采，導致地層壓力系統紊亂，安全壓力窗口窄，固井過程中壓穩和壓漏矛盾突出，水竄、水侵問題頻繁發生，嚴重影響調整井的固井質量。

有學者提出調整水泥漿體系得到觸變性強、靜膠凝強度發展快的防竄水泥漿來提高調整井的固井質量(沈志宏，杜輝強，伍尚繼等.薄油層薄隔層活躍水層調整井固井技術[J].石油鉆采工藝,2001,23(2):25-26)，或者增大自由水和地層水侵入的流動阻力來提高調整井的固井質量(舒秋貴等.注水區塊調整井固井水侵機理研究[J].西部探礦工程,2004,16(2):72-74)。由于地層水不斷侵入水泥漿中，破壞水泥漿的膠凝結構，形成局部小段或大段竄槽(邱燮和等.超淺調整井固井防水竄技術[J].鉆井液與完井液,2013,30(4):84-87)，這些針對水竄、水侵問題的研究，多從縮短水泥漿稠化時間、降低水泥漿濾失、減少水泥漿凝結過程中的體積收縮、使用雙凝水泥漿、環空憋壓彌補水泥漿失重等方面入手，但效果都不是很好，不能從根本上解決調整井固井水侵問題。

因此從水泥漿分子內聚力出發，研究水泥漿自身抗水侵能力，顯得尤為重要。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供固井水泥漿水侵模擬評價儀，該裝置可以模擬固井中水侵的過程、評價水泥漿體系的抗水侵能力，也可以測得模擬巖心與水泥漿接觸界面的膠結強度、竄通壓力，為優化調整井的固井水泥漿配方、提高水泥漿的抗水侵能力提供參考，克服了現有技術的缺陷和不足。

本發明的另一目的還在于提供利用上述評價儀對固井水泥漿抗水侵能力進行評價的方法，該方法原理可靠，操作簡便，具有廣闊的市場前景。

為達到以上技術目的，本發明提供以下技術方案。

固井水泥漿水侵模擬評價儀，主要由釜體、氮氣源、中間容器、水浴鍋等組成。

所述釜體內部，由外向內依次有水泥漿、模擬巖心，所述模擬巖心中心有一個豎直方向不通透的孔；所述釜體外部，釜體頂蓋A通過進水口連接中間容器、氮氣源，釜體頂蓋B通過注氣口連接氮氣源。

所述釜體頂蓋A有進水口、卡槽，釜體頂蓋B有注氣口、卡槽；所述釜體底蓋有水泥漿注入口(2個)、出氣口、卡槽；所述釜體中部有兩圈泄壓螺絲(每圈6個)。

將模擬巖心放入釜體內部，將釜體頂蓋A和釜體底蓋蓋好，將裝置倒置，通過釜體底蓋的水泥漿注入口向釜體內注入水泥漿；水泥漿凝結之后，將釜體頂蓋A取下換上釜體頂蓋B，將釜體底蓋松開幾扣，將出氣口旋開，通過釜體頂蓋B上的注氣口通氣。

所述模擬巖心上、下部均墊有石墨墊環，上部的石墨墊環中心有孔，防止水從上部和下部竄入水泥漿。

所述釜體頂蓋A、釜體頂蓋B和釜體底蓋，與釜體本身均是絲扣連接并墊有密封圈。

本發明的模擬巖心選取與地層滲透率和孔隙度相當的即可。

利用上述評價儀對固井水泥漿進行水侵模擬評價的方法，依次包括以下步驟：

(1)將與地層滲透率和孔隙度相當的模擬巖心飽和水后，放在釜體頂蓋A的卡槽上，再放入釜體，將釜體底蓋蓋好，將其倒置，將按規范《油井水泥試驗方法》(GB/T19139-2003)配置好的水泥漿，通過釜體底蓋的水泥漿注入口向釜體內注入水泥漿，直至水泥漿從釜體底蓋的另一注入口冒出時為止，將水泥漿注入口螺絲擰緊，然后將釜體放入水浴鍋中加熱，將溫度設定為井下實際溫度T₁；

(2)中間容器內裝有水，通過氮氣源給水以恒定壓力P₁，通過釜體頂蓋A的進水口向模擬巖心內注水，同時調節泄壓螺絲使釜體內部的水泥漿有一定的流動空間，經過一段時間，模擬巖心中的水會滲透到水泥漿與模擬巖心的膠結界面；

(3)水泥漿凝固后，關閉氮氣源，將釜體頂蓋A取下換上釜體頂蓋B，將釜體底蓋上的出氣口旋開；將釜體頂蓋B的注氣口通過管線連接到氮氣源上，打開氮氣源，逐漸加壓，直至從出氣口能感覺到氣流為止，記下此時壓力表的讀數P₂，即模擬巖心與水泥漿接觸面的竄通壓力，關閉氮氣源；

(4)將釜體打開，通過壓力試驗機測出模擬巖心與水泥漿接觸面的膠結力F₁，從而計算出模擬巖心與水泥漿接觸面的膠結強度；

(5)模擬巖心與水泥漿接觸面的膠結強度和竄通壓力是評價水泥漿體系抗水侵能力的兩個指標，膠結強度越大、竄通壓力越大，說明該水泥漿體系抗水侵能力越好，反之越差。

與現有技術相比，本發明在通過實驗研究水侵影響固井質量作用機理、水侵對水泥漿及其凝結特性影響的基礎上，形成一套水泥漿抗水侵能力的評價方法，可為優化調整井固井水泥漿配方、提高水泥漿的抗水侵能力提供參考。

附圖說明

圖1是固井水泥漿水侵模擬評價儀的結構示意圖。

圖2是固井水泥漿水侵模擬評價儀釜體頂蓋B的結構示意圖。

圖中：1-1-釜體頂蓋A，1-2-釜體頂蓋B，2-釜體，3-釜體底蓋，4-進水口，5、7-水泥漿注入口，6-出氣口，8、9-泄壓螺絲，10-模擬巖心，11-水泥漿，12、13、21、25-密封圈，14-中間容器，15-氮氣源，16、18、23-卡槽，20-注氣口，19、22-石墨墊環，17-帶孔的石墨墊環，24-水浴鍋。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

參看圖1、圖2。

固井水泥漿水侵模擬評價儀，主要由釜體2、水浴鍋24、中間容器14、氮氣源15組成，所述釜體2位于水浴鍋24中，釜體2上部有釜體頂蓋A1-1和釜體頂蓋B1-2，下部有釜體底蓋3。

所述釜體2內部，由外向內依次有水泥漿11、模擬巖心10，所述模擬巖心10中心有一個豎直方向不通透的孔；釜體2中部有兩圈泄壓螺絲8、9。

所述釜體頂蓋A1-1有進水口4、卡槽16，釜體頂蓋B1-2有注氣口20、卡槽23；所述釜體頂蓋A1-1通過進水口4連接中間容器14、氮氣源15，釜體頂蓋B 1-2通過注氣口20連接氮氣源15。

所述釜體底蓋3有2個水泥漿注入口5、7，還有出氣口6、卡槽18。

所述模擬巖心10上下部均墊有石墨墊環，上部是帶孔的石墨墊環17，下部是石墨墊環19、22，防止水從上部和下部竄入水泥漿11。

所述釜體頂蓋A1-1、釜體頂蓋B1-2、釜體底蓋3與釜體2本身均是絲扣連接并墊有密封圈13、21、25和12。

利用上述評價儀對固井水泥漿進行水侵模擬評價的方法，依次包括以下步驟：

(1)將與地層滲透率和孔隙度相當的模擬巖心10飽和水后，放在釜體頂蓋A1-1的卡槽16上，再放入釜體2，將釜體底蓋3蓋好，將其倒置，通過釜體底蓋3上的水泥漿注入口5向釜體內注入水泥漿11，直至從釜體底蓋3的另一水泥漿注入口7冒出時為止，將水泥漿注入口5、7螺絲擰緊，然后將釜體2放入水浴鍋24中加熱，將溫度設定為井下溫度60℃；

(2)中間容器14內裝有水，通過氮氣源15給水以恒定壓力2MPa，通過釜體頂蓋A1-1的進水口4向模擬巖心10內注水，同時調節泄壓螺絲8、9使釜體內部的水泥漿11有一定的流動空間，經過一段時間，模擬巖心10中的水會滲透到水泥漿11與模擬巖心10的膠結界面；

(3)水泥漿凝固后，關閉氮氣源15，將釜體頂蓋A1-1取下換上釜體頂蓋B1-2，將釜體底蓋3上的出氣口6旋開；將釜體頂蓋B1-2的注氣口20通過管線連接到氮氣源15上，打開氮氣源，慢慢加壓，直至從出氣口能感覺到氣流為止，此時壓力表的讀數為4.5MPa，即模擬巖心10與水泥漿11接觸面的竄通壓力，關閉氮氣源15；

(4)將釜體2打開，通過壓力試驗機測出模擬巖心10與水泥漿11接觸面的膠結力為15.6KN，計算出模擬巖心與水泥漿接觸面的膠結強度為2.42MPa；

(5)實驗結束。