[發(fā)明專(zhuān)利]一種泡沫水泥漿發(fā)生器和水泥漿帶壓充氣裝置及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710702131.8
• 申請(qǐng)日: 2017-08-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109397538B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖京男;高元;曾敏;周仕明;丁士東;桑來(lái)玉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)石油化工股份有限公司;中國(guó)石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): E21B33/13
• 分類(lèi)號(hào): E21B33/13;B28C5/38
• 代理公司: 北京聿華聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11611
• 代理人: 劉烽

本發(fā)明涉及固井泡沫水泥漿領(lǐng)域，具體提供了一種可用于制備油氣井固井用泡沫水泥漿的泡沫發(fā)生器，以及基于該泡沫發(fā)生器的水泥漿帶壓充氣裝置及其應(yīng)用。本發(fā)明利用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理的泡沫發(fā)生器以及其他簡(jiǎn)單部件構(gòu)造可實(shí)現(xiàn)高壓條件下進(jìn)行泡沫和泡沫水泥漿取樣的裝置，為高壓泡沫水泥性能的真實(shí)評(píng)價(jià)奠定基礎(chǔ)，進(jìn)而為泡沫水泥固井優(yōu)化提供可靠的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固井泡沫水泥漿領(lǐng)域，具體涉及一種可用于制備油氣井固井用水泥漿的泡沫水泥漿發(fā)生器，還涉及一種水泥漿帶壓充氣、例如高壓充氮的模擬裝置以及水泥漿帶壓充氣方法。

背景技術(shù)

泡沫水泥漿以氣體(如空氣或氮?dú)獾?作為減輕劑，通過(guò)在水泥漿中引入氣體，并在發(fā)泡劑或穩(wěn)泡劑的作用下形成。實(shí)踐表明，泡沫水泥漿具有良好的防漏、防竄的能力，可壓縮性強(qiáng)，有利于保持泡沫水泥環(huán)的完整性。

根據(jù)發(fā)氣方式不同，泡沫水泥漿的發(fā)泡方式分為兩種：化學(xué)發(fā)泡與充氣發(fā)泡。化學(xué)發(fā)泡方式存在發(fā)氣量小，化學(xué)反應(yīng)過(guò)程不易控制，密度降低有限等特點(diǎn)。因此，國(guó)外主要發(fā)展充氣發(fā)泡技術(shù)，即在摻混有發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑的水泥漿中，以直接充氣的方式產(chǎn)生泡沫水泥漿，可實(shí)現(xiàn)任意設(shè)計(jì)氣量充入。

目前實(shí)驗(yàn)室主要采取高速攪拌(轉(zhuǎn)速12000r/min)的方式在大氣壓條件下進(jìn)行水泥漿發(fā)泡，而現(xiàn)場(chǎng)固井過(guò)程則是將高壓氮?dú)獗盟椭僚菽l(fā)生器中與水泥漿混合進(jìn)行發(fā)泡。并且，所采用的泡沫發(fā)生器為常規(guī)固井水泥漿攪拌漿杯，發(fā)泡效果不佳，且不能帶壓取樣測(cè)試；或者是經(jīng)過(guò)改造的密閉攪拌漿杯，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且同樣難以實(shí)現(xiàn)特定壓力下取樣測(cè)試。事實(shí)表明，現(xiàn)場(chǎng)泡沫水泥樣品與實(shí)驗(yàn)室樣品存在較大差異，主要表現(xiàn)為泡沫直徑小、泡沫穩(wěn)定性強(qiáng)等。因此，常壓條件下的泡沫水泥漿的室內(nèi)研究檢測(cè)不能準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中泡沫水泥漿的性能，從而不能有效地指導(dǎo)油氣井高壓注氣環(huán)境下所需泡沫水泥漿性能的選擇。

因此，需要開(kāi)發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、有助于提高充氣發(fā)泡效果且可幫助實(shí)現(xiàn)帶壓取樣的泡沫水泥漿發(fā)生器，以及一種可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)高壓注氣產(chǎn)生泡沫水泥過(guò)程模擬與泡沫水泥帶壓取樣分析的水泥漿帶壓充氣模擬裝置，為高壓注氣環(huán)境下泡沫水泥特性研究提供基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有水泥漿攪拌漿杯或改造水泥漿攪拌漿杯發(fā)泡效果不佳或結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不適用于帶壓取樣，以及現(xiàn)有攪拌式發(fā)泡系統(tǒng)不能完全模擬固井現(xiàn)場(chǎng)高壓注氣發(fā)泡過(guò)程或不能帶壓取樣等缺陷，旨在提供一種泡沫水泥漿發(fā)生器和一種水泥漿帶壓充氣物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，以及水泥漿帶壓充氣方法，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)高壓注氣產(chǎn)生泡沫水泥過(guò)程模擬與泡沫水泥帶壓取樣分析，為高壓注氣環(huán)境下泡沫水泥特性研究提供基礎(chǔ)，并指導(dǎo)油氣井高壓注氣環(huán)境下泡沫水泥體系的應(yīng)用選擇。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種泡沫水泥漿發(fā)生器，其包括混合均泡室，所述混合均泡室的頂部設(shè)有水泥漿入口，側(cè)面設(shè)有氣體入口和泡沫水泥漿出口；其中，所述混合均泡室內(nèi)部還設(shè)有均泡擾流組件。其中，氣體入口和泡沫水泥漿出口分別設(shè)于混合均泡室的相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面上。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述混合均泡室包括相互貫通的混合腔和均泡腔，水泥漿入口和氣體入口設(shè)在混合腔，泡沫水泥漿出口設(shè)在均泡腔，并且所述均泡擾流組件設(shè)在均泡腔內(nèi)。優(yōu)選地，均泡腔與混合腔的體積比在3-6：1。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述均泡擾流組件為螺旋組塊、若干珠子或若干依次排布的孔板。

優(yōu)選地，水泥漿入口和氣體入口分別設(shè)置有噴嘴。水泥漿和氣體以噴射的形式進(jìn)入混合均泡室中進(jìn)行混合。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述氣體入口設(shè)有噴嘴，在噴嘴和混合均泡室之間設(shè)有擋流組件，所述擋流組件優(yōu)選為單向閥。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種水泥漿帶壓充氣裝置，包括：

根據(jù)本發(fā)明提供的如上所述的泡沫水泥漿發(fā)生器，

向所述發(fā)生器供入氣體的氣源，