一种用于模拟测试井筒流体冲刷性能的方法

技术领域

本发明属于钻井、测井、固井领域，具体地涉及一种用于模拟测试井筒流体冲刷性能的方法。

背景技术

由于膏岩层主要为膏岩和盐岩以及泥页岩夹层，因此，在膏岩层固井工程中，相对于常规的井筒流体，膏岩层的井筒流体要求更高。在膏岩层固井工程中，盐层的溶解会对井筒流体性能产生影响。由此，在水泥水化过程中，盐层不断向井筒流体中的自由水溶解，且在水泥硬化过程中胶结界面不断溶解，从而导致微环隙或裂缝发生，无法达到封隔地层的要求。

然而，现有的实验装置大多为用于固井模拟冲洗装置，这些实验装置结构复杂，操作要求高，评价冲洗效果不方便，精确性差。此外，无法在实验过程中实现无级变速，且不能模拟出膏岩层盐岩与井筒流体接触产生的溶解作用和冲刷作用，无法测试井筒流体对膏岩层盐岩的溶解性能和冲刷性能。

发明内容

针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种用于模拟测试井筒流体冲刷性能的方法，该方法能够模拟出膏岩层盐岩与井筒流体接触产生的溶解作用和冲刷作用，进而能够测试井筒流体对膏岩层盐岩的溶解性能和冲刷性能。

为此，根据本发明，提出了一种用于模拟测试井筒流体冲刷性能的方法，包括以下步骤：

提供井筒流体冲刷性能测试装置，其包括用于盛放待测井筒流体的烧杯、夹持机构和用于搅拌以使所述待测井筒流体旋转的磁力搅拌器；

制备岩心；

将所述烧杯放置到所述磁力搅拌器上，并将待测井筒流体倒入所述烧杯中；

启动所述磁力搅拌器，并使所述待测井筒流体旋转至达到预定转速；

将所述岩心通过所述夹持机构夹持固定，并放入所述烧杯中至所述待测井筒流体浸没所述岩心，根据预定的时间间隔依次记录所述岩心的质量和尺寸；

整理记录的试验数据，并分析得到所述待测井筒流体的冲刷性能；

在一个优选的实施例中，所述磁力搅拌器包括磁力搅拌器主体和转子，所述磁力搅拌器主体能够产生磁力并带动所述转子转动。

在一个优选的实施例中，所述转子在所述待测井筒流体倒入所述烧杯前放置在所述烧杯的底部，所述转子用于搅拌所述待测井筒流体并使所述待测井筒流体旋转。

在一个优选的实施例中，所述待测井筒流体的预定转速为处于1000-2300r/min的范围内。

在一个优选的实施例中，所述磁力搅拌器在所述岩心放入所述烧杯前对所述待测井筒流体进行加热直至达到试验温度。

在一个优选的实施例中，所述试验温度为处于60℃-90℃的范围内。

在一个优选的实施例中，所述实验数据包括所述岩心的质量和尺寸，且记录所述实验数据的时间间隔为处于30min-60min的范围内。

在一个优选的实施例中，所述夹持机构包括固定支架和连接在所述固定支架的末端的夹持部，所述夹持部用于夹持固定所述岩心。

在一个优选的实施例中，所述固定支架的底部连接有用于支撑所述固定支架的固定座。

在一个优选的实施例中，在所述固定支架与所述夹持部之间连接有加力杆，所述加力杆用于对所述夹持部施加压应力以使所述岩心固定。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行说明。

图1显示了根据本发明的用于模拟测试井筒流体冲刷性能的方法中使用的井筒流体冲刷性能测试装置的结构。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面通过附图来对本发明进行介绍。

在本申请中，需要说明的是，本申请中使用的方向性用语或限定词“上”、“下”、等均是针对所参照的附图1而言。它们并不用于限定所涉及零部件的绝对位置，而是可以根据具体情况而变化。

图1显示了根据本发明的用于模拟测试井筒流体冲刷性能的方法中使用的井筒流体冲刷性能测试装置100的结构。下面结合附图1对井筒流体冲刷性能测试装置100进行介绍。

如图1所示，井筒流体冲刷性能测试装置100包括用于盛放待测井筒流体111的烧杯110。烧杯110的容量根据实际需要进行选择。

根据本发明，井筒流体冲刷性能测试装置100还包括磁力搅拌器120，磁力搅拌器120用于搅拌待测井筒流体111以使待测井筒流体111旋转。磁力搅拌器120包括磁力搅拌器主体121和转子122，磁力搅拌器主体121能够通过磁力带动转子122转动。转子122用于放置在烧杯110的底部，以在磁力搅拌器主体121的带动作用下旋转，从而搅拌烧杯110内的待测井筒流体111并使待测井筒流体111旋转。井筒流体冲刷性能测试装置100的这种分体式结构便于搅拌待测井筒流体111，且能够保证搅拌效果，同时，便于清洗。

在本实施例中，磁力搅拌器120设有转速开关，启动转速开关能够使磁力搅拌器主体121通电而产生磁力，从而通过磁力带动烧杯110中的转子转动。在一个实施例中，磁力搅拌器转速开关的旋钮划设为五个等级，对应不同的转速。由此，能够根据实际需要对待测井筒试验流体施加不同的转速，从而能够定性分析冲刷速度对岩心冲刷程度的影响。同时，磁力搅拌器120设有加热开关，开启加热开关能够对待测井筒流体111进行加热以使待测井筒流体111达到试验温度。

此外，由于井筒流体的粘性作用，磁力搅拌器120旋转带动待测井筒流体111旋转而对岩心140产生的切应力需达到试验要求。因此，磁力搅拌器120的转速需达到要求以使待测井筒流体111产生的切应力满足要求，从而达到现场实际的环空返速。磁力搅拌器120的电机功率处于300W-1050W的范围内。优选地，磁力搅拌器120的电机功率为1050W。该功率要求能够满足待测井筒流体111旋转而对岩心140产生的切应力的大小以进行试验，并保证试验效果。

根据本发明，井筒流体冲刷性能测试装置100还包括试验用的岩心140，岩心140的尺寸根据需要设置。在一个实施例中，岩心140为膏岩层盐岩。试验过程中，岩心140用于悬挂支撑放置于烧杯110中，并浸没在待测井筒流体111中。由此，待测井筒流体111在搅动旋转的作用下溶解与冲刷岩心140，从而测试待测井筒流体111对岩心140的溶解性能和冲刷性能。

根据本发明，井筒流体冲刷性能测试装置100还包括夹持机构130。如图1所示，夹持机构130包括固定支架131和连接在固定支架131的末端的夹持部132，夹持部132用于夹持固定岩心140。固定支架131的底部连接有固定座133，固定座133用于支撑固定支架131。

在本实施例中，固定支架131包括竖向支柱1311和与竖向支柱1311垂直连接的水平连杆1312。在一个实施例中，竖向支柱1311和水平连杆1312均构造成圆柱形结构。在固定支架131与夹持部132之间连接有加力杆136，夹持部132通过加力杆136与水平连杆1312连接，加力杆136用于对岩心140施加一定的压应力，以确保岩心140在实验过程中固定不动，从而增强试验效果。

下面简述井筒流体冲刷性能测试装置100的工作原理。试验过程中，启动磁力搅拌器120，并开启转速开关使转子122高速旋转，从而使转子122搅动烧杯110中的待测井筒流体111并旋转。在试验过程中，岩心140在夹持机构130的作用下固定不动。由此，待测井筒流体111作旋转运动，并与岩心140形成相对运动，且在岩心140的侧面形成切应力，从而模拟井筒流体对井壁岩石的冲刷作用。此外，待测井筒流体111与岩心140侧面直接接触，有一定程度的溶解作用，从而尽可能地接近实际井筒流体冲刷井壁岩石的情况。井筒流体冲刷性能测试装置100能够模拟井筒流体对岩心的溶解作用和冲刷作用。并且，井筒流体冲刷性能测试装置100的结构简单、试验操作简单方便、试验成本低、试验精确性高，能够有效保证试验数据的准确性。此外，井筒流体冲刷性能测试装置100便于清洗，便于保养。

下面介绍根据本发明的用于模拟测试井筒流体冲刷性能的方法，具体的试验过程包括如下步骤：

首先，提供井筒流体冲刷性能测试装置100作为试验设备，用于进行试验操作。准备好井筒流体冲刷性能测试装置100相关的试验仪器，提供磁力搅拌器120、一定容量的烧杯110以及夹持机构130。

之后，制备岩心140。岩心140采用膏岩层盐岩，并根据试验的实际需要设置成预定尺寸。

在本实施例中，制备有若干块岩心140，用于进行多次试验以记录多组试验数据。由此，通过多次试验收集更多的试验数据，从而提高试验的准确性，减小试验误差，提高试验结果的可靠性。

岩心140制备完成后，布置磁力搅拌器120。将磁力搅拌器主体121放置到水平面上，并将烧杯110放置到磁力搅拌器主体121的工作面的中部位置。同时，将磁力搅拌器120中的转子122放置到烧杯110的底部。

之后，将一定量的制备好的待测井筒流体111导入烧杯110中。待测井筒流体111的容量根据烧杯110的容积设定，确保放入岩心140及旋转冲刷过程中，待测井筒流体111不溢出。

在本实施例中，待测井筒流体111在布置磁力搅拌器120之前制备。待测井筒流体111根据实际的井筒流体的配方进行制备，从而能够对不同井筒流体体系进行测试。

在烧杯110中倒入待测井筒流体111后，给磁力搅拌器120通电，并启动磁力搅拌器120。打开磁力搅拌器120的转速开关，从而使磁力搅拌器主体121产生磁力，并通过磁力带动烧杯110中的转子转动，以搅拌待测井筒流体111进而使待测井筒流体111旋转并达到一定转速。同时，打开磁力搅拌器120的加热开关，对待测井筒流体111进行加热以使待测井筒流体111达到试验温度。由此，增强试验效果，提高试验结果的精确性与可靠性。

在本实施例中，待测井筒流体111的预定转速设置为处于1000-2300r/min的范围内。优选地，待测井筒流体111的预定转速为2000r/min。待测井筒流体111的试验温度为处于60-90℃的范围内。优选地，待测井筒流体111的试验温度为90℃。

之后，组装夹持机构130。组装连接固定支架131和夹持部132，并将岩心140装夹固定到夹持部132中。然后，将夹持机构130放置到烧杯110的侧部，并将岩心140通过夹持机构130垂直放置到烧杯110中，直至烧杯110中的待测井筒流体111浸没岩心140，而使岩心140悬置在待测井筒流体111中。由此，使烧杯110中的旋转的待测井筒流体111对岩心140进行溶解和冲刷，从而进行试验。岩心140悬置浸没在待测井筒流体111能够保证待测井筒流体111对岩心140进行充分的冲刷，有利于增强试验效果，提高试验数据的可靠性。

根据本发明，在待测井筒流体111对岩心140溶解冲刷的过程中，根据预定的时间间隔依次记录试验数据，试验数据包括岩心140的质量和尺寸。记录实验数据的时间间隔为处于30-60min的范围内。优选地，记录试验数据的时间间隔为30min。

为了增强实验数据的可靠性，减少试验误差，能够更换不同的岩心140进行多次试验，从而得到多组试验数据，有利于增强试验数据的准确性，增强试验效果。

记录收集好试验数据后，关闭井筒流体冲刷性能测试装置100，断开电源，完成试验的操作部分。然后，整理记录的试验数据，并分析试验数据得到待测井筒流体111对岩心140的溶解性能和冲刷性能，从而分析各种因素对岩心140的冲刷程度的规律。试验数据准确，试验结果可靠，能够为井筒流体的排量提供合理的参数，有利于增强钻井、测井或固井工程中的相关施工效果，提高相关施工的施工效率。

在本实施例中，关闭井筒流体冲刷性能测试装置100后，回收待测井筒流体111和清洗回收岩性140。同时，清洗烧杯110和转子122。

根据本发明的用于模拟测试井筒流体冲刷性能的方法采用井筒流体冲刷性能测试装置100，能够有效地模拟井筒流体对岩心的溶解作用和冲刷作用。该方法的试验步骤简单，使用的试验仪器较少，且试验精确性高，能够有效保证试验数据的准确性。并且，井筒流体冲刷性能测试装置100的操作简单方便，在试验过程中能够根据需要调节待测井筒流体111的预定转速，且试验成本低，便于清洗和保养。此外，该方法能够对不同接触时间、不同温度、不同井筒流体体系进行测试，从而能够全面分析每种因素对岩心冲刷程度的规律，其适用性强。该方法测得的试验数据精确，试验结果可靠，能够为实际井筒流体的排量提供合理的参数依据，有利于增强钻井、测井或固井工程中的相关施工效果，提高相关施工的施工效率。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，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。