本發(fā)明涉及油氣井固井過程中水泥漿抗水侵能力的評價裝置及方法，特別是涉及固井水泥漿在凝結(jié)過程中抗水侵能力的評價裝置及方法。

背景技術(shù)：

近年來隨著國內(nèi)勘探開發(fā)的進行，多數(shù)油田都進入開發(fā)中后期，為了提高開發(fā)效果和最終采收率，都要在老區(qū)鉆調(diào)整井（如注水井、加密井、更新井和驅(qū)油剖面調(diào)整井）。一些老油田經(jīng)過長期的分層布井、三次加密鉆井、高壓注水和大排量強抽，形成了地下高壓層、常壓層、低壓層共存的多壓力體系，壓力系統(tǒng)復(fù)雜，同時，為改善調(diào)整井固井質(zhì)量的停采停注措施難以全面落實，固井過程中地層流體仍然處于滲流狀態(tài)，從而對固井二界面上的水泥漿形成干擾，進一步增加了調(diào)整井固井的難度。

固井水泥漿可通過與套管、井壁之間的良好膠結(jié)，形成優(yōu)質(zhì)、完整的水泥環(huán)，進而對擬封固環(huán)空實現(xiàn)層間封隔，是固井注水泥的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，尤其是其抗地層水侵蝕、干擾的能力，可直接、顯著影響調(diào)整井的固井質(zhì)量。為提高固井水泥漿的抗水侵能力，國內(nèi)外固井界開展了大量的理論及實驗研究，從不同角度改善水泥漿的抗水侵能力。陳曉樓等提出地層水滲流的速度可影響固井質(zhì)量（陳曉樓，李揚，莫繼春，趙永會，肖志興等.注水開發(fā)中水滲流對固井質(zhì)量的影響[j].鉆井液與完井液,1999(5):21-24），沈志宏等提出觸變性強、靜膠凝強度發(fā)展快的水泥漿有利于提高調(diào)整井的固井質(zhì)量（沈志宏，杜輝強，伍尚繼，吳金城等.薄油層薄隔層活躍水層調(diào)整井固井技術(shù)[j].石油鉆采工藝,2001,23(2):25-26），朱禮平等提出了水平井水泥漿防氣竄性能多因素評價方法（朱禮平，廖忠會，刁素等.川西水平井水泥漿防氣竄評價方法[j].石油鉆采工藝,2012,34(1):60-62），邱燮和等研究出防水型水泥漿體系（邱燮和.超淺調(diào)整井固井防水竄技術(shù)[j].鉆井液與完井液，2013,30(4):84-87），謝承斌等提出了水泥漿觸變性評價應(yīng)涵蓋流動性、膠凝強度發(fā)展情況以及施工安全性三個方面，針對常用觸變性評價方法存在的問題，探索了一種評價水泥漿觸變性的新方法（謝承斌，盧海川，李洋等.水泥漿觸變性評價方法的探索[j].鉆井液與完井液,2015,32(6):57-60）。

上述方法可以從不同角度改善水泥漿的抗水侵能力，比如通過縮短水泥漿的稠化時間和/或過渡時間減少水泥漿被地層水滲流的機會，通過改善水泥漿體系的穩(wěn)定性、延緩水泥漿在候凝過程中的失重、增加井底有效壓力而降低地層水干擾水泥漿的動力，通過雙凝水泥、環(huán)空憋壓等方式彌補水泥漿在候凝過程中的失重、增加井底有效壓力而降低地層水干擾水泥漿的動力，通過增強油井水泥漿的觸變性而提高水泥漿抗地層水干擾的能力等。但是，上述方法都沒能從水泥漿在凝結(jié)過程中的結(jié)構(gòu)強度抗地層水干擾的能力入手，結(jié)合水泥漿被地層水滲流的物理過程，形成水泥漿在候凝過程中抗地層水滲流干擾能力的評價方法及評價指標。為此，基于水泥漿在候凝過程中被地層水干擾的物理過程，形成評價水泥漿在候凝過程中抗地層水干擾能力的評價裝置和方法，從而更好地指導(dǎo)抗水侵水泥漿體系的配方優(yōu)化設(shè)計，進而提高調(diào)整井的固井質(zhì)量，已成為當(dāng)務(wù)之急。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供固井水泥漿在候凝過程中抗水侵能力的評價裝置，該裝置通過模擬地層水滲流干擾水泥漿的物理過程，測量模擬固井二界面上水泥漿被地層水干擾、破壞的臨界水流速度，來表征和反映油井水泥漿在候凝過程中的抗水侵能力，具有廣闊的市場前景。

本發(fā)明的另一目的在于提供利用上述裝置對固井水泥漿在候凝過程中抗水侵能力進行評價的方法，該方法原理可靠，操作簡便，可為優(yōu)選調(diào)整井固井水泥漿的組分、優(yōu)化調(diào)整井固井水泥漿配方、改善調(diào)整井固井水泥漿的抗水侵能力提供參考和依據(jù)。

為達到上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。

固井水泥漿在候凝過程中抗水侵能力的評價裝置，主要由磁力攪拌器、電導(dǎo)率測試儀、釜體組成，所述釜體置于磁力攪拌器上。

所述釜體內(nèi)部，由外向內(nèi)依次為水泥漿、鐵濾網(wǎng)和模擬地層水，所述鐵濾網(wǎng)為柱狀，通過卡扣與釜體實現(xiàn)連接和固定，防止濾網(wǎng)在內(nèi)外壓差的作用下上浮，鐵濾網(wǎng)外壁纏繞多層（3～8層）尼龍濾網(wǎng)，其底部無孔并與釜體底部緊密接觸或無縫隙貼合，多層尼龍濾網(wǎng)通過橡膠圈等類似緊固手段將其封固在鐵濾網(wǎng)表面，用以隔離油井水泥漿和模擬地層水并模擬固井二界面；所述鐵濾網(wǎng)內(nèi)裝有模擬地層水，底部安置與磁力攪拌器配套的磁子，磁力攪拌器通過磁力傳動，帶動鐵濾網(wǎng)底部的磁子旋轉(zhuǎn)，從而帶動鐵濾網(wǎng)中的模擬地層水轉(zhuǎn)動，不同的磁子轉(zhuǎn)速，形成不同的水流速度和干擾動力，模擬地層水按不同流速干擾固井二界面的水泥漿，水泥漿被模擬地層水干擾破壞，部分水泥漿組分進入模擬地層水。

所述電導(dǎo)率測試儀的探頭置于鐵濾網(wǎng)內(nèi)部的模擬地層水中，用于測量部分水泥漿組分進入模擬地層水后地層水電導(dǎo)率的變化。

該裝置的測量原理如下：當(dāng)磁子靜止時，模擬固井二界面上水泥漿中的離子等組分，只能通過擴散作用和化學(xué)勢差滲透到模擬地層水中，模擬地層水的電導(dǎo)率很低且基本不隨時間變化；隨著磁子轉(zhuǎn)速的增加，模擬地層水的流速加快，透過濾網(wǎng)干擾水泥漿的動力增強，當(dāng)其不足以破壞水泥漿的微觀結(jié)構(gòu)時，水泥漿組分進入模擬地層水的速度很慢，模擬地層水的電導(dǎo)率變化很慢，電導(dǎo)率測試儀可以在很短的時間內(nèi)得到穩(wěn)定的測量數(shù)據(jù)；當(dāng)磁子的轉(zhuǎn)速達到某值時，模擬地層水的流速足夠快，足以透過濾網(wǎng)破壞模擬固井二界面上水泥漿的結(jié)構(gòu)，此時水泥漿組分進入模擬地層水的速度大幅增加，模擬地層水的電導(dǎo)率急劇增加，那么，導(dǎo)致模擬地層水電導(dǎo)率急劇增加的磁子轉(zhuǎn)速，即反映了水泥漿的抗水侵能力，從而用于表征水泥漿的抗水侵能力。

利用上述裝置對固井水泥漿在候凝過程中抗水侵能力進行評價的方法，依次包括以下步驟：

（1）將3～8層尼龍濾網(wǎng)通過橡膠圈等類似緊固手段將其封固在鐵濾網(wǎng)表面；

（2）將配置好的水泥漿注入釜體；

（3）將帶尼龍濾網(wǎng)的鐵濾網(wǎng)緩慢壓入釜體內(nèi)的水泥漿中，使其底部與釜體底部無縫隙貼合，然后在鐵濾網(wǎng)內(nèi)安置磁子并注入模擬地層水；

（4）將釜體置于磁力攪拌器上，將電導(dǎo)率測試儀的探頭置入鐵濾網(wǎng)內(nèi)部的模擬地層水中；

（5）打開磁力攪拌器和電導(dǎo)率測試儀，此時轉(zhuǎn)速為n0，對應(yīng)的模擬地層水電導(dǎo)率為σ0；然后以一定增幅加大磁子轉(zhuǎn)速，帶動模擬地層水干擾水泥漿，一定時間后測量模擬地層水的電導(dǎo)率；繼續(xù)加大磁子轉(zhuǎn)速，并記錄下對應(yīng)的轉(zhuǎn)速nn和電導(dǎo)率σn，直至在某一磁子轉(zhuǎn)速下電導(dǎo)率急劇增加，該點的磁子轉(zhuǎn)速即是用于表征水泥漿抗水侵能力的磁子轉(zhuǎn)速；

（6）導(dǎo)致模擬地層水電導(dǎo)率急劇增加的磁子轉(zhuǎn)速越小，表明水泥漿能承受的水流干擾速度越小，其抗水侵的能力越小。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：形成了一套水泥漿抗水侵能力的評價裝置及方法，為優(yōu)化調(diào)整井固井水泥漿配方、提高水泥漿的抗水侵能力提供依據(jù)和參考。

附圖說明

圖1是固井水泥漿在候凝過程中抗水侵能力的評價裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是不同水灰比條件下轉(zhuǎn)速與電導(dǎo)率關(guān)系圖。

圖中：1-磁力攪拌器，2-電導(dǎo)率測試儀，3-釜體，4-鐵濾網(wǎng)，5-尼龍濾網(wǎng)，6-橡膠圈，7-水泥漿，8-模擬地層水，9-磁子，10-卡扣，11-探頭。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

參看圖1。

固井水泥漿在候凝過程中抗水侵能力的評價裝置，主要由磁力攪拌器1、電導(dǎo)率測試儀2、釜體3組成，所述釜體3置于磁力攪拌器1上。

所述釜體內(nèi)部，由外向內(nèi)依次為水泥漿7、鐵濾網(wǎng)4和模擬地層水8，所述鐵濾網(wǎng)4為柱狀，通過卡扣10與釜體實現(xiàn)連接和固定，鐵濾網(wǎng)外壁纏繞3～8層尼龍濾網(wǎng)5，其底部無孔并與釜體底部緊密接觸或無縫隙貼合，多層尼龍濾網(wǎng)通過橡膠圈6封固在鐵濾網(wǎng)表面，用以隔離油井水泥漿和模擬地層水并模擬固井二界面；所述鐵濾網(wǎng)內(nèi)裝有模擬地層水8，底部安置與磁力攪拌器配套的磁子9，磁力攪拌器1通過磁力傳動，帶動鐵濾網(wǎng)底部的磁子旋轉(zhuǎn)，從而帶動鐵濾網(wǎng)中的模擬地層水轉(zhuǎn)動，模擬地層水按不同流速干擾固井二界面的水泥漿，水泥漿被模擬地層水干擾破壞，部分水泥漿組分進入模擬地層水。

所述電導(dǎo)率測試儀2的探頭11置于鐵濾網(wǎng)內(nèi)部的模擬地層水8中，用于測量部分水泥漿組分進入模擬地層水后地層水電導(dǎo)率的變化。

利用上述評價裝置評價水泥漿抗水侵能力的方法，依次包括以下步驟：

（1）將優(yōu)選好的800目尼龍濾網(wǎng)，以3層固定在鐵濾網(wǎng)上，并用橡膠圈等類似緊固手段將其封嚴、備用。

（2）將按規(guī)范《油井水泥試驗方法》（gb/t19139-2003）配置好的，水灰比0.44的水泥漿，按釜體刻度（高于刻度水泥漿過多容易溢出、低于刻度水泥漿過少不利于提高測量數(shù)據(jù)的精度）要求注入釜體。

（3）將帶尼龍濾網(wǎng)的鐵濾網(wǎng)緩慢壓入釜體內(nèi)的水泥漿中，然后在鐵濾網(wǎng)內(nèi)安置磁子并注入模擬地層水（高度與水泥漿液柱高度相同）。

（4）將釜體置于磁力攪拌器上，將電導(dǎo)率儀的探頭置入鐵濾網(wǎng)內(nèi)部的模擬地層水中（沒過電極即可）。

（5）將磁力攪拌器和電導(dǎo)率儀開關(guān)打開，測得數(shù)據(jù)如表1所示。n7=400r時，電導(dǎo)率急劇增加σ7=1996us/cm，即400r時的磁子轉(zhuǎn)速是可用于表征水泥漿抗水侵能力的磁子轉(zhuǎn)速。

表1水灰比0.44的水泥漿抗水侵能力測試數(shù)據(jù)

（6）又分別測試了水灰比0.40、0.48、0.50的水泥漿體系的數(shù)據(jù)，如表2、表3、表4所示。水灰比0.40，n8=450r時，電導(dǎo)率急劇增加σ8=958us/cm，即450r時的磁子轉(zhuǎn)速是可用于表征水泥漿抗水侵能力的磁子轉(zhuǎn)速；水灰比0.48，n6=350r時，電導(dǎo)率急劇增加σ6=2010us/cm，即350r時的磁子轉(zhuǎn)速是可用于表征水泥漿抗水侵能力的磁子轉(zhuǎn)速；水灰比0.50，n4=250r時，電導(dǎo)率急劇增加σ4=946us/cm，即250r時的磁子轉(zhuǎn)速是可用于表征水泥漿抗水侵能力的磁子轉(zhuǎn)速。

表2水灰比0.40的水泥漿抗水侵能力測試數(shù)據(jù)

表3水灰比0.48的水泥漿抗水侵能力測試數(shù)據(jù)

表4水灰比0.50的水泥漿抗水侵能力測試數(shù)據(jù)

（7）通過實驗可知，增大水灰比會使水泥漿漿體變得更稀，性能更差，減小水灰比會使?jié){體變得更稠。為了更清晰描述實驗結(jié)果，由圖2可知：水灰比越大，導(dǎo)致模擬地層水電導(dǎo)率急劇增加的磁子轉(zhuǎn)速越小，表明水泥漿能承受的水流干擾速度越小、其抗水侵的能力越小。