[发明专利]固井水泥浆绝对密度的测量计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量、计算方法，特别是固井水泥浆绝对密度的测量计算方法。

背景技术

有的固井水泥浆都夹带有空气，而夹带有空气的水泥浆会影响混浆作业时水泥浆密度的测量精度。

尽管现有的密度计可以精确地测量水泥浆的密度，然而它所测得的水泥浆密度也包括了水泥浆中夹带的空气。当这种夹带有空气的水泥浆被泵送到井底以后，水泥浆的压力往往会变得很高，通常可高达数千psi.。这种高压使水泥浆中夹带的空气受到压缩，从而使得水泥浆中不再存在空隙。在大气压力下，这将导致井底夹带有空气的固井水泥浆的密度要大于其在井口时的密度。固井水泥浆在井底的密度和其在井口的密度之间的这种差异会引起井底较高的流体静压力，并导致水泥浆的粘度较高，从而影响固井作业的质量。

井底的水泥浆中所夹带的空气受到压缩后，水泥浆中水的比例就会相应地变少，水泥浆的粘度也随之增高。水泥浆的粘度越高，泵送水泥浆时的虚拟压力就越高。为了获得更高的井底泵送压力就需要进一步增加流体静压力，然而过高的压力容易造成水泥浆循环损失，并可能导致固井作业失败。

固井水泥浆中包含三种物质：水、空气、一定量的具有平均绝对密度的添加剂和固井水泥灰的干粉混合物，这进一步增加了水泥浆密度测量、计算的复杂程度。

如果固井水泥浆中只包含两种成份，如空气和液体，则可以通过两种方法测量出这种液态混合液中所夹带的空气含量。

方法一即美国专利号为6,598,457的美国专利所公布的测量方法。该方法采取取样法测量只包含空气和液体的固井水泥浆中所夹带的空气含量。然而，固井水泥浆通常由三种成份构成，其中的清水量和夹带的空气含量均可改变水泥浆的视密度。由于清水和夹带的空气含量都能够改变水泥浆的密度，因此，如果只测量水泥浆的密度，就无法知晓固井干灰混合物(干水泥灰+添加剂)与水之间的真实比例。例如：如果在低压或者大气压下测量第一种固井水泥浆密度的话，就有可能测得其正确的水粉比。如果第二种固井水泥浆的密度与第一种固井水泥浆的密度相同，而仅仅由于第二种固井水泥浆中所夹带的空气含量不同，就会导致第二种固井水泥浆的水粉比发生差错。

为此，业界已经发明了三种方法来解决固井水泥浆水粉比差错问题，目前这三种方法仍在广泛应用。

第一种方法：在用来向井底泵送水泥浆的高压柱塞泵侧面的下游安装一个高压井口密度计。

第二种方法：用承压泥浆杯测量水泥浆密度。

第三种方法：采用平均补偿法。

上述第一种方法是在用来向井底泵送水泥浆的高压柱塞泵侧面的下游安装一个高压井底密度计。

尽管该高压井口密度计的压力足以消除水泥浆中所夹带的空气含量对于测量水泥浆密度所产生的大多数不良影响，然而，这种能够在高压下测量水泥浆密度的密度计却是放射源型密度计，其测量精度不高，需要频繁校准，而且响应速度慢。另外，由于放射性物质及仪器使用管理规定的限制，这种放射源型井口高压密度计在市面上也很难获取。由于这种放射源型井底高压密度计被安装在远离混浆系统的下游，其数据采集响应时间会进一步滞后，因此，这种放射源型井底高压密度计并不适合用于连续混浆作业时测量水泥浆的密度。

上述第二种方法是用一个承压泥浆杯测量水泥浆的密度。

1972年美国AIME石油工程师协会SPE 4092号期刊上公布了标题为“一种用来测量夹带有空气的流体密度的装置”的论文。该论文的作者是美国哈里伯顿石油技术服务公司的S.K.Nickles。“一种用来测量夹带有空气的流体密度的装置”就是用承压泥浆杯提取混浆槽中的水泥浆样品，然后在压力下测量水泥浆样品的密度。由于承压泥浆杯的测量精度受制于操作者的经验和操作方法，而且每次用承压泥浆杯取样和测量水泥浆密度都至少需要3分钟，因此，承压泥浆杯也不适合用于连续混浆作业时测量水泥浆的密度。承压泥浆杯仅仅适合用来测量混浆作业过程中某个阶段的水泥浆密度。

上述第三种方法是采用平均补偿法。

通常情况下，在固井混浆作业过程中，用放射源型密度计或者非放射源型密度计在水泥浆再循环管线中测量泥浆密度。