[发明专利]一种耐高温高压泡沫水泥浆强度养护系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属于油田低密度固井领域，尤其涉及一种模拟井下条件的泡沫水泥浆强度养护设备。

背景技术

泡沫水泥是指在常规水泥浆中混入一定量的泡沫,形成固、液、气三相且具有高度分散性的多相体系。泡沫水泥固井主要是降低水泥浆密度，从而降低环空水泥浆段的液柱压力，以解决低压易漏油层的固井漏失问题，并起到保护油层的作用。泡沫水泥浆虽然在50多年前就己被用于建筑行业，但是油井泡沫水泥浆还是在1975年由美国的Aldrich和Mitchell首次提出，1984年，Smith等人在加拿大东海岸的深水地区，使用泡沫水泥进行固井，成功实现了长封固、漏失地层的一次性固井作业。在国内，对使用泡沫水泥进行固井施工的研究始于1985年，随后相继在各个油田得以研究和发展，此外随着发泡和稳泡技术的发展，以及固井设备性能的提高，使得泡沫低密度水泥固井技术得到迅速发展。现在泡沫水泥浆主要包括：物理发泡机械混合和化学反应发泡。物理机械发泡又分成将泡沫预先发好然后与水泥浆泵前混合和在水泥车泵后充氮发泡两者方式，化学发泡是将发泡剂和泡沫稳定剂分别混入灰样和配浆水中，在固井施工的过程中两者因化学反应产生气泡。与化学反应生成氮气相比，机械充氮泡沫水泥的强度明显要高。因为化学发泡的水泥浆中含有强氧化剂，对水泥石的整体性能会产生破坏。且由于化学发泡的化学剂中亚硝酸盐和氨具有腐蚀性和毒性，亚硝酸盐和氧化剂与水泥浆外加剂相互之间的作用关系复杂，所以没有推广开。

随着泡沫固井技术的发展，国内尽管泡沫固井技术已在现场展开，但室内对泡沫水泥浆的研究还仅限于从理论上对泡沫水泥浆的性能影响规律进行研究，对泡沫水泥浆的物理发泡的实验室研究最关键的是模拟井下的高温高压的条件，在泡沫固井注水泥施工过程中，泡沫水泥浆的流动都存在一定压力，而且泡沫水泥浆的体积和密度变化都受压力的影响，因此要真实的测定现场泡沫水泥浆的性能，需在密闭带压条件下进行。目前室内采用的机械注氮方式产生泡沫的方式多为机械搅拌发泡，它是将发泡液倒入搅拌浆杯中，然后用搅拌机的叶片剪切发泡液，通过在气体（一般指氮气）中搅动液体，把气体搅入液体中而产生泡沫，通过水泥浆和泡沫混合的相关装置，采用泡沫在带压的情况下产生，在密闭的容器中和水泥浆混合均匀，并在压力的作用下注入本专利提及的高温高压养护浆杯，放入油井水泥石强度评价的高温高压养护釜中进行养护的方式，泡沫水泥浆在一定龄期内养护成型，然后脱模，测定泡沫水泥石的强度及渗透率变化规律，为现场推广泡沫水泥浆的应用具有指导性的作用。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的技术问题，提出了一种耐高温高压泡沫水泥浆强度养护系统及其方法，该装置能解决实验室评价模拟井下复杂条件下泡沫水泥石强度发展趋势的规律的问题，对于优选物理发泡剂和现在进行泡沫水泥浆固井作用具有指导作用。

本发明的技术方案为

一种耐高温高压泡沫水泥浆强度养护系统，所述系统包括泡沫水泥浆耐高温高压强度养护浆杯，泡沫水泥浆混配浆杯以及带压管路；所述混配浆杯在所述带压管路下进行泡沫水泥浆发泡和混浆；之后将预混后泡沫水泥浆带压输入养护浆杯中，对水泥石进行强度养护；

所述养护浆杯设置为带压结构，用于模拟井下高温高压环境；所述带压结构采用浆杯内设置活塞结构。

所述带压管路包括高压氮气罐，高压管线和控制阀；所述混配浆杯在所述带压管路的加压环境下进行发泡和混浆。

在具体的发明里，所述的养护浆杯包括浆杯1，底座2，三通阀杆8，活塞3，活塞座10和备压螺杆12；所述三通阀杆8设置底座2内，且在所述阀杆8上设置有水平进液口和底座密封螺钉13；所述活塞3设置在所述浆杯1内腔中；所述备压螺杆12一端通过工字型活塞座10与活塞3接触式连接，另一端通过螺扣穿过连杆4，把手设置在所述浆杯1外，用于控制压力。

为了配合带压结构，所述养护浆杯还包括一组固定件和一组密封件；所述固定件包括底座2，底座密封螺钉13，活塞螺钉9，活塞挡环11，连杆4和连杆螺钉5；所述密封件包括底座密封螺钉13，O型密封圈15，底座2的O型密封圈6以及活塞3的O型密封圈7；