[发明专利]一种模拟页岩气水平井固井环空顶替效率的监测方法

说明书

本发明公开了一种模拟页岩气水平井固井环空顶替效率的监测方法，利用低场核磁共振成像仪得以实现，包括：(1)将环形测量管段置于射频线圈中，向井筒内管注入被顶替液；(2)调整低场核磁共振成像仪参数，使测量管段样品产生核磁共振；(3)将测量管段样品的核磁共振信号送入射频单元，通过谱仪系统进行转换，获得核磁共振信号谱线；(4)获得测量管段样品在不同方向的成像图；(5)向井筒内管中注入顶替液，重复步骤(2)～(4)，获得不同时刻测量管段样品的T₂谱线和成像图，绘制顶替效率曲线图，通过成像图对流体间掺混、顶替机理进行研究。本发明既能有效监测环空流体的流动状态，又能通过成像图研究流体间的掺混、顶替机理，克服了现有技术的不足。

技术领域

本发明涉及一种模拟页岩气水平井固井环空顶替效率的监测方法。

背景技术

页岩气开发相关技术是近年研究的热点问题，其中页岩气固井给固井工程带来的新问题之一就是使用了油基泥浆，固井水泥浆面临油水不相容的问题。为解决此问题，相对水基泥浆固井，油基泥浆固井都使用较为复杂的前置液体系，在环空从上至下可能有油基泥浆、前置液(冲洗液、隔离液)、水泥浆等液体，形成复杂的浆柱结构体系，油基泥浆与其它水基溶液在环空如何掺混，目前还没有明确的答案。

水泥浆的顶替效率直接决定着固井质量的高低，页岩气固井环空复杂浆柱结构相互之间如何掺混，如何顶替，影响页岩气固井环空顶替效率，决定着页岩气固井质量的好坏。搞清楚页岩气固井环空液体掺混、顶替机理，将直接指导如何针对性设计前置液的性能来提高页岩气固井的顶替效率，这将极大推动目前页岩气固井技术的提高，为页岩气井后期增产措施的实施奠定基础。

目前，国内外针对固井环空顶替效率监测的方法有很多，但都存在明显的不足：激光测速法可以监测环空多相流的流动状态，测量顶替效率，但由于采用的相似液，无法表示流体间是如何掺混的，不具备说服力(徐壁华等.模拟注水泥顶替效率测量方法.专利公开号：CN103556986A)；声波法采用真实的浆体，待水泥浆凝固后，通过测量固化体的声波时差来表征顶替效率，同样不能说明动态流动过程中，流体间是如何掺混的，以及不同掺混状态对顶替效率的影响(韩洪升,王景盛.偏心环空中水泥浆顶替泥浆的实验研究[J].东北石油大学学报,1989(3))；温度法能够测量真实水泥浆、钻井液的流动情况，但是测量时需要把温度传感器浸入环空流场，因此会对流场产生干扰，影响实验结果，并且流动过程中热量散失较大，实验误差大(徐壁华等.一种利用温度传感装置测量水泥浆顶替效率的方法.专利公开号：CN101892831A)；电阻率法可以测量固井环空的顶替效率，但是探头间会产生干扰，影响顶替效率的测量(戴自新.注水泥顶替机理的分析与实验[J].西南石油学院学报,1983(1):33-41)。

综上所述，目前已有的监测方法存在的共同问题都是不能动态表征流体间掺混对顶替效率的影响，同时都有各自的局限性，难以对工程应用做出指导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟页岩气水平井固井环空顶替效率的监测方法，该方法利用低场核磁共振成像技术，既能有效监测环空流体的流动状态，测出顶替效率，同时又能通过成像图反映流体间如何进行掺混作用，实现了对页岩气水平井固井环空流体的三维动态可视化监测，克服了现有技术的不足。

为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种模拟页岩气水平井固井环空顶替效率的监测方法，该方法利用低场核磁共振成像仪得以实现，所述低场核磁共振成像仪由计算机、谱仪系统、射频单元、梯度单元、磁箱组成，所述磁箱通过射频单元、梯度单元依次连接谱仪系统和计算机，所述磁箱中有磁体、梯度线圈、射频线圈，磁体拥有两个磁极，梯度线圈也由两个极板构成，射频线圈中放置模拟水平井筒的环形测量管段，所述环形测量管段包括井筒内管和井筒外管，该方法依次包括以下步骤：

(1)将环形测量管段置于磁箱的射频线圈中，向井筒内管注入被顶替液即油基泥浆，作为测量管段样品(注：被顶替液注满整个环形管段即可)，同时通过磁体对环形测量管段施加均匀磁场；