[发明专利]一种泡沫水泥浆发生器和水泥浆带压充气装置及其应用

说明书

本发明涉及固井泡沫水泥浆领域，具体提供了一种可用于制备油气井固井用泡沫水泥浆的泡沫发生器，以及基于该泡沫发生器的水泥浆带压充气装置及其应用。本发明利用结构简单、设计合理的泡沫发生器以及其他简单部件构造可实现高压条件下进行泡沫和泡沫水泥浆取样的装置，为高压泡沫水泥性能的真实评价奠定基础，进而为泡沫水泥固井优化提供可靠的实验指导。

技术领域

本发明属于固井泡沫水泥浆领域，具体涉及一种可用于制备油气井固井用水泥浆的泡沫水泥浆发生器，还涉及一种水泥浆带压充气、例如高压充氮的模拟装置以及水泥浆带压充气方法。

背景技术

泡沫水泥浆以气体(如空气或氮气等)作为减轻剂，通过在水泥浆中引入气体，并在发泡剂或稳泡剂的作用下形成。实践表明，泡沫水泥浆具有良好的防漏、防窜的能力，可压缩性强，有利于保持泡沫水泥环的完整性。

根据发气方式不同，泡沫水泥浆的发泡方式分为两种：化学发泡与充气发泡。化学发泡方式存在发气量小，化学反应过程不易控制，密度降低有限等特点。因此，国外主要发展充气发泡技术，即在掺混有发泡剂、稳泡剂的水泥浆中，以直接充气的方式产生泡沫水泥浆，可实现任意设计气量充入。

目前实验室主要采取高速搅拌(转速12000r/min)的方式在大气压条件下进行水泥浆发泡，而现场固井过程则是将高压氮气泵送至泡沫发生器中与水泥浆混合进行发泡。并且，所采用的泡沫发生器为常规固井水泥浆搅拌浆杯，发泡效果不佳，且不能带压取样测试；或者是经过改造的密闭搅拌浆杯，结构复杂，且同样难以实现特定压力下取样测试。事实表明，现场泡沫水泥样品与实验室样品存在较大差异，主要表现为泡沫直径小、泡沫稳定性强等。因此，常压条件下的泡沫水泥浆的室内研究检测不能准确地评价实际应用过程中泡沫水泥浆的性能，从而不能有效地指导油气井高压注气环境下所需泡沫水泥浆性能的选择。

因此，需要开发一种结构简单、有助于提高充气发泡效果且可帮助实现带压取样的泡沫水泥浆发生器，以及一种可实现现场高压注气产生泡沫水泥过程模拟与泡沫水泥带压取样分析的水泥浆带压充气模拟装置，为高压注气环境下泡沫水泥特性研究提供基础。

发明内容

基于上述本领域现有技术现状，本发明针对现有水泥浆搅拌浆杯或改造水泥浆搅拌浆杯发泡效果不佳或结构复杂且不适用于带压取样，以及现有搅拌式发泡系统不能完全模拟固井现场高压注气发泡过程或不能带压取样等缺陷，旨在提供一种泡沫水泥浆发生器和一种水泥浆带压充气物理模拟实验装置，以及水泥浆带压充气方法，以实现现场高压注气产生泡沫水泥过程模拟与泡沫水泥带压取样分析，为高压注气环境下泡沫水泥特性研究提供基础，并指导油气井高压注气环境下泡沫水泥体系的应用选择。

根据本发明的一个方面，提供了一种泡沫水泥浆发生器，其包括混合均泡室，所述混合均泡室的顶部设有水泥浆入口，侧面设有气体入口和泡沫水泥浆出口；其中，所述混合均泡室内部还设有均泡扰流组件。其中，气体入口和泡沫水泥浆出口分别设于混合均泡室的相对的两个侧面上。

根据本发明的优选实施方式，所述混合均泡室包括相互贯通的混合腔和均泡腔，水泥浆入口和气体入口设在混合腔，泡沫水泥浆出口设在均泡腔，并且所述均泡扰流组件设在均泡腔内。优选地，均泡腔与混合腔的体积比在3-6：1。

根据本发明的优选实施方式，所述均泡扰流组件为螺旋组块、若干珠子或若干依次排布的孔板。

优选地，水泥浆入口和气体入口分别设置有喷嘴。水泥浆和气体以喷射的形式进入混合均泡室中进行混合。

根据本发明的优选实施方式，所述气体入口设有喷嘴，在喷嘴和混合均泡室之间设有挡流组件，所述挡流组件优选为单向阀。

根据本发明的另一个方面，提供了一种水泥浆带压充气装置，包括：

根据本发明提供的如上所述的泡沫水泥浆发生器，

向所述发生器供入气体的气源，