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

背景技術(shù)：

近年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)勘探開發(fā)的進(jìn)行，多數(shù)油田都進(jìn)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(guò)長(zhǎng)期的分層布井、三次加密鉆井、高壓注水和大排量強(qiáng)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(shí)，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(shí)，固井過(guò)程中地層流體仍然處于滲流狀態(tài)，從而對(duì)固井二界面上的水泥漿形成干擾，進(jìn)一步增加了調(diào)整井固井的難度。

固井水泥漿可通過(guò)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(jìn)而對(duì)擬封固環(huán)空實(shí)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(guó)內(nèi)外固井界開展了大量的理論及實(shí)驗(yàn)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(yáng)，莫繼春，趙永會(huì)，肖志興等.注水開發(fā)中水滲流對(duì)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(qiáng)、靜膠凝強(qiáng)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(qiáng)，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(píng)價(jià)方法（朱禮平，廖忠會(huì)，刁素等.川西水平井水泥漿防氣竄評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)應(yīng)涵蓋流動(dòng)性、膠凝強(qiáng)度發(fā)展情況以及施工安全性三個(gè)方面，針對(duì)常用觸變性評(píng)價(jià)方法存在的問題，探索了一種評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(guò)縮短水泥漿的稠化時(shí)間和/或過(guò)渡時(shí)間減少水泥漿被地層水滲流的機(jī)會(huì)，通過(guò)改善水泥漿體系的穩(wěn)定性、延緩水泥漿在候凝過(guò)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(dòng)力，通過(guò)雙凝水泥、環(huán)空憋壓等方式彌補(bǔ)水泥漿在候凝過(guò)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(dòng)力，通過(guò)增強(qiáng)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(guò)程中的結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(guò)程，形成水泥漿在候凝過(guò)程中抗地層水滲流干擾能力的評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)。為此，基于水泥漿在候凝過(guò)程中被地層水干擾的物理過(guò)程，形成評(píng)價(jià)水泥漿在候凝過(guò)程中抗地層水干擾能力的評(píng)價(jià)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(jì)，進(jìn)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(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供固井水泥漿在候凝過(guò)程中抗水侵能力的評(píng)價(jià)裝置，該裝置通過(guò)模擬地層水滲流干擾水泥漿的物理過(guò)程，測(cè)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(lái)表征和反映油井水泥漿在候凝過(guò)程中的抗水侵能力，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

本發(fā)明的另一目的在于提供利用上述裝置對(duì)固井水泥漿在候凝過(guò)程中抗水侵能力進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法，該方法原理可靠，操作簡(jiǎn)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(dá)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(guò)程中抗水侵能力的評(píng)價(jià)裝置，主要由磁力攪拌器、電導(dǎo)率測(cè)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(guò)卡扣與釜體實(shí)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(wú)孔并與釜體底部緊密接觸或無(wú)縫隙貼合，多層尼龍濾網(wǎng)通過(guò)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(guò)磁力傳動(dòng)，帶動(dòng)鐵濾網(wǎng)底部的磁子旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)鐵濾網(wǎng)中的模擬地層水轉(zhuǎn)動(dòng)，不同的磁子轉(zhuǎn)速，形成不同的水流速度和干擾動(dòng)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(jìn)入模擬地層水。

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

該裝置的測(cè)量原理如下：當(dāng)磁子靜止時(shí)，模擬固井二界面上水泥漿中的離子等組分，只能通過(guò)擴(kuò)散作用和化學(xué)勢(shì)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(shí)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(guò)濾網(wǎng)干擾水泥漿的動(dòng)力增強(qiáng)，當(dāng)其不足以破壞水泥漿的微觀結(jié)構(gòu)時(shí)，水泥漿組分進(jìn)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(cè)試儀可以在很短的時(shí)間內(nèi)得到穩(wěn)定的測(cè)量數(shù)據(jù)；當(dāng)磁子的轉(zhuǎn)速達(dá)到某值時(shí)，模擬地層水的流速足夠快，足以透過(guò)濾網(wǎng)破壞模擬固井二界面上水泥漿的結(jié)構(gòu)，此時(shí)水泥漿組分進(jìn)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(duì)固井水泥漿在候凝過(guò)程中抗水侵能力進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法，依次包括以下步驟：

（1）將3～8層尼龍濾網(wǎng)通過(guò)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(wú)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(cè)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(cè)試儀，此時(shí)轉(zhuǎn)速為n0，對(duì)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(dòng)模擬地層水干擾水泥漿，一定時(shí)間后測(cè)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(duì)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(diǎn)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(píng)價(jià)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(shuō)明

圖1是固井水泥漿在候凝過(guò)程中抗水侵能力的評(píng)價(jià)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(cè)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(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)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(guò)程中抗水侵能力的評(píng)價(jià)裝置，主要由磁力攪拌器1、電導(dǎo)率測(cè)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(guò)卡扣10與釜體實(shí)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(wú)孔并與釜體底部緊密接觸或無(wú)縫隙貼合，多層尼龍濾網(wǎng)通過(guò)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(guò)磁力傳動(dòng)，帶動(dòng)鐵濾網(wǎng)底部的磁子旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)鐵濾網(wǎng)中的模擬地層水轉(zhuǎn)動(dòng)，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(jìn)入模擬地層水。

所述電導(dǎo)率測(cè)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(cè)量部分水泥漿組分進(jìn)入模擬地層水后地層水電導(dǎo)率的變化。

利用上述評(píng)價(jià)裝置評(píng)價(jià)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(yán)、備用。

（2）將按規(guī)范《油井水泥試驗(yàn)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(guò)多容易溢出、低于刻度水泥漿過(guò)少不利于提高測(cè)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(guò)電極即可）。

（5）將磁力攪拌器和電導(dǎo)率儀開關(guān)打開，測(cè)得數(shù)據(jù)如表1所示。n7=400r時(shí)，電導(dǎo)率急劇增加σ7=1996us/cm，即400r時(shí)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(cè)試數(shù)據(jù)

（6）又分別測(cè)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(shí)，電導(dǎo)率急劇增加σ8=958us/cm，即450r時(shí)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(shí)，電導(dǎo)率急劇增加σ6=2010us/cm，即350r時(shí)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(shí)，電導(dǎo)率急劇增加σ4=946us/cm，即250r時(shí)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(cè)試數(shù)據(jù)

表3水灰比0.48的水泥漿抗水侵能力測(cè)試數(shù)據(jù)

表4水灰比0.50的水泥漿抗水侵能力測(cè)試數(shù)據(jù)

（7）通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，增大水灰比會(huì)使水泥漿漿體變得更稀，性能更差，減小水灰比會(huì)使?jié){體變得更稠。為了更清晰描述實(shí)驗(yàn)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。