一种利用温度传感装置测量水泥浆顶替效率的方法

摘要

本发明涉及石油工程领域中一种水泥浆顶替效率模拟实验中利用温度传感装置测量顶替效率的方法，依次包括以下步骤：(1)在测量段井筒表面的四个方向开4个孔，分别安放温度传感器；(2)对泥浆和水泥浆使用不同温度的水来配制；(3)调整井筒内管在井筒外管中的偏心程度；(4)利用泥浆进行循环，使套管和井筒之间的环空中充满泥浆；(5)使用水泥浆进行顶替；(6)数据采集卡把数据传送到计算机，计算机根据每一个温度传感器的温度变化绘制成四条T-S曲线；(7)对比不同的T-S曲线分析在不同位置的水泥浆的顶替效率。本发明通过最直观的水泥浆顶替泥浆的温度，就可在计算机上分析出水泥浆的顶替效率，省时省力。

权利要求

1.一种利用温度传感装置测量水泥浆顶替效率的方法，依次包括以下步骤：（1）在测量段井筒表面的四个方向开4个孔，分别安放温度传感器；

（2）对泥浆和水泥浆使用不同温度的水来配制；

（3）调整井筒内管在井筒外管中的偏心程度；

（4）利用泥浆进行循环，使套管和井筒之间的环空充满泥浆；

（5）使用水泥浆进行顶替，当水泥浆顶替到温度传感器测量段的时候，先到水泥浆的温度被温度传感器捕获，形成一定的温度波动；

（6）数据采集卡把数据传送到计算机，计算机根据每一个温度传感器的温度变化绘制成四条温度-时间曲线；

（7）对比不同的温度-时间曲线分析在不同位置的水泥浆顶替泥浆的顶替效率。

说明书

一种利用温度传感装置测量水泥浆顶替效率的方法

所属技术领域

[0001] 本发明涉及石油工程领域中一种水泥浆顶替效率模拟实验中利用温度传感装置测量顶替效率的方法。

背景技术

[0002] 目前，在国内外石油工程的水泥浆顶替效率模拟实验中都采用比较传统的激光测速和候凝测量方法，而目前通用的方法明显存在不足：激光测速法可以测出水泥浆的顶替效率，但是这样只能使用水泥浆和泥浆的相似液，对于真实环境下的水泥浆顶替泥浆的情况是很难实现的；候凝测量法需要等水泥浆顶替后采用把整个井筒剖开，然后根据水泥浆的候凝分布情况来直观地分析水泥浆的顶替效果，这样的结果虽然直观有效且使用的是真实的泥浆和水泥浆进行试验，但是操作复杂，不适合在实验室长时间做大量实验。并且目前的实验方法都不能实时地得出分析数据，而且不能根据实时数据进行现场实时观察。

[0003] 因此，研究开发一种新型的水泥浆顶替效率模拟实验方法，已成为当务之急。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种利用温度传感装置测量水泥浆顶替效率的方法，该方法通过最直观的水泥浆顶替泥浆的温度差异，即在顶替过程中通过顶替液的流态和速度变化，以此来分析水泥浆的顶替效率。

[0005] 为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

[0006] 在偏心时，套管偏心度增加，偏心环空内不同间隙处的流速及流态将发生极大的变化，宽窄间隙的流速差可达几十倍。宽间隙范围内的液体达到了紊流，而其它间隙，特别是窄间隙却有可能作层流流动。液体流动的不均匀性，给注水泥作业带来以下问题，当水泥浆顶替钻井液时，宽间隙钻井液可能已被顶替挤走，而窄间隙的钻井液却仍然滞留在原来位置，造成钻井液窜槽，影响固井质量，但流量、流速及流态的不均匀性，将使不同间隙处液体的顶替关系及水泥浆返高存在较大差异，即宽间隙范围内水泥浆的顶替效果较好，并已预先达到设计位置，而窄间隙范围内水泥浆的顶替效果较差，并处于较低的位置，使整个环形空间的密封质量变差。

[0007] 本发明是利用在水泥浆顶替过程中水泥浆的温度和泥浆的温度不同情况下，而得到水泥浆的顶替效率。即在测量段的井筒中，在井筒表面的四个方向开4个孔，即同一个截面上每隔90°开孔，安放温度传感器，该温度传感器是高精度温度传感器，其分辨率高达0.001℃，且该温度传感器在弱碱性的液体中也能方便地测量。使传感器的触头深入到井筒测量段，但是不能伸出太长，这样会使高精度温度传感器影响到液体的流态，对实验的结果造成一定影响。调整井筒内管在井筒外管中的偏心程度，达到实验的要求，对泥浆和水泥浆使用不同温度的水来配制，使泥浆和水泥浆形成一定的温度差。利用泥浆进行循环，使套管和井筒之间的环空充满泥浆，使用水泥浆进行顶替，当水泥浆顶替到温度传感测量段的时候，先到水泥浆的温度会被温度传感器捕获，从而形成一定的温度波动，数据采集卡会把数据传送到计算机，在计算机中绘制成温度-时间曲线图(T-S曲线图)，得到随着时间的变化截面上的温度，随着时间的推移，计算机会根据每一个温度传感器的温度变化而绘制成四条T-S曲线。

[0008] 分析方法1：纵向比较，在同一个时间点上的四条曲线温度T变化得快慢所反映的问题是顶替速度的快慢，且V∝T，这样所反映出来的就是水泥浆顶替钻井液速度的快慢。而在井筒中因为偏心的原因，在环空中形成宽间隙和窄间隙。这里的顶替效果用窄间隙钻井液流速Vnm，温度用Tnm表示，宽间隙水泥浆流速Vwc和温度用Twc表示，Vnm/Vwc愈接近
1，因为V∝T，所以Tnm/Twc愈接近1，顶替效果愈好，当水泥浆动切应力等于或大于临界值后，水泥浆替流产生的剪切应力使窄间隙的钻井液开始流动，Vnm/Vwc＝1，Tnm/Twc＝1，顶替效率较好。如继续增加流量和压力梯度，此时宽间隙水泥浆流速的增加比窄间隙钻井液流速快，Vnm/Vwc＞1，Tnm/Twc＞1，顶替效率变差。如水泥浆动切应力低于临界值，水泥浆潜流不会使钻井液流动。

[0009] 分析方法2：横向比较，在一段时间内每一条T-S曲线上的温度发展趋势可得到，在没有进行顶替前，T-S曲线是比较平滑的恒定温度，随着顶替效率的开始，T-S曲线开始变化，直到T-S曲线再次达到平滑的恒定温度的时候水泥浆的顶替过程完成，记录下平滑的恒定温度曲线中温度变化的时间即为顶替时间，主要影响顶替时间的因素是井筒中偏心和水泥浆的流态。在紊流程度一定的情况下，顶替效率随接触时间的延长而增加，但当接触时间增加一定的值以后，顶替效率趋于稳定，不再随接触时间的延长而增加。对比四条不同的T-S曲线可分析出在不同位置的水泥浆顶替泥浆的顶替效率。

[0010] 一种利用温度传感装置测量水泥浆顶替效率的方法，依次包括以下步骤：

[0011] 1在测量段井筒表面的四个方向开4个孔，分别安放温度传感器；

[0012] 2对泥浆和水泥浆使用不同温度的水来配制；

[0013] 3调整井筒内管在井筒外管中的偏心程度；

[0014] 4利用泥浆进行循环，使套管和井筒之间的环空充满泥浆；

[0015] 5使用水泥浆进行顶替，当水泥浆顶替到温度传感测量段的时候，先到水泥浆的温度被温度传感器捕获，形成一定的温度波动；

[0016] 6数据采集卡把数据传送到计算机，计算机根据每一个温度传感器的温度变化而绘制成四条T-S曲线；

[0017] 7对比不同的T-S曲线分析在不同位置的水泥浆顶替泥浆的顶替效率。

[0018] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过最直观的水泥浆顶替泥浆的温度，就可在计算机上分析出水泥浆的顶替效率，既节约时间，又省去人力和物力，并且这种实验方法是从量变的情况最直观地分析出水泥浆的顶替效率。

附图说明

[0019] 图1是当偏心度达到30％，钻井液的配浆温度为50℃，水泥浆的配浆温度为70℃，进行顶替实验而得到的T-S曲线图。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图进一步举例说明本方法。

[0021] 一种利用温度传感装置测量水泥浆顶替效率的方法，包括以下步骤：在测量段井筒中表面的四个方向分别安放温度传感器；分别配制泥浆和水泥浆，泥浆配浆温度为50℃，水泥浆配浆温度为70℃；调整井筒内管在井筒外管中的偏心程度达到30％；利用泥浆进行循环，使套管和井筒之间的环空中充满泥浆；使用水泥浆进行顶替；数据采集卡把数据传送到计算机，计算机根据每一个温度传感器的温度变化而绘制成四条T-S曲线。

[0022] 参看图1。根据T-S曲线可以看出，总体的顶替时间为10′。

[0023] 对比不同的T-S曲线分析在不同位置的水泥浆顶替泥浆的顶替效率：

[0024] 实验开始前，钻井液的温度为50℃，并且这个温度被温度传感器所捕捉到，并传送到计算机；

[0025] 实验开始后，在2′之前钻井液的温度仍然为50℃，并且传送到计算机的温度仍然没有变化；

[0026] 当到达2′时，T-S曲线开始变化，位于窄间隙的温度传感器得到温度开始升高，并且其他位置的温度曲线并没有变化，说明此时水泥浆已经顶替到了窄间隙的位置；

[0027] 在2′30″的时候左边间隙的温度曲线开始变化，说明此时水泥浆已经顶替到了测量段左边间隙的位置，并且另外两条的温度曲线并没有变化，说明此时水泥浆已经顶替到了左边间隙的位置；

[0028] 在3′的时候右边间隙的温度曲线开始变化，说明此时水泥浆已经顶替到了测量段右边间隙的位置，并且另外一条的温度曲线并没有变化，说明此时水泥浆已经顶替到了右边间隙的位置；

[0029] 在3′30″的时候宽间隙的温度曲线开始变化，说明此时水泥浆已经顶替到了测量段宽间隙的位置；

[0030] 在4′的时候，窄间隙钻井液温度Tnm为51℃，宽间隙水泥浆温度Twc为58℃，所以Tnm/Twc＝0.87，说明在刚开始的时候顶替效率比较好；

[0031] 在5′的时候，窄间隙钻井液温度Tnm为63℃，宽间隙水泥浆温度Twc为53℃，所以Tnm/Twc＝0.84，说明在进行顶替的过程中，水泥浆的顶替效率逐渐下降；

[0032] 在6′的时候，窄间隙钻井液温度Tnm为65℃，宽间隙水泥浆温度Twc为56℃，所以Tnm/Twc＝0.86，说明随着顶替过程的进行，水泥浆的顶替效率逐渐上升；

[0033] 在7′的时候，窄间隙钻井液温度Tnm为67℃，宽间隙水泥浆温度Twc为59℃，所以Tnm/Twc＝0.88，说明随着顶替过程的进行，水泥浆的顶替效率逐渐上升；

[0034] 在8′的时候，窄间隙钻井液温度Tnm为69℃，宽间隙水泥浆温度Twc为62℃，所以Tnm/Twc＝0.89，说明随着顶替过程的进行，水泥浆的顶替效率逐渐上升；

[0035] 在9′的时候，窄间隙钻井液温度Tnm为70℃，宽间隙水泥浆温度Twc为66℃，所以Tnm/Twc＝0.94，说明随着顶替过程的进行，水泥浆的顶替效率逐渐上升；

[0036] 在10′的时候，窄间隙钻井液温度Tnm为70℃，宽间隙水泥浆温度Twc为70℃，所以Tnm/Twc＝1，说明随着顶替过程的进行，水泥浆已完全驱替了钻井液。

[0037] 本例中，顶替接触时间为10′，根据顶替接触时间的经验，当紊流顶替接触时间大于10′时，水泥浆顶替成功率较高。