本发明属于钻井工程技术领域，具体涉及一种井下逆向注浆模拟试验装置及试验方法，试验装置可以清晰直视、准确模拟注浆方式及水泥浆在套管内的运动，以评价不同的工艺和参数。本发明采用有机玻璃或聚碳酸酯等透明管材制成的部件，并辅以背光灯带，可以制成高度可调、清晰可视化的逆向注浆试验装置；采用透明软管模拟套管外环空，不仅提高了可视效果，也降低了试验原材料的用量，减小了水泥浆在装置内固结的风险；套管采用丝扣相连，装卸、更换方便，加上采用尼龙堵头和加厚管箍加工出浆口，提高了系统的承压能力。
1.一种井下逆向注浆试验装置，包括地面注浆系统和井下模拟系统；地面注浆系统包括水容器、泥浆容器、水泥容器、四通阀、注浆泵及注浆管；井下模拟系统包括套管、管箍、堵头、出浆口、法兰、上压力表、排气阀、下压力表、三通阀、出浆管、背光灯带及计量系统；
井下模拟系统的主体是模拟套管柱和出浆管；套管通过管箍用丝扣相连，根据实验要求可以组装成所需高度；套管的下部用堵头进行封堵，堵头上部0.5～1.0m处设置一管箍，管箍上设置一出浆口；套管上部用法兰与注浆管相连，法兰上设置上压力表及排气阀；出浆管一端通过三通与出浆口相连并设置下压力表，另一端与计量系统相接，背光灯带贴在套管柱后部；
地面注浆系统中，工作流体从水容器、泥浆容器或水泥容器中通过四通阀进入注浆泵，在注浆泵加压作用下经注浆管进入井下模拟系统；
计量系统包括排液漏斗、称量容器和天平，计量注浆系统的流速与质量；计量系统还与量筒结合，测定泥浆和水泥浆密度及体积。
2.如权利要求1所述的一种井下逆向注浆试验装置，其特征在于：地面注浆系统中泥浆容器和水泥容器内有搅拌装置，用于泥浆和水泥浆的搅拌，使注入时均匀。
3.如权利要求1所述的一种井下逆向注浆试验装置，其特征在于：注浆管、出浆管采用透明、内衬尼龙丝塑料管；出浆管模拟套管与孔壁的环空，其出口与法兰平齐；背光灯带采用LED灯带，每米不少于20个灯，功率大于2W/m。
4.如权利要求1所述的一种井下逆向注浆试验装置，其特征在于：套管为有机玻璃或聚碳酸酯材质，通过相同材料的管箍接连。
5.如权利要求1所述的一种井下逆向注浆试验装置，其特征在于：堵头采用尼龙材质，通过内丝与套管外丝进行封堵。
6.如权利要求1所述的一种井下逆向注浆试验装置，其特征在于：管箍采用加厚管材，在管箍中间以丝扣方式钻出出浆口，并以外径15‑30mm的管材用丝扣连接出浆口和三通阀。
7.一种采用权利要求1‑6任一项的试验装置的井下逆向注浆模拟试验方法，其特征在于包括以下步骤：(1)第一根套管下部采用丝扣与堵头连接并封堵，上部与带出浆口的管箍通过丝扣相连，此后向上的套管依次通过丝扣与管箍相连，直至最上一根；将整体套管柱固定在直立面上；
(3)出浆口连接三通，在三通上安装下压力表并连接出浆管；最上一根套管通过法兰连接注浆管，并在法兰上安装上压力表；
(5)试验开始时，将最上一根套管的排气口打开；切换四通阀至水容器，然后开注浆泵注至注浆管，直至排气阀出水，关闭排气阀直至出浆管末端出水；
(6)将四通阀切换至泥浆容器，然后开注浆泵将泥浆通过注浆管注入套管中，同时在出浆管计量出水量，当出浆管末端流出泥浆时，停注浆泵，记录出水量；
(7)将四通阀切换至水泥容器，然后开注浆泵将水泥浆通过注浆管注入套管中，同时在出浆管计量出浆量，当出浆管末端流出水泥浆时，停注浆泵，记录出浆量；
(8)将四通阀切换至水容器，然后开注浆泵将水通过注浆管注入套管中，同时在出浆管计量出水泥浆量，当套管中出浆口流出稀水泥浆时，停注浆泵，记录出水泥浆量，计算其密度；
(9)静置系统，通过背光灯带背光观察套管中水泥浆沉降，选择沉降时间、水‑浆界面沉降位置；
(10)实验结束，清水冲洗系统，替换可能固化的出浆管。
一种井下逆向注浆模拟试验装置及试验方法
技术领域
[0001] 本发明属于钻井工程技术领域，具体涉及一种井下逆向注浆模拟试验装置及试验方法。
背景技术
[0002] 随着地浸采铀的发展，填砾式一次性成建井工艺模式已不能适应地浸采铀工艺井的要求，从而发展了以逆向注浆、切割、设置内置过滤器等的新的成井工艺(CN105804690B、CN 107780879 A、CN106930734A、CN107269252B)。目前，注水泥浆采用了下注浆管井底注浆、井口直接注水泥浆等逆向注浆方式。
[0003] 但是，对于井下作业、特别是注水泥浆过程来说是不可见的，水泥浆在泥浆中的扩散、沉降及凝结等作用，水替水泥浆时替换、胶结及程度等进程无法直接观测，这使地浸采铀及相关行业长期以来都是以实践经验为主，在实际应用中去摸索，也导致新成井技术发展缓慢。因此，开发室内模拟注浆试验装置，并应用新装置进行工艺模拟以探索新工艺、新技术，成为亟待开展的工作。
[0004] 对逆向注浆模拟试验装置，需考虑以下问题：(1)可视化，以直观了解注浆过程及效果；(2)高度可调、装卸与更换方便，有较好的承压能力；(3)准确模拟不同注浆方式及水泥浆在套管内的运动，以评价不同注浆方式优劣、筛选水灰比及冲洗水量等参数。
发明内容
[0005] 针对以上不足，本发明的目的是提供一种井下逆向注浆模拟试验装置及试验方法，试验装置可以清晰直视、准确模拟注浆方式及水泥浆在套管内的运动，以评价不同的工艺和参数。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] 一种井下逆向注浆试验装置，包括地面注浆系统和井下模拟系统；地面注浆系统包括水容器、泥浆容器、水泥容器、四通阀、注浆泵及注浆管；井下模拟系统包括套管、管箍、堵头、出浆口、法兰、上压力表、排气阀、下压力表、三通阀、出浆管、灯带及计量系统；
[0008] 井下模拟系统的主体是模拟套管柱和出浆管；套管通过管箍用丝扣相连，根据实验要求可以组装成所需高度；套管的下部用堵头进行封堵，堵头上部0.5～1.0m处设置一管箍，管箍上设置一出浆口；套管上部用法兰与注浆管相连，法兰上设置上压力表及排气阀；出浆管一端通过三通与出浆口相连并设置下压力表，另一端与计量系统相接；
[0009] 地面注浆系统中，工作流体从水容器、泥浆容器或水泥容器中通过四通阀进入注浆泵，在注浆泵加压作用下经注浆管进入井下模拟系统；
[0010] 计量系统包括排液漏斗、称量容器和天平，计量注浆系统的流速与质量；与量筒结合。
[0011] 地面注浆系统中泥浆容器和水泥容器内有搅拌装置，用于泥浆和水泥浆的搅拌，使注入时均匀。
[0012] 注浆管、出浆管采用透明、内衬尼龙丝塑料管；出浆管模拟套管与孔壁的环空，其出口与法兰平齐；背光灯带采用LED灯带，每米不少于20个灯，功率大于2W/m。
[0013] 套管为有机玻璃或聚碳酸酯材质，通过相同材料的管箍接连。
[0014] 套管堵头采用尼龙材质，通过内丝与套管7外丝进行封堵。
[0015] 管箍采用加厚管材，在管箍中间以丝扣方式钻出出浆口，并以外径15‑30mm的管材用丝扣连接出浆口和三通阀。
[0016] 一种井下逆向注浆模拟试验方法，包括以下步骤：
[0017] (1)第一根套管7下部采用丝扣与堵头连接并封堵，上部与带出浆口的管箍通过丝扣相连，此后向上的套管依次通过丝扣与管箍相连，直至最上一根；将整体套管柱固定在直立面上；
[0018] (2)将背光灯带贴在套管柱后部并接通电源；
[0019] (3)出浆口连接三通，在三通上安装下压力表并连接出浆管；最上一根套管通过法兰连接注浆管，并在法兰上安装上压力表；
[0020] (4)连接注浆泵及其他管线；
[0021] (5)试验开始时，将最上一根套管的排气口打开；切换四通阀至水容器，然后开注浆泵注至注浆管，直至排气阀出水，关闭排气阀直至出浆管末端出水；
[0022] (6)将四通阀切换至泥浆容器，然后开注浆泵将泥浆通过注浆管注入套管中，同时在出浆管计量出水量，当出浆管末端流出泥浆时，停注浆泵，记录出水量；
[0023] (7)将四通阀切换至水泥浆容器，然后开注浆泵将水泥浆通过注浆管6注入套管中，同时在出浆管计量出浆量，当出浆管末端流出水泥浆时，停注浆泵，记录出浆量；
[0024] (8)将四通阀切换至水容器，然后开注浆泵将水通过注浆管注入套管中，同时在出浆管计量出水泥浆量，当套管中出浆口流出稀水泥浆时，停注浆泵，记录出水泥浆量，计算其密度；
[0025] (9)静置系统，通过背光灯带背光观察套管中水泥浆沉降，选择沉降时间、水‑浆界面沉降位置；
[0026] (10)实验结束，清水冲洗系统，替换可能固化的出浆管。
[0027] 本发明的有益效果在于：
[0028] 本发明采用有机玻璃或聚碳酸酯等透明管材制成的部件，并辅以背光灯带，可以制成高度可调、清晰可视化的逆向注浆试验装置；采用透明软管模拟套管外环空，不仅提高了可视效果，也降低了试验原材料的用量，减小了水泥浆在装置内固结的风险；套管采用丝扣相连，装卸、更换方便，加上采用尼龙堵头和加厚管箍加工出浆口，提高了系统的承压能力。
附图说明
[0029] 图1是本发明井下逆向注浆试验装置示意图；
[0030] 图中，1—水容器；2—泥浆容器；3—水泥容器；4—四通阀；5—注浆泵；6—注浆管；7—套管；8—管箍；8‑1—管箍；9‑堵头；10‑出浆口；11—法兰；12‑1—上压力表；12—2—下压力表；13—排气阀；14—三通阀；15‑出浆管；16—排液漏斗；17—称量容器；18—天平；19‑量筒；20‑搅拌装置；21‑背光灯带。
具体实施方式
[0031] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0032] 基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033] 如图1所示，一种井下逆向注浆试验装置：包括地面注浆系统和井下模拟系统。地面注浆系统包括水容器1、泥浆容器2、水泥容器3、四通阀4、注浆泵5及注浆管6；井下模拟系统包括套管7、管箍8、堵头9、出浆口10、法兰11、上压力表12‑1、排气阀13、下压力表12‑2、三通阀14、出浆管15、灯带21及计量系统。
[0034] 地面注浆系统中，工作流体从水容器1、泥浆容器2或水泥容器3中通过四通阀4进入注浆泵5，在注浆泵5加压作用下经注浆管6进入井下模拟系统。
[0035] 井下模拟系统的主体是模拟套管柱和出浆管15。套管7通过管箍8用丝扣相连，根据实验要求可以组装成所需高度；套管7的下部用堵头9进行封堵，堵头上部0.5～1.0m处设置一管箍8‑1，管箍8‑1上设置一出浆口10；套管7上部用法兰11与注浆管6相连，法兰11上设置上压力表12‑1及排气阀13；出浆管15一端通过三通14与出浆口10相连并设置下压力表12‑2，另一端与计量系统相接。
[0036] 计量系统包括排液漏斗16、称量容器17和天平18，计量注浆系统的流速与质量；与量筒19结合，测定泥浆和水泥浆密度及体积。
[0037] 地面注浆系统中泥浆容器2和水泥容器3内有搅拌装置20，用于泥浆和水泥浆的搅拌，使注入时均匀。
[0038] 注浆管6、出浆管15采用透明、内衬尼龙丝塑料管；出浆管15模拟套管7与孔壁的环空，其出口与法兰11平齐；背光灯带21采用LED灯带，每米不少于20个灯，功率大于2W/m。
[0039] 套管7为有机玻璃或聚碳酸酯材质，通过相同材料的管箍8接连。
[0040] 套管堵头9采用尼龙材质，通过内丝与套管7外丝进行封堵。
[0041] 管箍8‑1采用加厚管材，在管箍中间以丝扣方式钻出出浆口10，并以外径15‑30mm的管材用丝扣连接出浆口10和三通阀14。
[0042] 本发明井内逆向投砾工具的使用方法，包括以下步骤：
[0043] (1)第一根套管7下部采用丝扣与堵头9连接并封堵，上部与带出浆口10的管箍8‑1通过丝扣相连，此后向上的套管7依次通过丝扣与管箍8相连，直至最上一根；将整体套管柱固定在直立面上；
[0044] (2)将背光灯带21贴在套管柱后部并接通电源；
[0045] (3)出浆口10连接三通14，在三通上安装下压力表12‑2并连接出浆管15；最上一根套管7通过法兰11连接注浆管6，并在法兰11上安装上压力表12‑1；
[0046] (4)连接注浆泵5及其他管线；
[0047] (5)试验开始时，将最上一根套管的排气口打开；切换四通阀4至水容器1，然后开注浆泵5注至注浆管6，直至排气阀13出水，关闭排气阀13直至出浆管15末端出水；
[0048] (6)将四通阀4切换至泥浆容器2，然后开注浆泵5将泥浆通过注浆管6注入套管7中，同时在出浆管15计量出水量，当出浆管15末端流出泥浆时，停注浆泵5，记录出水量；
[0049] (7)将四通阀4切换至水泥浆容器3，然后开注浆泵5将水泥浆通过注浆管6注入套管7中，同时在出浆管15计量出浆量，当出浆管15末端流出水泥浆时，停注浆泵5，记录出浆量；
[0050] (8)将四通阀4切换至水容器1，然后开注浆泵5将水通过注浆管6注入套管7中，同时在出浆管15计量出水泥浆量，当套管7中出浆口10流出稀水泥浆时，停注浆泵5，记录出水泥浆量，计算其密度；
[0051] (9)静置系统，通过背光灯带21背光观察套管中水泥浆沉降，选择沉降时间、水‑浆界面沉降位置；
[0052] (10)实验结束，清水冲洗系统，替换可能固化的出浆管。
[0053] 可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
[0054] 需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
[0055] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0056] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
[0057] 本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的方法，其他方法可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
[0058] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
