一种泡沫水泥浆固井设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种泡沫水泥浆固井设备，包括：直燃式气化器，用于将液氮转换为氮气；发泡液供应装置，用于储存和加压发泡液；第一管道，用于接收来自水泥浆源的水泥浆和所述发泡液，从而形成含有发泡液的水泥浆；以及泡沫发生器，用于接收所述含有发泡液的水泥浆和所述氮气，从而形成泡沫水泥浆。本发明专利技术还公开了一种使用上述泡沫水泥浆固井设备的泡沫水泥浆固井方法。

【技术实现步骤摘要】
一种泡沫水泥浆固井设备及方法
本专利技术涉及油田天然气泡沫流体领域，尤其涉及泡沫水泥浆固井设备及使用这种设备来进行的泡沫水泥浆固井方法。
技术介绍
注水泥是固井技术中的关键工序，而水泥漏失是固井领域中普遍面临的难题之一。随着国内勘探开发程度的不断深入，固井水泥漏失比例急剧增加，严重影响固井质量，增加环空带压风险。因此，在本领域中对低密度水泥浆固井提出了迫切需求。相比常规水泥，泡沫水泥浆具有密度低、强度高、弹塑性好等特点，在防漏、防窜、提高顶替效率方面具有显著优势。目前，制备泡沫水泥浆有两种方法，即化学发泡和物理发泡。对于化学发泡方法来说，在水泥中加入一定量的发泡剂，混合搅拌后，发泡剂和水泥中的某些化学成分起化学反应产生气体，其分布在水泥浆中从而形成泡沫水泥浆。该方法所配置的水泥浆发气量较小，并且在井下高压环境下，难以大幅度降低泡沫水泥密度，在施工现场无法随时调整泡沫水泥密度。在物理发泡方法中，将提前配制好的泡沫液与水泥浆混合或直接向含有发泡液的水泥浆充入气体的方式形成泡沫水泥浆。将提前配制好的泡沫液与水泥浆混合的这种方法由于泡沫压力低、水泥浆压力高，造成泡沫液和水泥浆出现分离或不能有效混合在一起，难以满足油井固井高压工作。因此，国内缺少对充气式泡沫水泥浆固井设备的研发，尚未形成成熟的充气式泡沫固井工艺。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种泡沫水泥浆固井设备以及采用这种设备来进行泡沫水泥浆固井的方法。根据本专利技术的所述泡沫水泥浆固井设备，包括：直燃式气化器，用于将液氮转换为氮气；发泡液供应装置，用于储存和加压发泡液；第一管道，用于接收来自水泥浆源的水泥浆和所述发泡液，从而形成含有发泡液的水泥浆；泡沫发生器，用于接收所述含有发泡液的水泥浆和所述氮气，从而形成泡沫水泥浆。在一个实施例中，所述直燃式气化器通过第一柱塞泵与液氮源相连。在一个实施例中，所述发泡液供应装置包括发泡液存储器和第二柱塞泵，所述发泡液存储器的底端与所述第二柱塞泵相连。在一个实施例中，所述发泡液存储器包括包裹在其外部的保温层，以及设置在其内部的加热器。在一个实施例中，所述第二柱塞泵通过第二管道与所述第一管道相连。在一个实施例中，所述泡沫水泥浆固井设备还包括传感器，用于采集关于氮气、发泡液和水泥浆的数据。在一个实施例中，所述泡沫水泥浆固井设备还包括终端控制器，所述终端控制器根据所述传感器所提供的数据来控制液氮的供应。根据本专利技术的泡沫水泥浆固井方法，包括以下步骤：将如上所述的泡沫水泥浆固井设备与水泥泵车和液氮源相连；通过所述水泥泵车、发泡液存储器和直燃式气化器分别供应水泥浆、泡沫和氮气，并在所述泡沫发生器内混合以形成泡沫水泥浆；通过控制器来控制氮气排量，以便调节所述泡沫水泥浆的密度。在一个实施例中，利用第二柱塞泵来控制氮气排量。所述直燃式气化器、发泡液供应装置和水泥泵车分别与所述泡沫发生器通过管道相连接，分别为泡沫发生器输送氮气、发泡液、水泥浆。其中直燃式气化器通过第一柱塞泵与液氮源相连。所述泡沫发生器设有三个接口，所述接口分别与两个输入管道和一个输出管道相连接。含有发泡液的水泥浆与氮气分别通过所述的两个输入管道采用高压喷射的方式输送至所述的泡沫发生器的混合腔内，并通过所述泡沫发生器的混合腔内的螺旋组块扰动和撞击作用，直接形成泡沫水泥浆，并经所述输出管道输出。所述直燃式气化器的输出口与所述泡沫发生器相连，所述直燃式气化器吸入口通过管道与第一柱塞泵输出口相连。第一柱塞泵的吸入口与液氮源通过管道相连。低温液氮经所述第一柱塞泵加压后输入至所述直燃式气化器内，通过直燃式气化器完成气化，并输送至所述泡沫发生器内。所述直燃式气化器是一种高压盘管式直燃蒸发器。其主要是通过燃油产生的热量来对高压盘管进行加热，并将液体转化为气体。所述直燃式气化器配有自动点火装置，通过自动点火控制系统启动自动点火装置，满足自动化需求。所述直燃式气化器内还设有风扇，通过调整风扇速度和喷油量，以保证氮气排出温度控制在5～25℃之间。进一步地，所述发泡液供应装置包含有发泡液存储器和第二柱塞泵。所述发泡液存储器的底部与所述第二柱塞泵的吸入口通过管道相连。所述第二柱塞泵的输出口与所述泡沫发生器通过管道相连。所述发泡液存储器用于储存发泡液，并将一定剂量的发泡剂、稳泡剂和水配制成发泡液。发泡液存储器内部设有加热器，外部设有保温层。所述加热器和保温层可加速发泡液配制，并保证所输出的发泡液的温度在一定范围内。所述第二柱塞泵用于将发泡液加压后输送至一输入管道内。在所述输入管道内与水泥浆汇合，并形成含有发泡液的水泥浆。之后，所述含有发泡液的水泥浆再输入至所述泡沫发生器内，与氮气混合形成泡沫水泥浆。此外，所述设备还包括终端控制器、传感器和发电机。在各高低压管道内设有传感器，其包括压力计、涡轮流量计、氮气质量流量计、温度计。通过传感器可以实时监测各流体的密度、流量、温度和压力等参数，并通过所述终端控制器进行显示和控制，并给予及时调整，以实现高效、高质、准确的泡沫水泥浆的配制和输出。所述设备通过控制氮气的排量大小来实现对输出的泡沫水泥浆密度大小的控制。所述发电机与所述终端控制器、直燃式气化器、第一柱塞泵和第二柱塞泵通过线路连接，并为其提供动力。此外，所述设备还包括一固井撬底座。所述发泡液供应装置、直燃式气化器、泡沫发生器、发电机和终端控制器均安装在所述固井撬底座上，以实现紧凑型设计，并方便安装及运输。通过该设备和方法可以将泡沫水泥浆的密度控制在0.8至1.6g/cm3之间，将泡沫水泥浆的排量控制在0.3至1.8m3/min之间，从而有效地解决了现有泡沫水泥浆固井所面临的问题。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：利用直燃式气化器，可加快液氮气化速度且气化气体排量高，可快速进行高压充氮发泡作业，提高泡沫混合均匀度，且保证氮气排出温度在第二柱塞泵全程排量范围内调节可靠；可操作性强，仅通过调节氮气排量一个参数，即可实现泡沫水泥浆密度的调整；水泥浆、发泡液、氮气均在高压密闭环境下混合，混合效果好，且利用泡沫水泥浆密度的精确控制；其次，本专利技术中的设备不仅可用于泡沫水泥浆固井作业，也可用于泡沫气举、泡沫压裂等作业。附图说明图1显示了根据本专利技术的一种泡沫水泥浆固井设备的示意图。标号说明设备100，输入端接口101，输入端接口102，输出端接口103，发电机1，第一柱塞泵2，直燃式气化器3，泡沫发生器4，发泡液存储器5，第二柱塞泵6，传感器7，高低压管道组9，固井撬底座10，接口端41，接口端42，接口端43，输入管道91，输入管道92，输出管道93，管道94，管道95。具体实施方式图1显示了根据本专利技术的泡沫水泥浆固井设备100的结构性示意图。本实施中的设备100包括固井撬底座10，在固井撬底座10上安装有第一柱塞泵2、直燃式气化器3、泡沫发生器4、发泡液存储器5和第二柱塞泵6。在本实施例中，泡沫发生器4用于完成泡沫水泥浆的配制与输出。如图1所示，泡沫发生器4的接口端41、接口端42、接口端43分别与输入管道91、输入管道92、输出管道93相连接。氮气和含有发泡液的水泥浆分别通过输入管道91和输入管道92喷射进入泡沫发生器4的混合腔内。在泡沫发生器4的混合腔内设有螺旋组块，通过螺旋组块的扰动和撞击作用，含有发泡液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种泡沫水泥浆固井设备，包括：直燃式气化器，用于将液氮转换为氮气；发泡液供应装置，用于储存和加压发泡液；第一管道，用于接收来自水泥浆源的水泥浆和所述发泡液，从而形成含有发泡液的水泥浆；泡沫发生器，用于接收所述含有发泡液的水泥浆和所述氮气，从而形成泡沫水泥浆。

【技术特征摘要】
1.一种泡沫水泥浆固井设备，包括：直燃式气化器，用于将液氮转换为氮气；发泡液供应装置，用于储存和加压发泡液；第一管道，用于接收来自水泥浆源的水泥浆和所述发泡液，从而形成含有发泡液的水泥浆；泡沫发生器，用于接收所述含有发泡液的水泥浆和所述氮气，从而形成泡沫水泥浆。2.根据权利要求1所述的泡沫水泥浆固井设备，其特征在于，所述直燃式气化器通过第一柱塞泵与液氮源相连。3.根据权利要求1或2所述的泡沫水泥浆固井设备，其特征在于，所述发泡液供应装置包括发泡液存储器和第二柱塞泵，所述发泡液存储器的底端与所述第二柱塞泵相连。4.根据权利要求3所述的泡沫水泥浆固井设备，其特征在于，所述发泡液存储器包括包裹在其外部的保温层，以及设置在其内部的加热器。5.根据权利要求3或4所述的泡沫水泥浆固井设备，其特征在于，所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾义金，肖京男，周仕明，丁士东，初永涛，方春飞，桑来玉，张晋凯，杜晓雨，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11