[发明专利]一种氮气泡沫水泥制备装置及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮气泡沫水泥制备装置及其制备方法，制备装置包括泡沫水泥发生器、液氮蒸发器、液氮柱塞泵、泡沫液柱塞泵、泡沫液箱、热交换系统、液氮管线、高压水泥浆管线、第一管线、泡沫水泥排出管线和密度检测装置。通过热交换系统回收氮气泡沫固井装置中动力单元和液压系统等装置产生的热量，并用回收热量作为液氮蒸发器热源，节能环保，能源利用率高，设备投入少；采用高压液氮柱塞泵和高压泡沫液柱塞泵对液氮和泡沫液进行加压，增加混合均匀度，降低泡沫水泥密度；设置密度检测装置对泡沫水泥密度进行实时检测，并根据密度对液氮和/或泡沫液流量进行调节，密度控制简单；设置清水箱，操作结束后对设备和管线进行冲洗，增加使用寿命。

技术领域

本发明涉及油田固井技术领域，具体涉及一种氮气泡沫水泥制备装置及其制备方法。

背景技术

在油气田固井作业中，水泥漏失是固井领域中普遍面临的难题之一。随着国内油气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。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。目前常采用物理发泡方法制备泡沫水泥，即将提前配置好的泡沫液与水泥浆混合或直接向含有发泡液的水泥浆冲入气体的方式形成泡沫水泥。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，难以满足固井高压工作。因此充气式制备泡沫水泥的方法受到越来越多的关注。氮气因化学性质稳定，一般不与其他物质发生反应，可以起到隔离、阻燃、防爆、防腐的功用，且对储层伤害小，成为泡沫水泥优选的充气介质。目前现有的充气式泡沫水泥的制备装置无法对泡沫水泥的密度进行实时监控，若泡沫水泥密度不能满足施工要求会导致固井成本增加甚至固井失败；而且此方法需要设立专门的加热装置对液氮进行加热升温，能耗高、设备投入及作业成本高。

发明内容

本发明的目的克服现有技术的不足，提供一种氮气泡沫水泥制备装置及其制备方法，通过热交换系统回收氮气泡沫固井装置中动力单元、液压系统和润滑系统等装置产生的热量，并用回收的热量作为液氮蒸发器的热源，为液氮气化提供热量，能耗低，节能环保，能源利用率高，减少设备投入，作业成本低；采用高压液氮柱塞泵和高压泡沫液柱塞泵对液氮和泡沫液进行加压，增加混合均匀度，降低泡沫水泥的密度；设置密度检测装置对泡沫水泥的密度进行实时检测，并根据密度对液氮和/或泡沫液的流量进行调节，密度控制简单；设置清水箱，固井操作结束后对泡沫水泥发生器等设备进行冲洗，增加设备的使用寿命。

本发明的目的是通过以下技术措施达到的：一种氮气泡沫水泥制备装置，所述制备装置包括泡沫水泥发生器、液氮蒸发器、液氮柱塞泵、泡沫液柱塞泵、泡沫液箱、热交换系统、液氮管线、高压水泥浆管线、第一管线、泡沫水泥排出管线和密度检测装置，所述泡沫水泥发生器设有气相进口和液相进口，所述液氮管线与所述液氮柱塞泵的进口连接，所述液氮柱塞泵的出口与所述液氮蒸发器的进口连接，所述液氮蒸发器的出口与所述泡沫水泥发生器的气相进口连接，所述泡沫液箱的出口与所述泡沫液柱塞泵的进口连接，所述泡沫液柱塞泵的出口与所述泡沫水泥发生器的液相进口通过第一管线连接，所述高压水泥浆管线与所述第一管线汇合，所述泡沫水泥发生器的出口与所述泡沫水泥排出管线连接，所述泡沫水泥排出管线上设有密度检测装置，所述热交换系统为所述液氮蒸发器提供热源。

进一步地，所述制备装置还包括水箱，所述液氮蒸发器还设有热源进口和热源出口，所述热交换系统的出口与所述水箱的进口连接，所述水箱的出口与所述热源进口连接，所述热源出口与所述热交换系统的进口连接。

进一步地，所述制备装置还包括清水箱，所述清水箱与所述泡沫液箱的进口连接。

进一步地，所述制备装置还包括控制装置，所述控制装置用于控制液氮和/或泡沫液的流量。

进一步地，所述制备装置还包括液氮回液管线，所述液氮回液管线与所述液氮柱塞泵的进口连接。

进一步地，所述制备装置可车载或单独使用。