CN103278446B - 一种模拟测量油井水泥环胶结强度与防窜流能力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟测量油井水泥环胶结强度与防窜流能力的方法,包括:制作符合试验规格的岩心;安装上水泥石试模,向水泥石试模和岩心环空中注入水泥浆,放入养护釜中养护;岩心处的压力与养护釜内部压力相等;逐渐降低养护釜内部压力,让养护釜内部和岩心处形成压差;岩心中的流体发生窜流,养护釜内部的压力从降低转为逐渐增大,当流体完全窜通时,岩心处的压力再次与养护釜内部压力相等;计算机绘制压力‐时间曲线;养护釜内部最终压力与养护釜内部压力由降低转为增大所对应拐点处的压力的差值即为水泥环与岩心界面的胶结强度值。本发明采用压差法模拟测量出油井水泥环胶结强度和评价界面防窜流能力,直观清晰,方便易学。

Description

一种模拟测量油井水泥环胶结强度与防窜流能力的方法
所属技术领域
[0001] 本发明涉及石油工程领域中一种模拟测量油井水泥环胶结强度与防窜流能力的方法。
背景技术
[0002]目前,在国内外石油钻井工程中,固井注水泥完成后,水泥环与地层或套管二界面的胶结质量是影响油气井寿命的一大关键因素。固井二界面胶结质量差使得界面的封固系统失效,会引发注水泥后的环空窜流问题。
[0003] 环空窜流的危害巨大,主要体现在以下几个方面:1.窜流导致井口冒油冒气,使大量的油气散失,降低了油气产量;2.井下不同压力系统在层间窜流,不仅降低油气采收率,还影响油气田的合理开发;3.窜流降低了增产措施的效果,使油气产层得不到合理的开采;4.窜流使套管遭受流体的侵蚀和腐蚀,降低了套管的强度和使用寿命;5.地层中上窜的流体可能污染地下水源,影响居民的生命安全。
[0004] 固井二界面胶结质量重要性的凸显使得业界越来越重视该方面的研宄工作。然而,水泥环与地层的胶结强度受到水泥石本身性能、钻井液在地层形成的滤饼以及固井时对滤饼的清洗效果等诸多因素的影响,并且固井二界面的胶结强度有多大,防止地层流体通过水泥环与地层之间的胶结面发生窜流的能力有多少,是无法在井下直接测量的。在现有技术条件下,只能通过一定的模拟手段来研宄固井界面从而达到模拟测量油井水泥环胶结强度与评价防窜流能力的目的。对此,国内外的业内学者提出了许多的研宄方法并专门设计了相应的模拟实验装置。这些方法在一定程度上都有其合理性。但是值得指出的是,较多的方法都针对界面的剪切胶结强度进行研宄,而忽视了界面水力胶结强度的研宄。其次,这些方法中养护水泥浆过程中的养护压力都是恒定的,没考虑到水泥浆在整个凝固过程中会产生失重的影响。此外,部分的方法通过抗压强度来间接反映胶结强度的特性,带有明显的半定量化色彩,评估误差较大。
[0005] 因此,研宄开发一种模拟测量油井水泥环胶结强度与防窜流能力的新方法,已成为该行业关注的重点。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种模拟测量油井水泥环胶结强度与防窜流能力的方法,该方法通过模拟高温高压下水泥环与地层的胶结形成,同时模拟地层压差对胶结的影响,以此来分析形成的水泥环与地层或套管之间的胶结强度和界面防窜能力。
[0007] 为达到以上技术目的,本发明提供以下技术方案。
[0008] 本发明主要利用了 “压差法”连续模拟测量水泥环界面水力胶结强度和防窜流能力。首先,对模拟岩样或者取自地层的真实岩样进行加工,制成符合试验规格要求的岩心。其次,安装水泥石试模,在岩心和水泥石试模的环空中灌注水泥浆,放回高温高压养护釜中养护。
[0009] 高温高压养护釜内部升温升压至设定的井下模拟温度和压力,该压力模拟注水泥完成后环空中的水泥浆柱压力。与此同时,向岩心中增压(岩心中的流体为油、气、水中的任意一种或混合液),该压力模拟地层压力。遵循固井过程中平衡压力固井的原则,初始时使得高温高压养护釜内部压力和岩心中的流体压力相等。
[0010] 待水泥浆养护一定时间,逐渐降低高温高压养护釜内部压力,每次降低压力后要让养护釜内部压力保持一定时间,以此来模拟水泥浆在凝固过程中浆柱压力失重的情况。由于降低了高温高压养护釜内部压力,在岩心和养护釜内部之间形成正压差,岩心中的流体有侵入到环空中的趋势。在养护釜内部压力逐渐降低的过程中,岩心与养护釜内部形成的正压差越来越大,也即地层与环空中的压力不平衡越来越突出。
[0011] 若水泥环与岩心的胶结质量良好,界面有足够的胶结强度克服压差,则岩心中的流体很难侵入,养护釜内部的压力会继续降低。当压差达到一定程度后,水泥环与岩心的胶结界面强度不足,则岩心中的流体逐渐透过水泥环与岩心的胶结界面窜流到养护釜内,于是养护釜内部的压力由降低转为逐渐增大,养护釜内部压力逐渐增大的过程模拟了环空窜流后环空带压的情况。当岩心与水泥环的胶结界面被完全窜通时,岩心处的流体压力和养护釜的内部压力又会再次相等。
[0012] 因此,养护釜内部最终压力与养护釜内部压力由降低转为增大所对应拐点处的压力之差即为水泥环与岩心界面的胶结强度值。两者差值越大,表明水泥环与岩心界面的胶结强度越大,水泥环与岩心的胶结界面防窜能力越强。
[0013] 本发明中养护釜内部压力和岩心处的流体压力由压力传感器捕获,并实时将压力数据采集到计算机中,进而在计算机中绘制出压力-时间曲线图(P - T曲线图)。压力-时间曲线图反映了养护釜内部压力和岩心处压力随着时间的变化情况,通过该曲线图可以直观清晰地分析出岩心中的流体开始发生窜流的时间、相应的压力以及水泥环与岩心界面的胶结强度。
[0014] 一种模拟测量油井水泥环胶结强度与防窜流能力的方法,依次包括以下步骤:
[0015] ( I)对模拟岩样或取自地层的真实岩样进行加工,制作符合试验规格的岩心;
[0016] (2)安装上水泥石试模,向水泥石试模和岩心环空中注入水泥浆,将其放入养护釜中养护;
[0017] (3)设置养护釜的程序,养护釜内部压力升至井下模拟压力,同时向岩心处增压,使得岩心处的压力与养护釜内部压力相等;
[0018] (4)在养护一定时间后,逐渐降低养护釜内部压力,让养护釜内部和岩心处形成压差;
[0019] (5)达到一定压差后,岩心中的流体发生窜流,使得养护釜内部的压力从降低转为逐渐增大,当流体完全窜通时,岩心处的压力再次与养护釜内部压力相等;
[0020] (6)压力传感器采集养护釜内部压力和岩心处压力,把数据传送到计算机上,计算机绘制出养护釜内部压力、岩心处压力随时间的变化曲线(压力-时间曲线);
[0021] (7)分析压力-时间曲线,养护釜内部最终压力与养护釜内部压力由降低转为增大所对应拐点处的压力的差值即为水泥环与岩心界面的胶结强度值。
[0022] 与现有技术相比,本发明的有益效果在于:1.采用“压差法”连续地模拟测量出油井水泥环胶结强度和评价界面防窜流能力;2.通过计算机实时监测养护釜内部压力和岩心处压力,更为直观清晰,并且整个操作过程方便易学。
附图说明
[0023] 图1为试验后得到的养护釜内部压力和岩心处的压力-时间曲线图。
具体实施方式
[0024] 下面结合附图进一步说明本发明。
[0025] 模拟测量油井水泥环胶结强度与防窜流能力的方法,依次包括以下步骤:
[0026] ( I)加工模拟岩样或者取自地层的真实岩样,制成符合试验尺寸要求的岩心,在岩心中间钻取一定高度和直径的“通道(窄缝)”,该“通道(窄缝)”模拟地层流体的渗流通道;
[0027] (2)安装上水泥石试模,向水泥石试模和岩心的环空中注入水泥浆,将其放入养护釜中加温加压养护;
[0028] (3)假设模拟地层的压力为20MPa,注完水泥浆后水泥浆柱的初始压力为20MPa,即水泥浆在高温高压养护釜内养护初期,养护釜内部加压20MPa,同时通过打开压力源向岩心处增压使得岩心内部“流体通道”中的流体压力为20MPa,养护釜内部压力简记SP1,岩心处压力简记为P2,养护前期(图中所示为养护7h的过程中,该时间根据具体情况选定),保持养护釜内部压力和岩心处压力相等,即P1=P2=ZOMPa ;
[0029] (4)养护7h后,逐渐降低养护釜内部压力匕以模拟水泥浆凝固过程中的失重情况,而岩心处压力匕始终保持20MPa不变,假设养护釜内部压力P i的压降速率为0.5MPa/30min,压降速率(失重速率)根据具体的情况来加以设定,9.5h时养护釜内部压力P1 降低为 17.5MPa ;
[0030] (5)在9.5h,养护釜内部压力P1开始逐渐增大,这表明9.5h后水泥环与岩心的界面发生了窜流,流体渗入到养护釜内,该拐点(图示A点)处对应的养护釜内部压力为17.5MPa,简记为P1+窜流初期,流体窜到养护釜内的速率比较慢,主要是由于初期界面胶结强度还比较大,阻挡作用比较强。随后,窜流速率逐步增大。在窜流后期,流体窜入的速率又减缓,这主要是随着流体侵入到养护釜内使得养护釜内的压力升高,养护釜内和岩心之间的压差减小的缘故。在20h的时候,养护釜内部压力?1又恢复到20MPa (图示B点),简记为Pu,这表明水泥环与岩心之间的界面已经完全窜通,养护釜内和岩心处的压力再次平衡;
[0031 ] (6)整个过程中,压力传感器采集养护釜内部压力和岩心处压力,把数据传送到计算机上,计算机绘制出养护釜内部压力、岩心处压力随时间的变化曲线(压力-时间曲线);
[0032] (7)通过分析压力-曲线图,水泥环界面最终胶结强度为Λ P=P1-B-P1-A=Z- 5MPa。

Claims (1)

1. 一种模拟测量油井水泥环胶结强度与防窜流能力的方法,依次包括以下步骤: (1)对模拟岩样或取自地层的真实岩样进行加工,制作符合试验规格的岩心; (2)安装上水泥石试模,向水泥石试模和岩心环空中注入水泥浆,将其放入养护釜中养护; (3)设置养护釜的程序,养护釜内部压力升至井下模拟压力,同时向岩心处增压,使得岩心处的压力与养护藎内部压力相等; (4)在养护一定时间后,逐渐降低养护藎内部压力,让养护藎内部和岩心处形成压差; (5)达到一定压差后,岩心中的流体发生窜流,使得养护釜内部的压力从降低转为逐渐增大,当流体完全窜通时,岩心处的压力再次与养护釜内部压力相等; (6)压力传感器采集养护釜内部压力和岩心处压力,把数据传送到计算机上,计算机绘制出养护藎内部压力、岩心处压力随时间的变化曲线; (7)分析压力-时间曲线,养护釜内部最终压力与养护釜内部压力由降低转为增大所对应拐点处的压力的差值即为水泥环与岩心界面的胶结强度值。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103808652B (zh) * 2014-02-14 2015-09-30 中国海洋石油总公司 一种模拟温度变化引起固井胶结失效的方法
CN104406910B (zh) * 2014-10-27 2017-01-11 西南石油大学 高温高压固井一、二界面封固能力测试装置及方法
CN104500034B (zh) * 2014-12-29 2017-04-12 西南石油大学 一种评价压力变化对水泥环完整性影响的装置及方法
CN105092465B (zh) * 2015-08-28 2019-03-12 中国石油天然气股份有限公司 一种固井水泥胶结强度测试装置及方法
CN105738277B (zh) * 2016-02-17 2018-07-10 中国石油天然气股份有限公司 用于检测封窜剂胶结强度的方法
CN107044939A (zh) * 2016-11-30 2017-08-15 中石化石油工程技术服务有限公司 评价固井水泥浆体系活性自修复能力的实验装置与方法
CN109342195B (zh) * 2018-11-01 2021-02-19 西南石油大学 油井水泥第一胶结面的胶结强度测试方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1618874A1 (ru) * 1988-05-19 1991-01-07 Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин Способ определени качества цементного кольца
CN101017157A (zh) * 2006-09-30 2007-08-15 中国海洋石油总公司 水泥环界面剪切强度和抗压强度的分析方法
CN101725345A (zh) * 2009-11-10 2010-06-09 河北理工大学 地层作用下套管-水泥环损坏室内模拟试验装置
CN102979505A (zh) * 2012-12-06 2013-03-20 中国海洋石油总公司 一种固井水泥环性能模拟实验装置及实验方法
CN103174409A (zh) * 2013-03-28 2013-06-26 中国石油大学(华东) 一种深水固井水泥环封隔性能测试装置
CN203614095U (zh) * 2013-12-24 2014-05-28 中国石油化工集团公司 水泥环胶结强度评价装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1618874A1 (ru) * 1988-05-19 1991-01-07 Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин Способ определени качества цементного кольца
CN101017157A (zh) * 2006-09-30 2007-08-15 中国海洋石油总公司 水泥环界面剪切强度和抗压强度的分析方法
CN101725345A (zh) * 2009-11-10 2010-06-09 河北理工大学 地层作用下套管-水泥环损坏室内模拟试验装置
CN102979505A (zh) * 2012-12-06 2013-03-20 中国海洋石油总公司 一种固井水泥环性能模拟实验装置及实验方法
CN103174409A (zh) * 2013-03-28 2013-06-26 中国石油大学(华东) 一种深水固井水泥环封隔性能测试装置
CN203614095U (zh) * 2013-12-24 2014-05-28 中国石油化工集团公司 水泥环胶结强度评价装置

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