CN104345088B - 一种利用超声波室内评价固井二界面胶结质量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用超声波室内评价固井二界面胶结质量的方法，属于固井二界面领域。所述方法按照如下步骤进行操作：首先将固井二界面胶结模型与超声仪的发射换能器和接收换能器的表面粘接，然后使用超声仪测量经过所述固井二界面胶结模型的首波幅度和声速，最后根据上述方法测量所述固井二界面胶结模型的首波幅度和声速，由此判断所述固井二界面的胶结质量随养护时间变化的情况。本发明通过采用上述方法对固井二界面的胶结质量进行室内评价，不会造成固井二界面样品的破损，样品可以重复使用，从而实现了对固井二界面胶结质量随养护时间变化情况的判断，另外，该方法操作简单，数据重复性好，适合在实验室进行大量实验时使用。

Description

一种利用超声波室内评价固井二界面胶结质量的方法

技术领域

本发明涉及固井二界面领域，特别涉及一种利用超声波室内评价固井二界面胶结质量的方法。

背景技术

固井是指在已经钻成的井眼内下入一定尺寸的套管，并在套管与井壁之间的环形空间中注入水泥浆，从而进行封固的作业。在固井过程中，在套管与井壁之间的环形空间中注入水泥浆后会形成水泥环（石），水泥环（石）与地层（或套管）之间的胶结面即为固井二界面，其模型示意图如图1所示。固井的目的是封隔疏松、易塌、易漏等复杂地层；封隔套管外环形空间的油、气、水层，防止互相串通；形成油气通道；安装井口装置，控制油气流，以利于安全钻井和保证油井的长期生产。而固井二界面的胶结质量的好坏直接影响到固井的质量，进而影响到钻井的安全性和油井生产的长期性。

在国内外的石油工程中，通过模拟固井二界面，进行室内评价固井二界面的胶结质量，不仅可以考察固井二界面的封固能力，也为探索提高二界面的胶结质量的方法提供依据。目前，室内评价固井二界面的胶结质量主要采用机械式剪切法。该方法按照如下步骤进行操作：首先在高温高压条件下，在圆柱形人造岩心上包覆一层钻井液滤饼；然后将带有滤饼的岩心放入固结模具中，在模具中带有滤饼的岩心周围注入水泥浆并在一定条件下进行养护；最后将养护好的胶结模型放在压力试验机上进行测试，通过剪切作用，将岩心压脱，测试岩心与水泥环的胶结强度。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

采用机械式剪切法对固井二界面的胶结质量进行室内评价的现有技术中，由于固井二界面胶结模型会一次性被破坏，因此不能判断同一样品的固井二界面胶结质量随养护时间连续变化的情况；同时，该方法操作复杂，不适合在实验室进行大量实验时使用。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种利用超声波室内评价固井二界面胶结质量的方法。所述技术方案如下：

一种利用超声波室内评价固井二界面胶结质量的方法，所述方法按照如下步骤进行操作：

1）将固井二界面胶结模型置于超声仪的发射换能器与接收换能器之间的位置，并将发射换能器表面与固井二界面胶结模型表面粘接，接收换能器表面与固井二界面胶结模型表面粘接，所述固井二界面胶结模型用于模拟实际固井作业中的固井二界面；

2）启动超声仪，发射换能器发射的声波经过所述固井二界面胶结模型，由接收换能器接收，接收的声波经过处理后，获得声波信号中的首波幅度和声速；

3）根据步骤2）所述的操作程序，测量通过模拟不同养护时间的固井二界面胶结模型的声波的首波幅度和声速，由此判断所述固井二界面的胶结质量随养护时间连续变化的情况。

具体地，步骤1）中所述的固井二界面胶结模型由人造岩心、人造岩心上的滤饼和水泥环构成；其中，所述人造岩心用于模拟地层岩石，人造岩心上的滤饼用于模拟钻井过程中钻井液在压差作用下向地层渗滤后在地层岩石表面形成的滤饼，所述水泥环用于模拟固井注水泥后套管与地层岩石之间的水泥环。

具体地，步骤1）中所述固井二界面胶结模型按照如下操作程序制备：首先选取人造岩心，然后模拟井下条件在所述人造岩心的侧面形成滤饼，随后将上述带滤饼的人造岩心放入模具中，在模具中向所述人造岩心周围加入水泥浆，最后将模具放入恒温水浴锅或高温高压养护釜中进行养护，得到固井二界面胶结模型。

具体地，所述人造岩心为圆柱形。

具体的，所述固井二界面胶结模型为正方体形。

具体地，步骤1）中所述的粘接采用的粘合剂为水溶性高分子凝胶耦合剂。

具体地，步骤1）中所述粘结采用的操作程序如下：将所述水溶性高分子凝胶耦合剂涂覆在发射换能器表面、固井二界面胶结模型表面和接收换能器表面，然后将涂覆了水溶性高分子凝胶耦合剂的发射换能器表面、固井二界面胶结模型表面粘结在一起，将涂覆了水溶性高分子凝胶耦合剂的接收换能器表面与固井二界面胶结模型表面粘结在一起。

具体地，步骤2）所述的“接收的声波经过处理”中的“处理”包括：放大滤波、采样、数模转换和计算机软件波形分析。

具体地，在步骤3）中所述的“判断所述固井二界面的胶结质量随养护时间连续变化的情况”之前还包括：绘制首波幅度对养护时间的变化曲线、声速对养护时间的变化曲线。

具体的，所述步骤3）中所述判断所述固井二界面的胶结质量随时间连续变化的情况包括判断不同水泥浆密度形成的所述固井二界面的胶结质量随时间连续变化的情况，以及判断相同水泥浆密度形成的所述固井二界面的胶结质量随时间连续变化的情况。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

采用上述方法对固井二界面的胶结质量进行室内评价，不会造成固井二界面样品的破损，样品可以重复使用，从而实现了对固井二界面的胶结质量随养护时间连续变化情况的判断，为提高实际钻井工作中二界面的胶结质量提供可靠的参数。另外，该方法操作简单，数据重复性好，适合在实验室进行大量实验时使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述的附图仅仅是对本发明的一些实施例的说明，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的固井二界面胶结模型示意图；

图2是本发明实施例提供的带滤饼的人造岩心形成装置示意图；

图3是本发明实施例提供的声波法测试二界面胶结质量原理图；

图4是本发明实施例提供的不同密度的水泥浆与人造岩心构成的二界面胶结模型的首波幅度随养护时间的变化曲线；

图5是本发明实施例提供的不同密度的水泥浆与人造岩心构成的二界面胶结模型的声速随养护时间的变化曲线。

图1中各符号的含义如下：

1模具（模拟套管），2水泥环（模拟套管与地层岩石之间注入水泥浆后形成的水泥环），3人造岩心（模拟地层岩石），4模具与水泥环之间的界面（模拟固井一界面），5水泥环与人造岩心之间的界面（模拟固井二界面）；

图2中各符号的含义如下：

1釜体，2上釜盖，3下釜盖，4加热套，5人造岩心，6人造岩心的中孔，7滤液出口；

图4中各符号的含义如下：

1密度为1.50g/cm³水泥浆与人造岩心构成的二界面胶结模型的首波幅度随养护时间的变化曲线，2密度为1.70g/cm³水泥浆与人造岩心构成的二界面胶结模型的首波幅度随养护时间的变化曲线，3密度为1.90g/cm³水泥浆与人造岩心构成的二界面胶结模型的首波幅度随养护时间的变化曲线，4密度为2.10g/cm³水泥浆与人造岩心构成的二界面胶结模型的首波幅度随养护时间的变化曲线，5密度为2.30g/cm³水泥浆与人造岩心构成的二界面胶结模型的首波幅度随养护时间的变化曲线；

图5中各符号的含义如下：

1密度为1.50g/cm³水泥浆与人造岩心构成的二界面胶结模型的声速随养护时间的变化曲线，2密度为1.70g/cm³水泥浆与人造岩心构成的二界面胶结模型的声速随养护时间的变化曲线，3密度为1.90g/cm³水泥浆与人造岩心构成的二界面胶结模型的声速随养护时间的变化曲线，4密度为2.10g/cm³水泥浆与人造岩心构成的二界面胶结模型的声速随养护时间的变化曲线，5密度为2.30g/cm³水泥浆与人造岩心构成的二界面胶结模型的声速随养护时间的变化曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

一种利用超声波室内评价固井二界面胶结质量的方法，所述方法按照如下步骤进行操作：

步骤100，参见图3，将固井二界面胶结模型置于超声仪的发射换能器与接收换能器之间的位置，并将发射换能器表面与固井二界面胶结模型表面粘接，接收换能器表面与固井二界面胶结模型表面粘接,所述固井二界面胶结模型用于模拟实际固井作业中的固井二界面。

步骤101，制备带滤饼的人造岩心。

参见图2，在高温高压滤饼形成装置中模拟井下条件，按照本领域技术人员制备带滤饼的人造岩心的常规方法，制备带滤饼的人造岩心。在制备过程中，根据井下实际条件选择以下对滤饼的形成有影响的参数值：人造岩心的渗透率、滤饼的形成压力、滤饼的养护时间、养护温度和钻井液体系，根据所选择的参数值制备带滤饼的人造岩心。本发明实施例中，上述参数值均是本领域技术人员在制备带滤饼的人造岩心时的常规选择。

步骤102，制备固井二界面胶结模型。

所述固井二界面胶结模型用于模拟实际固井作业中的固井二界面，供固井二界面胶结质量室内评价时使用。参见图1，所述固井二界面胶结模型由模具1、人造岩心3、人造岩心上的滤饼（图中未画出）和水泥环2构成；其中，所述模具1用于模拟套管，所述人造岩心用于模拟地层岩石，人造岩心上的滤饼用于模拟钻井过程中钻井液在压差作用下向地层渗滤后在地层岩石表面形成的滤饼，所述水泥环用于模拟固井注水泥后，套管与地层岩石之间形成的水泥环，模具与水泥环之间的界面4用于模拟固井一界面，水泥环与人造岩之间的界面5用于模拟固井二界面。

所述固井二界面胶结模型按照如下方法进行制备：首先选取人造岩心，然后按照步骤101所述的方法制备带滤饼的人造岩心，随后将上述带滤饼的人造岩心放入能够形成固井二界面胶结模型的模具中，其中，所选择的模具是本领域技术人员在制备固井二界面胶结模型时常规的选择。最后向模具中带滤饼的人造岩心周围加入水泥浆，并将模具放入一定温度的恒温水浴锅或高温高压养护釜中养护一段时间，得到固井二界面胶结模型，其中，所选择的养护温度和氧化时间是本领域技术人员在制备固井二界面胶结模型时的常规选择。

固井二界面胶结模型的制备过程中，根据岩心渗透率、养护温度、养护时间等参数对固井二界面胶结模型质量的影响选择参数值，本发明实施例中的上述参数值均是本领域技术人员在制备固井二界面胶结模型时的常规选择。

本发明实施例中，人造岩心为圆柱形，形成的固井二界面胶结模型为正方体形。

步骤103，参见图3，将固井二界面胶结模型置于超声仪的发射换能器与接收换能器之间的位置。本发明利用声波法对固井二界面的胶结质量进行判断，所以，在使用超声仪检测经过固井二界面胶结模型的首波振幅和声速时，将固井二界面胶结模型置于发射换能器与接收换能器之间的位置，使发射换能器发射的声波经过所述固井二界面胶结模型后，由接收换能器接收。

步骤104，参见图3，将发射换能器表面与固井二界面胶结模型表面粘接，接收换能器表面与固井二界面胶结模型表面粘接。具体按照如下步骤进行操作：首先选择水溶性高分子凝胶耦合剂，将其涂覆在超声仪的发射换能器表面、固井二界面胶结模型表面和接收换能器表面，然后将上述涂覆了水溶性高分子凝胶耦合剂的发射换能器表面与固井二界面胶结模型表面在水溶性高分子凝胶耦合剂的耦合作用下粘结在一起，将涂覆了水溶性高分子凝胶耦合剂的接收换能器表面与固井二界面胶结模型表面在水溶性高分子凝胶耦合剂的耦合作用下粘结在一起。水溶性高分子凝胶耦合剂可以是超声仪自带的，也可以是在市场上购买的。水溶性高分子凝胶耦合剂的种类、型号、用量以及涂覆厚度无特殊的要求和规定，只要能够保证将换能器表面与固井二界面胶结模型的表面牢固的粘接在一起，没有缝隙存在就可以。

本发明实施例中，测试前采用水溶性高分子凝胶耦合剂将发射换能器表面与固井二界面胶结模型表面粘接在一起，使发射换能器与固井二界面胶结模型接触的部位不存在缝隙；将接收换能器表面与固井二界面胶结模型表面粘接在一起，使接收换能器与固井二界面胶结模型接触的部位不存在缝隙。经过上述操作，可以避免发射换能器与固井二界面胶结模型之间、固井二界面胶结模型与接收换能器之间存在空气层。空气层的存在可能导致从发射换能器发射的、经过固井二界面胶结模型后由接收换能器接收的声能在传递过程中被反射，从而影响声波法对固井二界面胶结质量的评价结果，甚至导致评价过程的失败。

步骤200，启动超声仪，所述超声仪的发射换能器发射的声波经过所述固井二界面胶结模型，由所述超声仪的接收换能器接收，接收的声波经过处理后，获得声波信号中的首波幅度和声速。

其中，发射换能器的工作频率为50KHz,与声波测井所用发射换能器的工作频率相当。

本发明实施例中，由接收换能器接收的声波信号按照如下步骤进行处理：放大滤波、采样、数模转换和计算机软件波形分析。所述获得声波信号中的首波幅度和声速的具体过程为：由超声仪的发射换能器发射声波，声波经过固井二界面胶结模型后，由超声仪的接收换能器将声波信号接收下来，接收下来的声波信号经常规的放大滤波、采样和数模转换处理后，进入计算机，进入计算机的声波信号经过超声仪自带的波形分析软件处理后，最终获得声波信号中的首波幅度和声速。

步骤300，根据步骤200所述的操作程序，测量通过所述固井二界面胶结模型的声波随养护时间连续变化的首波幅度和声速，判断所述固井二界面的胶结质量随养护时间连续变化的情况。

步骤301，根据步骤200所述的操作程序，测量通过所述固井二界面胶结模型的声波随养护时间连续变化的首波幅度和声速。

步骤302，将步骤301得到的随养护时间连续变化的首波幅度和声速绘制成首波幅度对养护时间的变化曲线以及声速对养护时间的变化曲线。具体操作为：以时间为横坐标，首波幅度为纵坐标，绘制首波幅度对养护时间的变化曲线；以时间为横坐标，声速为纵坐标，绘制声速对4养护时间的变化曲线。

步骤303，根据步骤302绘制的首波幅度对养护时间的变化曲线或声速对养护时间的变化曲线，判断所述固井二界面的胶结质量随时间连续变化的情况。其中，判断所述固井二界面的胶结质量随时间连续变化的情况包括：判断不同水泥浆密度形成的所述固井二界面的胶结质量随时间连续变化的情况，以及判断相同水泥浆密度形成的所述固井二界面的胶结质量随时间连续变化的情况。按照如下方法进行判断。

两种判断方式的原理如下：

（1）根据首波幅度判断固井二界面的胶结质量的方法：声波的波幅反映声波的动力学特征，即声波衰减变化的规律与特征。由于声波在介质中传播时，能量被逐渐吸收，声波幅度会产生衰减。声波在介质中传播的时间越长，声波能量被吸收的越多，声波幅度衰减的越多。一般可以利用首波幅度的变化研究声波幅度的衰减情况。首波幅度是超声仪接收换能器接收到的第一个波前半周的幅值。声波在介质中传播的时间越长，则首波幅度衰减的越多，首波振幅越低。因此，当声波投射到固井二界面胶结模型时，若模型的水泥环与岩心之间胶结质量好，则声波在固井二界面上传播的时间短，被吸收的声波能量就小，声耦合就高，投射过固井二界面被接收换能器接收到的声波能量就大，首波幅度就高。因此，首波幅度越高，说明其对应的固井二界面的胶结质量越好，反之，固井二界面的胶结质量越差。

（2）根据声速判断固井二界面的胶结质量的方法：一般来说，材料内部越是致密，弹性模量越高，其声速也就越高。如果材料内部有缺陷，或界面层胶结不好，声波会在缺陷处多次反射，从而导致声速降低。声波传播速度可按照如下公式进行计算：

$V=\frac{S}{T-T_0},$

V——声速，m/s，

S——传播距离，m，

T——声波在一定厚度（如5cm）的二界面胶结试块中的传播时间，s，

T₀——撤去二界面胶结模型，将发射和接收探头直接对接，首波的到达时间，s。

因此，声速越高，说明其对应的模型的固井二界面的胶结质量越好，反之，固井二界面的胶结质量越差。

对于同一水泥浆密度的固井二界面胶结模型，随着制备固井二界面胶结模型时养护时间的增加，声波投射到固井二界面后首波幅度和声速值会发生变化。因此，通过判断声波投射到固井二界面后首波幅度和声速值就可以判断固井二界面胶结质量的好坏。在初始养护阶段，随着养护时间的增加，水泥环的体积逐渐收缩，使水泥环与人造岩心之间出现微环隙，造成声波的首波幅度会下降，声波传播速度也下降，则在初始养护阶段，随着养护时间的增加，固井二界面的胶结质量会下降；当养护一定时间后，随着养护时间的继续增加，水泥环体积不再发生明显收缩，同时在养化后期，一些化学反应产物的增多也使得通过固井二界面的声波的首波幅度和声速都趋于稳定或有所上升，则养护一定时间后，随着养护时间的继续增加，固井二界面胶结质量比初期会有所好转。

实例

本实施例提供利用超声波法进行固井二界面胶结质量室内评价的方法。

本实验例可以按照如下步骤进行操作：

第一步，选取石英砂制成的5块圆柱形人造岩心，该5块人造岩心的长度均为50mm，直径均为25mm，孔隙度均为34%，渗透率均为0.6达西。将该5块人造岩心编号，分别标记为1^#-5^#。

第二步，将第一步选取的1^#-5^#圆柱形人造岩心分别放入5个高温高压滤饼形成装置（参见图2）中，将配置好的钻井液（本发明实验例中选择钻井操作时常用的钻井液）分别倒入上述5块人造岩心的周围，制备5块带滤饼的人造岩心。

参见图2，本发明实施例中所用的高温高压滤饼形成装置包括釜体1、上釜盖2、下釜盖3、加热套4和人造岩心5，其中上釜盖2位于釜体1的上端，下釜盖3位于釜体1的下端，且所述下釜盖3上开设一滤液出口7，加热套4套在所述釜体1的外部，人造岩心5于下端面处与所述下釜盖3密封固定连接，在所述人造岩心5的下部之内，开设一与其同轴的圆柱形小孔6，所述圆柱形小孔6穿过所述人造岩心5的下端与所述滤液出口7连通。本装置为密封装置，所述人造岩心5通过密封胶或密封圈与所述下釜盖3密封固定连接，防止钻井液从人造岩心5的下端面与下釜盖3之间漏失。所述圆柱形小孔的直径为6mm，深为35mm。

使用本装置制备带滤饼的人造岩心时，通过向釜体中通入氮气控制滤饼形成的压力，压力可控制在0-7MPa。本发明实验例中，压力设定为3.5Mpa。

使用本装置制备带滤饼的人造岩心时，通过向加热套中通入热的介质控制滤饼形成的温度，温度可控制在0-150℃。本发明实验例中，温度设定为50℃。

使用本装置制备带滤饼的人造岩心时，由于人造岩心5靠近下釜盖3的一端密封，所以通入氮气后，氮气压力主要施加在人造岩心5的侧面上，钻井液只能通过人造岩心5的侧面渗滤进入人造岩心5上开设的圆柱形小孔6中，再顺着圆柱形小孔6从下釜盖3上的滤液出口7流出，从而在人造岩心5的侧面形成钻井液渗滤的滤饼。具体可以按照如下步骤进行操作：

1）将人造岩心5用密封胶或密封圈固定在釜体1的下釜盖3上，向釜体1内注入钻井液后盖上上釜盖2；

2）向加热套4内通入热水，对釜体1加热，模拟地层温度50℃；

3）向釜体1中通入压力为3.5Mpa的氮气，在压差作用下，钻井液通过人造岩心5的侧面渗滤进入人造岩心5上的圆柱形小孔6，再从下釜盖3上的滤液出口7流出，从而在人造岩心的侧面形成0.5mm～1mm的钻井液滤饼；

4）待滤饼形成后，打开上釜盖2，从釜体1中小心取出带滤饼的人造岩心，尽量保持岩心侧面滤饼的完整性。

第三步，将带滤饼的人造岩心制备好以后，将其分别放入5个固井二界面胶结模型的成型模具中。在模具中向带滤饼的人造岩心的周围倒入水泥浆，然后将模具放入50℃恒温水浴锅中养护1d、2d、3d、4d、5d，形成5个固井二界面胶结模型。

本发明实施例的5块带滤饼的人造岩心分别标号为1^#、2^#、3^#、4^#、5^#，对应的水泥浆密度分别为：1.50g/cm³、1.70g/cm³、1.90g/cm³、2.10g/cm³、2.30g/cm³。

第四步，使用超声仪分别测试不同密度水泥浆形成的二界面胶结模型在养护1d、2d、3d、4d、5d的首波幅度和声速值，并绘制首波幅度对养护时间的变化曲线，如图4所示，以及声速对养护时间的变化曲线，如图5所示。

本发明实例中，所述超声仪选用北京普源精电科技有限公司生产的DS1052E型超声仪。其主要的参数如下表所示。

型号	DS1052E
		通道数	2
带宽	50MHz
		实时采样率	1GSa/s（单通道），500MSa/s（双通道）
等效采样率	10GSa/s
		存储深度	1M采样点（单通道），512K采样点（双通道）

本实例中，其他原料均为本领域常规选择的市售产品。

从图4可以看出，5个固井二界面胶结模型，随着养护时间的增加，声波通过不同密度水泥浆形成的固井二界面胶结模型后首波幅度先明显下降，三天后趋于稳定或小幅度上升的趋势。本实例中，以配方1密度为1.50g/cm³的水泥浆所形成的固井二界面的首波幅度为例加以说明。当固井二界面胶结模型养护1d时，声波通过固井二界面胶结模型后其首波幅度为13.0mV；模型养护2d时，首波幅度为11.2mV；模型养护3d时，首波幅度为9.7mV；模型养护4d时，首波幅度为9.8mV；模型养护5d时，首波幅度为9.9mV。配方2至配方5的首波幅度随养护时间的变化也表现出类似的规律。说明声波通过不同密度的水泥浆形成的固井二界面胶结模型的首波幅度随着养护时间的延长表现为先下降后趋于稳定或小幅度上升的趋势。而首波幅度越高，固井二界面的胶结质量越好，反之，则越差。故可推知，本实例制备的固井二界面胶结模型的胶结质量随着养护时间连续变化的情况为：先下降后趋于稳定或小幅度上升。该结果为实际固井作业中，固井二界面的养护时间的选择提供了参考和依据。

从图5可以看出，5个固井二界面胶结模型，随着养护时间的增加，声波通过不同密度水泥浆形成的固井二界面胶结模型后声速先明显下降，三天后趋于稳定或有所回升。本实例中，以配方1密度为1.50g/cm³的水泥浆形成的固井二界面的声速变化为例加以说明。当固井二界面胶结模型养护1d时，声波通过固井二界面胶结模型后其声速值为2387m/s；模型养护2d时，声声速值为2350m/s；模型养护3d时，声速值为2287m/s；模型养护4d时，声速值为2296m/s；模型养护5d时，声速值为2272m/s。配方2至配方5的声速随养护时间的变化也表现出类似的规律。说明声波通过不同密度的水泥浆形成的固井二界面胶结模型的声速随着养护时间的延长表现为先下降后趋于稳定或小幅度上升的趋势。

而声速越高，固井二界面的胶结质量越好，反之，则越差。故可推知，本实例制备的固井二界面胶结模型的胶结质量随着时间连续变化的情况为：先下降后趋于稳定或小幅度上升。

通过上述分析可知，无论是利用固井二界面胶结模型的首波幅度随养护时间的变化判断固井二界面胶结质量随养护时间连续变化的情况，还是利用固井二界面胶结模型的声速随养护时间的变化判断固井二界面胶结质量随养护时间连续变化的情况，均证明固井二界面胶结模型的胶结质量随着养护时间连续变化的情况为：先下降后趋于稳定或小幅度上升。因此，该结论可以为实际固井作业中，固井二界面的养护时间的选择和优化提供参考和依据，具有较强的应用价值。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。

Claims (9)

1.一种利用超声波室内评价固井二界面胶结质量的方法，其特征在于，所述方法按照如下步骤进行操作：

1)将固井二界面胶结模型置于超声仪的发射换能器与接收换能器之间的位置，并将发射换能器表面与固井二界面胶结模型表面粘接，接收换能器表面与固井二界面胶结模型表面粘接，所述固井二界面胶结模型用于模拟实际固井作业中的固井二界面；

2)启动超声仪，发射换能器发射的声波经过所述固井二界面胶结模型，由接收换能器接收，接收的声波经过处理后，获得声波信号中的首波幅度和声速；

3)根据步骤2)所述的操作程序，测量通过模拟不同养护时间的固井二界面胶结模型的声波的首波幅度和声速，由此判断所述固井二界面的胶结质量随养护时间连续变化的情况；

其中，步骤1)所述的固井二界面胶结模型由人造岩心、人造岩心上的滤饼和水泥环构成；其中，所述人造岩心用于模拟地层岩石，所述人造岩心上的滤饼用于模拟钻井过程中钻井液在压差作用下向地层渗滤后在地层岩石表面形成的滤饼，所述水泥环用于模拟固井注水泥后套管与地层岩石之间的水泥环。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)所述的固井二界面胶结模型按照如下操作程序制备：首先选取人造岩心，然后模拟井下条件在所述人造岩心的侧面形成滤饼，随后将上述带滤饼的人造岩心放入模具中，在模具中向所述人造岩心周围加入水泥浆，最后将模具放入恒温水浴锅或高温高压养护釜中进行养护，得到固井二界面胶结模型。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述人造岩心为圆柱形。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述固井二界面胶结模型为正方体形。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述的粘接采用的粘合剂为水溶性高分子凝胶耦合剂。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述粘结的操作程序如下：将所述水溶性高分子凝胶耦合剂涂覆在发射换能器表面、固井二界面胶结模型表面和接收换能器表面，然后将涂覆了水溶性高分子凝胶耦合剂的发射换能器表面、固井二界面胶结模型表面粘结在一起，将涂覆了水溶性高分子凝胶耦合剂的接收换能器表面与固井二界面胶结模型表面粘结在一起。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)所述的“接收的声波经过处理”中的处理包括：放大滤波、采样、数模转换和计算机软件波形分析。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3)判断所述固井二界面的胶结质量随养护时间连续变化的情况之前还包括如下步骤：绘制首波幅度对养护时间的变化曲线、声速对养护时间的变化曲线。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中所述判断所述固井二界面的胶结质量随时间连续变化的情况包括判断不同水泥浆密度形成的所述固井二界面的胶结质量随养护时间连续变化的情况，以及判断相同水泥浆密度形成的所述固井二界面的胶结质量随养护时间连续变化的情况。