CN111537344A - 刚性堵漏材料抗压强度测试方法 - Google Patents

刚性堵漏材料抗压强度测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及刚性堵漏材料抗压强度测试方法及其应用，属于钻井堵漏材料技术领域，包括以下步骤：1、随机选取刚性堵漏材料若干粒，记为X粒；2、确定步骤1中的每一粒刚性堵漏材料的横截面积Si与等效直径Di(i＝1～X)；3、对步骤1中的刚性堵漏材料进行抗压强度测试，根据D90降解率测试其最佳加载位移；重复前述操作，至步骤1的X粒刚性堵漏材料全部测试完成；4、根据前述测试结果，计算其算术平均值，既得该刚性堵漏材料的抗压强度。本方法多次重复试验，消除了试验材料本身带来的误差。本方法能够确定刚性堵漏材料抗压强度，可操作性强，数据可靠准确，根据其D90的降级率来判断最佳的加载位移，使得判断过程更加科学、可靠。

Description

刚性堵漏材料抗压强度测试方法
技术领域
本发明属于钻井堵漏材料技术领域，特别是一种刚性堵漏材料抗压强度测试方法。
背景技术
井漏是指在钻井、固井、测试或者修井等各种井下作业过程中，井筒内钻井液或其他工作液流体在压差所用下漏入地层孔隙、裂缝空间的现象，会导致各种工程问题为油气资源勘探开发带来极大的困难。故有必要提高钻井液对易漏地层的防漏堵漏能力。目前普遍选用桥接堵漏材料进入地层漏失通道，在压力、温度或化学反应作用下，以机械堆积或化学生成物堆积的方法，形成具有一定机械强度的封堵层，从而起到封堵作用。但我国陆上油气勘探开发正向着超深层领域发展，地层温度与压力越来越大，要求刚性堵漏材料具有更高的抗压强度。刚性堵漏材料的抗压强度对封堵层的封堵效果影响较大。因此，刚性堵漏材料抗压强度是优选刚性堵漏材料的重要参数指标。
但目前并未有测量堵漏材料抗压强度测量的专用方法，现有技术中大多采用在一定压力条件下，维持压力数分钟或者数十分钟后，测量堵漏材料前后的D90降解率，根据该降解率来评判堵漏材料的抗压强度相对大小。如文献(康毅力，王凯成，等.深井超深井钻井堵漏材料高温老化性能评价[J].石油学报，2019，40(02)：215-223.)提出将刚性堵漏材料在25MPa压力作用下D90的降级率作为刚性堵漏材料的抗压强度评价指标，研究了高温对刚性堵漏材料抗压强度的影响。文献(暴丹，邱正松，等.高温地层钻井堵漏材料特性实验[J]石油学报，2019，40(07：846-857.提出将堵漏材料在15MPa下稳压10min的堵漏材料抗压强度粒度降级率与破碎率评价堵漏材料抗压强度。但这些方法均不能对刚性堵漏材料的抗压强度进行定量测量。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种刚性堵漏材料抗压强度测试方法，其对刚性堵漏材料的抗压强度的给出了一个定量评价方法，为深层或超深层的堵漏剂中刚性堵漏材料的选择提供可靠的数据支持。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种刚性堵漏材料抗压强度测试方法，包括以下步骤：
(1)随机选取刚性堵漏材料若干粒，记为X粒；
(2)确定步骤(1)中的每一粒刚性堵漏材料的横截面积Si与等效直径Di(i＝1～X)；
(3)对步骤(1)中的刚性堵漏材料进行抗压强度测试：
S1、选取X粒刚性堵漏材料中的1粒置于加压仪器上，设置加压仪器加载方式为匀速加载；
S2、当形变位移为达到最佳加载位移时，停止加载，记录加载时的最大压力Fi，在本发明中，最佳加载位移根据在不同加载位移下D90的降解率来确定；
S3、重复S1-S2，至步骤(1)的X粒刚性堵漏材料全部测试完成；
(4)根据下述公式计算刚性堵漏材料抗压强度：
Figure RE-GDA0002524705080000021
式中：为刚性堵漏材料抗压强度，Pa；
Fi为第i次试验时最大加载力，N；
Si为第i颗刚性堵漏材料的横截面积，m2。
作为本发明的一个实施例，所述步骤(2)中，所述等效直径Di采用如下方法测量：通过图形分析法测定刚性堵漏材料的横截面积Si，等效直径Di采用以下公式计算：
Figure RE-GDA0002524705080000022
作为本发明的一个实施例，所述步骤(3)中，匀速加载的加载速度为0.2-1.0mm/min。
作为本发明的一个实施例，所述步骤(3)中，最佳加载位移采用如下方法确定：
a、随机选取多粒刚性堵漏材料，确定其粒度分布与平均等效直径；
b、将步骤a选取的刚性堵漏材料至于加压仪器上，加载位移为1/10平均等效直径，通过图形分析法测试加压后的刚性堵漏材料粒度分布，并计算加压前后刚性堵漏材料的D90降级率；
c、取步骤a剩余的刚性堵漏材料中的一组，重复步骤b的操作，且每次重复实验加载位移均增加平均等效直径的1/10，当D90的降级率第一次大于或等于50％时，停止实验，取 D90的降级率第一次大于或等于50％时的加载位移为最佳加载位移。
作为本发明的具体的实施例，所述步骤a中，所述平均等效直径为等效直径Di的算术平均数，所述等效直径采用如下方法测量：通过图形分析法确定每一粒刚性堵漏材料的横截面积Si，并采用以下公式计算：
Figure RE-GDA0002524705080000023
作为本发明的具体的实施例，所述步骤b中，其加载方式为匀速加载，且匀速加载的加载速度为0.2-1.0mm/min。
综上，本发明的有益效果是：
(1)本方法多次重复试验，消除了试验材料本身带来的误差，试验结果更为准确。
(2)本方法能够确定刚性堵漏材料抗压强度，可操作性强，数据可靠准确。同时，根据其D90的降级率来判断最佳的加载位移，使得判断过程更加科学、可靠。
(3)本方法为堵漏作业中刚性堵漏材料抗压强度提供了一种定量测试方法，其能够定量测出堵漏材料抗压强度的大小，为筛选刚性堵漏材料提供数据支持，有助于堵漏材料的选择、堵漏配方的设计。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
为了便于本领域技术人员更好的理解本发明，本发明采用型号为岛津AG-50KNXPLUS的电子万能材料试验机作为实现本发明的仪器，本领域技术人员应当知晓的是，能够实施本发明的仪器并不限于该仪器。同时，本发明所述“横截面积”为采用图形分析法测得的刚性堵漏颗粒材料的最大横截面积。
实施例1：
本实施例选取油气藏常用的的刚性堵漏材料刚性碳酸钙颗粒实验材料，首先需要采用如下步骤确定其最佳加载位移：
a、随机选取多粒刚性碳酸钙颗粒，并将其分为数组，通过图形分析法确定每一组刚性碳酸钙颗粒粒度分布与平均等效直径，
b、选取其中一组刚性碳酸钙颗粒放至在加压仪器面板上，以0.2mm/min的速度匀速加载，加载位移为1/10平均等效直径，通过图形分析法测试加压后的刚性碳酸钙颗粒粒度分布，并计算加压前后刚性碳酸钙颗粒的D90降级率，
c、发明人经过大量实验发现，若刚性堵漏材料的D90降级率高于70％，则其封堵效果下降较为严重，为了留出余量以及考虑到同一种材料内部之间也有一定差别，当D90降级率小于50％时，选取剩余的刚性碳酸钙颗粒，重复步骤b，且加载位移增加平均有效直径的10％，至在某一加载位移时，D90的降解率第一次大于或等于50％时，停止加载操作，同时将该加载位移记载为最佳加载位移。在本实施例中，当加载位移为3/10平均有效直径时，刚性堵漏材料方解石D90降级率第一次大于50％，故取最大加载位移为3/10平均有效直径也就是 0.54mm。其具体测试数据如表1所示。
表1不同加载位移下，刚性碳酸钙颗粒的D90降解率测试
Figure RE-GDA0002524705080000031
Figure RE-GDA0002524705080000041
在测试出其最佳的加载位移后，采用如下步骤测试其抗压强度。
(1)从刚性碳酸钙颗粒中随机选取5粒；
(2)使用图形分析法测试步骤中的每一粒刚性碳酸钙颗粒的横截面积Si与等效直径Di，最终结果如表2所示；
表2刚性碳酸钙颗粒的横截面积与等效直径参数
编号 横截面积Si(m<sup>2</sup>) 等效直径Di(mm)
1 2.91×10<sup>-6</sup> 1.7
2 4.02×10<sup>-6</sup> 2.0
3 3.62×10<sup>-6</sup> 1.9
4 2.88×10<sup>-6</sup> 1.7
5 3.60×10<sup>-6</sup> 1.9
(3)将前述的5粒刚性碳酸钙颗粒中的一粒放至加压仪器面板上，进行加压实验，设置加压仪器的加载方式为匀速加载，其加载速度和刚性碳酸钙颗粒的大小有关，本实施例中采用的加载速度为0.2mm/min；
(4)当变形位移为0.54mm时，停止加载，记录加载过程中的最大加载力为Fi；
(5)重复步骤(3)～(4)，直到完成步骤(1)取出的5粒刚性碳酸钙颗粒全部完成测试，测试结果如表3所示；
表3刚性碳酸钙颗粒的最大加载应力
编号 最大加载应力N
1 33.72
2 44.33
3 39.56
4 31.28
5 42.59
(5)计算刚性碳酸钙颗粒抗压强度。
δ＝(33.72÷2.91÷10-6+44.33÷4.02÷10-6+39.56÷3.62÷10-6+31.28÷2.88÷10-6+42.59÷3.6÷10-6) ÷5＝11.25×106Pa
最终得到所选刚性碳酸钙颗粒抗压强度δ＝11.25MPa。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种刚性堵漏材料抗压强度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)随机选取刚性堵漏材料若干粒，记为X粒；
(2)确定步骤(1)中的每一粒刚性堵漏材料的横截面积Si与等效直径Di(i＝1～X)；
(3)对步骤(1)中的刚性堵漏材料进行抗压强度测试：
S1、选取X粒刚性堵漏材料中的1粒置于加压仪器上，设置加压仪器加载方式为匀速加载；
S2、当形变位移为达到最佳加载位移时，停止加载，记录加载时的最大压力Fi；
S3、重复S1-S2，至步骤(1)的X粒刚性堵漏材料全部测试完成；
(4)根据下述公式计算刚性堵漏材料抗压强度：
Figure FDA0002486598080000011
式中：δ为刚性堵漏材料抗压强度，Pa；
Fi为第i次试验时最大加载力，N；
Si为第i颗刚性堵漏材料的横截面积，m2。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述最佳加载位移根据不同加载位移下D90的降解率来确定。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述最佳加载位移采用如下方法确定：
a、随机选取多粒刚性堵漏材料，分为数组，同时确定其粒度分布与平均等效直径；
b、将步骤a选取的一组刚性堵漏材料至于加压仪器上，加载位移为该组材料1/10平均等效直径，通过图形分析法测试加压后的刚性堵漏材料粒度分布，并计算加压前后刚性堵漏材料的D90降级率；
c、取步骤a剩余的刚性堵漏材料中的一组，重复步骤b的操作，每次重复实验加载位移均增加平均等效直径的1/10，当D90的降级率第一次大于或等于50％时，停止实验，取D90的降级率第一次大于或等于50％时的加载位移为最佳加载位移。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述等效直径Di采用如下方法测量：通过图形分析法测定刚性堵漏材料的横截面积Si，等效直径Di采用以下公式计算：
Figure FDA0002486598080000012
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤a中，所述平均等效直径为等效直径Di的算术平均数，所述等效直径采用如下方法测量：通过图形分析法确定每一粒刚性堵漏材料的横截面积Si，并采用以下公式计算：
Figure FDA0002486598080000021
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，匀速加载的加载速度为0.2～1.0mm/min。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤b中，其加载方式为匀速加载，所述匀速加载的加载速度为0.2～1.0mm/min。
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