CN111663935A - 一种用于评价井筒环空气密性的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于评价井筒环空气密性的方法，包括：制备与待评价地层及井筒环空匹配的岩样，根据测井数据，对该岩样实施符合当前地层环境的岩心与固井水泥胶结实验和流体突破模拟实验，确定突破固井水泥与岩样界面对应的第一突破压力；采用数值分析法，结合地质背景信息，将实验室单位级别的第一突破压力转换成地层条件单位级别的第二突破压力；根据测井数据，确定当前井筒的实际深度位置及相应的固井位置范围，并分析固井施工质量，基于此，结合第二突破压力，预测当前地层流体突破固井水泥的突破压力，进一步得到用于评价井筒环空气密性的评价指数。本发明有效提高井筒环空气密性评价精度，油气勘探开发效益。

Description

一种用于评价井筒环空气密性的方法及系统

技术领域

本发明涉及油气资源勘探与开发领域，尤其是涉及一种用于评价井筒环空气密性的方法及系统。

背景技术

井筒密封完整性是保证井筒注采安全运行的关键，其主要包括：套管串长期密封完整性和井筒环空气密性两个方面。套管串长期密封性主要针对工艺技术、套管串与附件等；井筒环空气密性主要是评价套管与地层之间的气密性，进一步套管与水泥、水泥与套管之间的气密性。

现有技术主要针对套管串长期密封性进行评价，该评价方法一般采用纯数值模拟或者纯物理实验，最终的评价结果未能有效的将二者的特点进行结合，数值模拟与物理模拟结果未能根据实际井况有效融合，同时，未使用固井质量测井评价结果，不能做到针对套管串的逐点计算与分析，因此，无法精确的评价井筒密封完整性。另外，现有技术针对井筒环空气密性评价的方法少有涉及。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于评价井筒环空气密性的方法，包括：步骤一、制备与待评价井筒环空尺寸匹配的环状岩心样品，根据测井数据对该岩样实施符合当前地层环境的岩心与固井水泥胶结实验和流体突破模拟实验，确定突破固井水泥与岩样界面对应的第一突破压力；步骤二、采用数值分析法，结合当前地层的地质背景信息，将实验室单位级别的所述第一突破压力转换成地层条件单位级别下的压力，得到相应的第二突破压力；步骤三、根据所述测井数据，确定当前井筒的实际深度位置及相应的实际固井位置范围，并分析固井施工质量，基于此，结合所述第二突破压力，预测当前地层流体突破固井水泥时的实际突破压力，进一步得到用于评价井筒环空气密性的评价指数。

优选地，所述步骤一进一步包括：根据所述测井数据，确定岩心与固井水泥胶结实验的实验参数，并制备岩样；根据所述实验参数中的水泥浆体系数据、养护温度、围压和覆压，对岩样依次进行包括注入水泥浆、高温养护、围压和覆压的胶结实验；将破压测试流体通入经过胶结实验处理的岩样，记录所述破压测试流体突破当前岩心与水泥间界面的压力，得到所述第一突破压力。

优选地，在所述步骤三中，根据所述实际深度位置，从所述测井数据中筛选出在所述实际固井位置范围内的当前地层中对应的每个单位井段的地层与固井水泥环间界面厚度；统计并分析多个所述地层与固井水泥环间界面厚度，确定满足第一评价等级和第二评价等级对应的累计深度，得到相应的固井质量第一累计深度和固井质量第二累计深度；根据所述固井质量第一累计深度、所述固井质量第二累计深度和所述第二突破压力，计算所述实际突破压力。

优选地，在所述步骤三中，根据所述实际突破压力，计算当前深度位置到储层边界间的累计突破压力；根据所述实际突破压力和所述累计突破压力，得到针对当前待评价地层与井筒环空水泥间的气密性评价指数。

优选地，进一步，根据所述测井数据，确定待评价井筒的实际深度位置，以及当前井筒所在地层与井筒产出层的位置关系；根据所述位置关系，确定所述实际固井位置范围。

优选地，进一步，在当前井筒所在地层位于产出层以上时，确定当前待评价井筒实际深度位置到井筒产出层层段深度的上界面位置之间的第一厚度，并将其作为所述实际固井位置范围；或者在当前井筒所在地层位于产出层以下时，确定井筒产出层层段深度的下界面位置到当前待评价井筒实际深度位置之间的第二厚度，并将其作为所述实际固井位置范围。

优选地，在将破压测试流体通入经过胶结实验处理的岩样，记录所述破压测试流体突破当前岩心与水泥间界面的压力，得到所述第一突破压力步骤中，包括：根据当前井筒安装井的类型，确定破压测试流体的种类，以模拟影响井筒环空气密性的地层流体。

优选地，若当前井筒安装井类型为产气井时，则选用惰性气体作为所述破压测试流体；若当前井筒安装井类型为产油井时，则选用油作为所述破压测试流体。

另一方面，本发明还提出了一种用于评价井筒环空气密性的系统，该系统包括：临界突破压力确定模块，其制备与待评价井筒环空尺寸匹配的环状岩心样品，根据测井数据对该岩样实施符合当前地层环境的岩心与固井水泥胶结实验和流体突破模拟实验，确定突破固井水泥与岩样界面对应的第一突破压力；标准突破压力确定模块，其采用数值分析法，结合当前地层的地质背景信息，将实验室单位级别的所述第一突破压力转换成地层条件单位级别下的压力，得到相应的第二突破压力；评价指数确定模块，其根据所述测井数据，确定当前井筒的实际深度位置及相应的实际固井位置范围，并分析固井施工质量，基于此，结合所述第二突破压力，预测当前地层流体突破固井水泥时的实际突破压力，进一步得到用于评价井筒环空气密性的评价指数。

优选地，所述评价指数确定模块具备实际突破压力生成单元，其中，所述实际突破压力生成单元，进一步包括：固井范围确定子单元，其根据所述实际深度位置，从所述测井数据中筛选出在所述实际固井位置范围内的当前地层中对应的每个单位井段的地层与固井水泥环间界面厚度；固井质量分析子单元，其统计并分析多个所述地层与固井水泥环间界面厚度，确定满足第一评价等级和第二评价等级对应的累计深度，得到相应的固井质量第一累计深度和固井质量第二累计深度；突破压力生成子单元，其根据所述固井质量第一累计深度、所述固井质量第二累计深度和所述第二突破压力，计算所述实际突破压力。

优选地，所述评价指数确定模块具备气密性评价指数生成单元，其中，所述气密性评价指数生成单元，进一步包括：累计突破压力生成子单元，其根据所述实际突破压力，计算当前深度位置到储层边界间的累计突破压力；评价结果生成子单元，其根据所述实际突破压力和所述累计突破压力，得到针对当前待评价地层与井筒环空水泥间的气密性评价指数。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明提供了一种用于评价井筒环空气密性的方法及系统，采用基于岩石物理实验、数值模拟、及基于测井资料数据分析目的层上、下的井筒流体突破压力。具体利用与待评价地层环境条件相符的测井资料和地区经验及规律，对目的层井筒环空的气密性进行评价，其评价结果具有高可靠性、准确性、能够实现井筒气密性的连续评价，可有效提高井筒环空气密性评价精度，提高油气勘探开发效益，具有安全、环保、高效、精度高、成本低等特点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本申请实施例的用于评价井筒环空气密性的方法的步骤图。

图2为本申请实施例的用于评价井筒环空气密性的方法中步骤一的具体流程图。

图3为本申请实施例的用于评价井筒环空气密性的方法中步骤三的具体流程图。

图4为本申请实施例的用于评价井筒环空气密性的方法中的井筒示意图。

图5为本申请实施例的用于评价井筒环空气密性的方法中的岩样横截面示意图。

图6为本申请实施例的用于评价井筒环空气密性的系统的模块框图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

井筒密封完整性是保证井筒注采安全运行的关键，其主要包括：套管串长期密封完整性和井筒环空气密性两个方面。套管串长期密封性主要针对工艺技术、套管串与附件等；井筒环空气密性主要是评价套管与地层之间的气密性，进一步套管与水泥、水泥与套管之间的气密性。

现有技术主要针对套管串长期密封性进行评价，该评价方法一般采用纯数值模拟或者纯物理实验，最终的评价结果未能有效的将二者的特点进行结合，数值模拟与物理模拟结果未能根据实际井况有效融合，同时，未使用固井质量测井评价结果，不能做到针对套管串的逐点计算与分析，因此，无法精确的评价井筒密封完整性。另外，现有技术针对井筒环空气密性评价的方法少有涉及。

为了解决上述技术问题，本发明涉及一种用于评价井筒环空气密性的方法及系统。该方法和系统，首先利用单位长度下的环形岩心样品模拟待评价地层，岩样中心输入与待评价地层所注入的水泥浆体系参数一致的水泥浆，进行实验室级别下岩心与固井水泥胶结实验，进一步将破压测试流体通入经过胶结实验的岩样，记录流体突破岩心与水泥间界面的压力，用以表征地层流体突破当前地层与水泥间界面的临界突破压力。然后，结合当前待评价地层的地质背景信息，将单位长度下的岩心胶结实验得到的实验室数据级别的临界突破压力值转换成，当前待评价地层对应的在可达到米级单位下的待评价井段长度下，所达到的临界突破压力值。接着，基于待评价地层的测井资料数据，分析出当前地层深度位置下的固井施工范围中实际的固井质量评价结果。最后，根据上述针对固井施工的厚度分析结果、以及表征当前地层及地层流体环境的(第二)临界突破压力值，确定当前地层深度下的地层流体突破固井水泥环空的实际突破压力，达到对待评价地层进行原位连续评价的目的，得到最终的表征井筒环空与地层间气密性评价结果的评价指数。

从上述技术方案可以看出，井筒环空的气密性评价结果综合考虑了，地层岩心参数、地层环境参数、地层流体参数、固井施工质量、地层与产层(储层)的综合突破压力等影响因素而得到的气密性评级指数，从而达到了精确评价井筒密封完整性的目的。

在具体说明本发明实施方法之前，需要说明的是，本发明实施例中的用于评价井筒环空气密性的方法和系统适用于直井、斜井、大斜度井、水平井等不同类型井，参考图4。图4为本申请实施例的用于评价井筒环空气密性的方法中的井筒示意图。如图4所示，展示了井筒(井壁)与地层之间的关系，在实际应用过程中，需要在井筒和底层之间灌注水泥，以完成固井施工作业。本发明实施例通过评价井筒环空与地层之间的气密性分析，判断井筒密封的完整性。其中，还需要说明的是，下述的待评价井筒(当前井筒)即为需要进行气密性评价分析对应的某段井筒，进一步，待评价井筒对应有相应的外围地层，即为待评价地层(当前地层)。

图1为本申请实施例的用于评价井筒环空气密性的方法的步骤图。如图1所示，该方法包括如下步骤。首先，在步骤S110中，制备与待评价井筒环空尺寸匹配的环状岩心样品，根据待评价井筒所在地层的测井数据，对该岩样实施符合当前地层环境的岩心与固井水泥胶结实验和流体突破模拟实验，确定突破固井水泥与岩样界面对应的第一突破压力。然后，步骤S120采用数值分析法，结合当前地层的地质背景信息，将实验数据级别的第一突破压力转换成地层条件数据级别下的压力，得到相应的第二突破压力。最后，在步骤S130中，基于测井资料数据，确定当前地层的实际深度位置及其对应的实际固井位置范围，并分析固井施工质量，而后，根据固井质量分析结果，结合上述通过模拟地层环境和地层流体环境得到的第二突破压力，预测当前地层流体突破(待评价井筒)固井水泥时的实际突破压力，进一步得到用于评价井筒环空与地层间气密性的评价指数。

这样，步骤S110(步骤一)利用环状岩样来模拟待评价地层的岩石，环状岩样具备与待评价地层岩石相同的岩性特征，利用胶结实验浇筑的水泥来模拟对待评价井筒进行固井作业的水泥，在岩心与固井水泥的胶结后，向岩样内通入破压测试流体，以确定出实验室单位长度(例如：50mm)岩样下的第一突破压力。步骤S120(步骤二)将实验室单位长度下的第一突破压力转换成待评价地层长度(例如：50m)对应的压力值，即第二突破压力。步骤130(步骤三)利用模拟地层流体、地层岩石性质等特征的地层环境条件，得到第二突破压力并将其作为标准压力值，进一步通过针对当前井筒的测井资料数据，确定当前地层的深度位置及该位置下的实际固井位置范围，并对当前范围下的井筒实际固井质量进行分析，最终根据固井质量分析结果和上述步骤S120得到的第二突破压力，预测出当前地层内的流体突破地层与固井水泥环之间界面时所需的实际突破压力，从而得到井筒环空与地层间气密性的评价结果。

下面对上述步骤S110～S130进行具体说明。

图2为本申请实施例的用于评价井筒环空气密性的方法中步骤一的具体流程图，通过步骤S210～步骤S230完成步骤S110的整个实施过程。下面结合图1和图2对步骤S110进行详细说明。

首先，在步骤S210中，根据测井资料数据，确定岩心与固井水泥胶结实验的实验参数，并制备岩样。具体地，步骤S210需要先获取针对待评价地层的测井资料数据。测井资料数据源于实际固井、测井等施工过程的表征施工效果的数据，包括：实际目的层(待评价地层)的岩性特征信息、压力、温度、水泥浆体系信息等评价施工效果的数据。进一步，根据测井资料数据，确定出当前岩心与固井水泥胶结实验的相关的实验参数、以及预测待评价井筒环空气密性的相关的预测参数。其中，实验参数的种类至少包括：岩样尺寸、岩样性质、水泥浆养护温度、水泥浆养护时间、水泥浆体系数据、覆压参数、围压参数、增压步长等。预测参数的种类至少包括：上述实验参数、临界突破压力(第一突破压力)、标准临界压力(第二突破压力)、预测计算过程中各类相关的经验系数等。

进一步，在确定实验参数中的岩样尺寸时，将岩样的长度设定为预设的实验室单位长度。需要说明的是，本发明对实验室单位长度的数值不作具体限定，本领域技术可根据实际情况对该参数进行设置。图5为本申请实施例的用于评价井筒环空气密性的方法中的岩样横截面示意图。如图5所示，展示了岩样的横截面。参考图4、图5，由于井筒外围被地层包裹，故为了达到利用岩样模拟待评价井筒所在地层(待评价地层)的目的，需将岩样设定为环状，以利用图5中岩心中空部分来模拟固井作业的水泥。进一步，将上述实验参数中的岩样性质与测井资料数据中的岩性特征信息设置成一致，以达到实验岩样与待评价地层岩性相符的目的。优选地，在本发明实施例中，岩样的横截面尺寸优选为50mm*100mm。

进一步，上述实验参数中的水泥浆养护温度由待评价地层的实时实际温度来确定。水泥浆体系数据根据测井资料数据中与固井作业相关的水泥浆体系信息确定。水泥浆养护时间根据待评价地层的实际情况而确定，优选地，在本发明实施例中，该参数设定为24小时。上述实验参数中覆压参数、围压参数、增压步长等参数，根据待评价地层的实时实际压力来确定。

进一步，按照上述已确定好的岩样性质和尺寸，制备环状岩样。在确定好实验参数并完成岩样制备后，进入到步骤S220中，根据实验参数中的水泥浆体系数据、养护温度、围压和覆压等信息，对岩样依次进行包括注入水泥浆、高温养护、围压和覆压等操作，以实施岩心与固井水泥胶结实验。具体地，需要先将环状岩样中心注入符合待评价地层实时的实际固井水泥浆体系条件的水泥浆；而后，依据水泥浆养护时间、养护温度等参数对岩样及水泥浆进行温度高温养护；接着，对养护好的岩样依据相关围压参数和覆压参数，依次进行加围压、以及覆压操作，以完成上述胶结实验。

接着，在完成上述岩心与固井水泥胶结实验后，进入到步骤S230中，将破压测试流体通入经过胶结实验处理的岩样中，记录破压测试流体突破当前岩心与水泥之间的界面的压力，得到相应的第一突破压力P₀。

其中，在通入破压测试流体过程中，该测试流体的类型与待评价井筒所属的类型有关，需要根据当前井筒安装井的类型，确定破压测试流体的种类，以利用该测试流体来模拟影响井筒环空气密性的地层流体。具体地，若当前井筒安装井类型为产气井时，则选用惰性气体作为破压测试流体，以测试分析固结后的水泥与岩石间界面的第一(临界)突破压力。若当前井筒安装井类型为产油井时，则选用油作为破压测试流体，以测试分析固结后的水泥与岩石间界面的第一(临界)突破压力。

进一步，在确定第一(临界)突破压力时，需要对水泥与岩心之间的界面的压力进行实时监控，压力监控在一定时间内有明显下降时，则表明当前界面压力值为刚开始下降时的突破压力，即第一(临界)突破压力。具体地，需要通过实时监控的单位时间内界面压力差值(当前压力监测周期的界面压力值与上一压力监测周期的界面压力值的差值)是否小于或等于预设的临界压降阈值，来判断当前破压测试流体是否突破水泥与岩心间界面。其中，本发明临界压降阈值是评价破压测试流体是否突破水泥与岩心间界面的压力值变化差阈值。进一步，若当前压力监测周期的界面压力值与上一压力监测周期的界面压力值的差值小于或等于临界压降阈值，则表明当前破压测试流体已经突破水泥与岩心间界面，将当前压力监测周期的界面压力值确定为第一(临界)突破压力。若当前压力监测周期的界面压力值与上一压力监测周期的界面压力值的差值大于临界压降阈值，则表明当前破压测试流体尚未突破水泥与岩心间界面。

然后，再次参考图1和图2，对上述步骤S120进行说明。

由于上述步骤S110得到的第一临界突破压力是利用单位为毫米级的长度及截面积的特定岩样尺寸的岩样得到的，该压力参数是单位数量级针对毫米尺寸下的压力数据，是实验室级别的数据。但在实际应用过程中，某段待评价地层或待评价地层对应的井筒的单位数量级为米，相应的作为预测气密性计算标准的第一临界突破压力对应的岩样尺寸也应该是单位数量级为米尺寸下的压力数据，故步骤S120需要将步骤S110得到的实验室条件下单位级别的压力数据(第一突破压力)转换成地层条件单位级别的压力数据，得到相应的第二(临界)突破压力P₁。

具体地，在本发明实施例中，上述转换过程采用现有的数值模拟软件，采用数值分析法，模拟与测井资料数据一致的实际地层环境，结合待评价地层所在地区的地层条件信息，得到相应的第二(临界)突破压力，以达到将岩心尺寸对应的突破压力折合成米级的标准突破压力的目的。例如：第二(临界)突破压力可为模拟出的当前地层流体突破1米尺寸长度(岩样)的地层与水泥间界面对应的标准的(临界)突破压力。其中，在本发明实施例中，上述地层条件信息优选为待评价地层所在地区的岩性、地层温度、地层压力和泥浆性能等信息。

需要说明的是，在本发明实施例中，上述数值分析算法优选为有限元法，但本发明还可采用其他类型的数值分析法进行转换计算，本发明对该算法的具体实施方法不作具体限定，本领域技术人员可根据实际需求进行选择。

图3为本申请实施例的用于评价井筒环空气密性的方法中步骤三的具体流程图，通过下述步骤S310～步骤S330完成步骤S130的整个实施过程。下面结合图1和图3对步骤S130进行详细说明。具体地，首先，进入到步骤S310中，通过下述步骤S311～步骤S312完成步骤S310的整个实施过程，根据表征钻井、固井等作业施工效果的测井资料数据，确定针对待评价井筒的实际固井作业位置范围。

进一步，步骤S311根据上述测井资料数据，确定待评价井筒的实际深度位置，以及当前井筒所在地层与井筒产出层的位置关系。在该过程中，根据测井资料数据，确定待评价井筒的实际深度位置，其中，实际深度位置包括：待评价井筒对应的地层的起始深度DEP1、和终止深度DEP2。而后，根据当前井筒的实际深度位置，确定井筒所在的地层与井筒产出层的位置关系。其中，所涉及的位置关系包括：井筒所在的待评价地层位于井筒产出层以上、和井筒所在的待评价地层位于井筒产出层以下。

进一步，步骤S312根据上述步骤S311确定出的位置关系，进一步结合测井资料数据，确定出实际固井作业中，针对待评价井筒的固井位置范围信息。具体地，在一个实施例中，当当前井筒所在地层(待评价地层)位于产出层以上时，确定当前待评价井筒实际深度位置到井筒产出层层段深度的上界面位置之间的第一厚度DEP01，进一步得到该第一厚度信息。其中，第一厚度信息包括第一厚度的起始深度位置(即当前待评价井筒实际深度位置)、第一厚度的终止深度位置(即井筒产出层层段深度的上界面位置)和表示第一厚度的深度差值，并将该第一厚度DEP01，作为实际固井位置范围。在另一个实施例中，当当前井筒所在地层(待评价地层)位于产出层以下时，确定井筒产出层层段深度的下界面位置到当前待评价井筒实际深度位置之间的第二厚度DEP02，进一步得到该第二厚度信息。其中，第二厚度信息包括第二厚度的起始深度位置(即井筒产出层层段深度的下界面位置)、第二厚度的终止深度位置(即当前待评价井筒实际深度位置)和表示第二厚度的深度差值，并将该第二厚度DEP02，作为实际固井位置范围。

然后，进入到步骤S320中，依次通过下述步骤S321～步骤S323完成步骤S320的整个实施过程，基于测井资料数据，根据步骤S310确定好的上述实际固井位置范围，分析固井施工质量，根据固井施工质量分析结果，结合上述步骤S120得到的第二(临界)突破压力，预测在待评价地层的环境及相应固井范围内的地层流体突破固井水泥时的实际突破压力。

进一步，步骤S321根据上述步骤S311得到的待评价井筒所在地层的实际深度位置、以及当前井筒所在地层与井筒产出层的位置关系，从现有的测井资料数据中筛选出在实际固井位置范围内对应的每个单位井段长度下的地层与固井水泥环之间的界面的厚度。这里需要说明的是，在实际的应用过程中，为了评价钻井、固井等过程的作业施工效果，会将井筒按照预设长度分为若干个单位井段，测井资料数据中会具有针对每个单位井段的施工效果信息(包括：单位井段长度、上界面固井厚度、下界面固井厚度等)，从而表征整个井的施工效果。

具体地，在步骤S321中，第一个实施例，在当前井筒所在地层位于产出层以上时，当前实际固井位置范围包括当前待评价井筒实际深度位置到井筒产出层层段深度的上界面位置之间的第一厚度，进一步需要从现有的测井资料数据中筛选出当前实际固井位置范围内每个单位井段的地层与固井水泥环之间的界面的厚度。

另外，在步骤S321中，第二个实施例，在当前井筒所在地层位于产出层以下时，当前实际固井位置范围包括井筒产出层层段深度的下界面位置到当前待评价井筒实际深度位置之间的第二厚度，进一步需要从现有的测井资料数据中筛选出当前实际固井位置范围内每个单位井段的地层与固井水泥环之间的界面的厚度。

而后，进入到步骤S322中，统计并分析多个所述地层与固井水泥环间界面厚度，确定满足第一评价等级(优秀固井质量等级)和第二评价等级(合格固井质量等级)对应的累计深度，得到相应的固井质量第一累计深度和固井质量第二累计深度。具体地，在该步骤中，需要根据针对位于实际固井位置范围内的每个单位井段长度对应的地层与固井水泥环之间的厚度，对实际固井位置范围内待评价井筒的固井作业质量进行评价，依据固井作业行业标准(例如：SY/T6641-2017固井水泥胶结测井资料处理及解释规范。另外，各油田企业还有自己的专属企业标准。)，确定出针对待评价地层满足优秀固井厚度条件对应的固井质量第一累计深度DEPTH1(即所有符合优秀固井厚度分数条件的单位井段的长度的总和)，以及确定出针对待评价地层满足合格固井厚度条件对应的固井质量第二累计深度DEPTH2(即所有符合合格固井厚度分数条件的单位井段的长度的总和，此处的“合格”分数不包括优秀分数)。优选地，在本发明实施例中，第一评价等级优选为固井作业评价行业标准中的优秀固井质量等级，也就是满足优秀固井厚度分数等级对应的条件；第二评价等级优选为固井作业评价行业标准中的合格固井质量等级，也就是满足合格固井厚度分数等级对应的条件。

接着，进入到步骤S323中，根据上述步骤S322得到固井质量第一累计深度、固井质量第二累计深度和上述步骤S120得到的第二突破压力，利用实际突破压力评价式，计算当前地层内流体突破固井水泥时的实际突破压力，以模拟当前待评价井筒处所受到的压力情况。其中，实际突破压力评价式利用如下表达式表示：

P＝a*DEPTH1*P1+b*DEPTH2*P1

其中，P表示实际突破压力，DEPTH1表示固井质量第一累计深度，DEPTH2表示固井质量第二累计深度，P1表示第二突破压力，a、b分别表示地区经验系数，该地区为当前待评价地层所在地区。更进一步地说，a、b分别表示根据该地区固井效果得到的固井质量第一累计深度占待评价井筒实际固井评价结果的权重系数(也就是在针对当前地层条件的固井作业中，满足优秀固井质量等级的固井效果对整体固井效果的影响程度)，以及固井质量第二累计深度占待评价井筒实际固井评价结果的权重系数(也就是在针对当前地层条件的固井作业中，满足合格固井质量等级的固井效果对整体固井效果的影响程度)。其中的地区经验系数根据固井作业在当前地区不同油区处的固井效果得到，主要影响因素有当前地层岩性、地层温度、地层压力、泥浆性能特征等，在设定时需要参考上述施工效果信息和测井资料数据，落实上述实验的数据。这样，通过求取实际固井作业的第一累计深度和第二累计深度，并将其作为步骤S120模拟出的标准临界突破压力的尺寸长度，在乘以不同等级固井评价等级权值后，得到了结合实际固井作业的针对当前地层流体突破相应固井长度对应的实际突破压力。

最后，进入到步骤S330中，通过下述步骤S331和步骤S332完成步骤S330的整个实施过程，根据步骤S320预测出的当前地层流体突破待评价地层实际固井位置范围内的固井水泥环的实际突破压力，进一步计算出用于评价井筒环空与地层间气密性的评价指数数据。

进一步，步骤S331根据上述步骤S320得到的预测出的实际突破压力，计算当前待评价井筒实际深度位置到储层边界间的累计突破压力PSUM。具体地，利用现有的数值模拟软件，设置预设单位深度移动步长，基于符合当前地层岩性条件和水泥浆体系特征参数，模拟出以单位移动步长从当前待评价井筒实际深度位置向储层边界移动过程中，每个单位深度移动步长对应的突破压力，直至计算出移动到达储层边界的每个单位移动步长的(单位)突破压力，并根据当前待评价井筒实际深度位置对应的第二突破压力，与每个单位突破压力进行累加，以得到最终的当前待评价井筒实际深度位置到储层边界间的累计突破压力。

而后，步骤S332根据步骤S320预测出的第二突破压力和步骤S331得到的累计突破压力，利用气密性指数计算式，得到针对当前待评价地层与井筒环空水泥间的气密性评价指数ATI。具体地，将上述实际突破压力与累计突破压力进行比值计算，得到一个归一化处理的相应的气密性评价指数，分析当前用于评价井筒所受压力的第二突破压力对累计突破压力的比例，以表征针对待评价地层井段内井筒环空的气密性评价结果。如果该比例大于1，则表明当前地层流体可以突破水泥石环，气密性较差，该值越小，表明气密性良好。其中，上述气密性指数计算式用如下表达式表示：

ATI＝P/PSUM

其中，ATI表示气密性评价指数，PSUM表示上述累计突破压力。

需要说明的是，在本发明实施例中，由于实施胶结实验的实验参数是根据地层实时实际温度、压力、岩性特征信息和水泥浆体系信息等数据而确定出的，故本发明的胶结实验全面的模拟了地层实时环境条件，得到相应的第一突破压力。当地层环境条件发生变化时，测井资料数据对应的同类型数据也发生变化，使得胶结实验的实验参数发生了变化，从而使得上述第一突破压力、以及基于测井资料数据预测出的实际突破压力等信息，均随着实际地层条件的变化而变化。因此，本发明所涉及的井筒环空气密性评价方法及系统得到的气密性评价指数，能够随着实际地层条件的变化而变化，使得评价结果更加符合地层环境条件，评价准确度更高。

另一方面，本发明还提出了一种用于评价井筒环空气密性的系统。图6为本申请实施例的用于评价井筒环空气密性的系统的模块框图。如图6所示，该系统包括：临界突破压力确定模块61、标准突破压力确定模块62和评价指数确定模块63。其中，临界突破压力确定模块61，其按照上述步骤S110所述的方法实施，配置为制备与待评价井筒环空尺寸匹配的环状岩心样品，根据待评价井筒所在地层的测井数据，对该岩样实施符合当前地层环境的岩心与固井水泥胶结实验和流体突破模拟实验，确定突破固井水泥与岩样界面对应的第一突破压力。标准突破压力确定模块62，其按照上述步骤S120所述的方法实施，配置为采用数值分析法，结合当前地层的地质背景信息，将实验室单位级别的上述第一突破压力转换成地层条件单位级别下的压力，得到相应的第二突破压力。评价指数确定模块63，其按照上述步骤S130所述的方法实施，配置为根据测井资料数据，确定当前井筒的实际深度位置及相应的实际固井位置范围，并分析固井施工质量，基于此，结合第二突破压力，预测当前地层流体突破固井水泥时的实际突破压力，进一步得到用于评价井筒环空气密性的评价指数。

进一步，参考图6，评价指数确定模块63包括：固井位置范围生成单元631、实际突破压力生成单元632和气密性评价指数生成单元633。其中，固井位置范围生成单元631，其按照上述步骤S310实施，配置为根据表征钻井、固井等作业施工效果的测井资料数据，确定针对待评价井筒的实际固井作业位置范围。实际突破压力生成单元632，其按照上述步骤S320实施，配置为基于测井资料数据，根据上述步骤S310确定好的实际固井位置范围，分析固井施工质量，根据固井施工质量分析结果，结合上述步骤S120得到的第二(临界)突破压力，预测在待评价地层的环境及相应固井范围内的地层流体突破固井水泥时的实际突破压力。气密性评价指数生成单元633，其按照上述步骤S330实施，配置为根据上述步骤S320预测出的当前地层流体突破待评价地层实际固井位置范围内的固井水泥环的实际突破压力，利用气密性指数计算式，进一步计算出用于评价井筒环空与地层间气密性的评价指数数据。

进一步，实际突破压力生成单元632包括：固井范围确定子单元6321、固井质量分析子单元6322和突破压力生成子单元6323。其中，固井范围确定子单元6321，其按照上述步骤S321实施，配置为根据实际深度位置，从测井数据中筛选出在实际固井位置范围内的当前地层中对应的每个单位井段的地层与固井水泥环间界面厚度。固井质量分析子单元6322，其按照上述步骤S322实施，配置为统计并分析多个地层与固井水泥环间界面厚度，确定满足第一评价等级和第二评价等级对应的累计深度，得到相应的固井质量第一累计深度和固井质量第二累计深度。突破压力生成子单元6323，其按照上述步骤S323实施，配置为根据固井质量第一累计深度、固井质量第二累计深度和第二突破压力，利用上述利用实际突破压力评价式，计算实际突破压力。

进一步，气密性评价指数生成单元633包括：累计突破压力生成子单元6331和评价结果生成子单元6332。其中，累计突破压力生成子单元6331，其按照上述步骤S331实施，配置为根据实际突破压力生成单元632得到的实际突破压力，计算当前深度位置到储层边界间的累计突破压力。评价结果生成子单元6332，其按照上述步骤S332实施，配置为根据上述实际突破压力生成单元632得到的实际突破压力和上述累计突破压力生成子单元6331得到的累计突破压力，得到针对当前待评价地层与井筒环空水泥间的气密性评价指数。

本发明提供一种针对井筒环空气密性的评价方法及系统，采用基于岩石物理实验(胶结实验和流体突破模拟实验)、数值模拟、及基于测井资料数据分析目的层上、下的井筒流体突破压力。具体地，该方法首先依据确定的实验参数制备环状岩样，在环状岩样中心依据实际固井水泥浆体系注水泥浆，依据待评价地层对岩样及水泥浆进行温度高温养护，而后，对养护好的岩样依据系统参数加围压及覆压，确定单位长度下岩心尺寸的固结水泥与岩石间界面的突破压力；然后，采用数值分析，将单位长度下的突破压力扩展到米级单位下的用于气密性评价的突破压力；接着，根据地区经验与规律，基于测井资料综合分析目的层上下的井筒流体突破压力，从而实现井筒环空气密性评价。本发明利用与待评价地层环境条件相符的测井资料和地区经验及规律对目的层井筒环空的气密性进行评价，评价结果具有高可靠性、准确性、能够实现井筒气密性的连续评价，可有效提高井筒环空气密性评价精度，提高油气勘探开发效益，具有安全、环保、高效、精度高、成本低等特点。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种用于评价井筒环空气密性的方法，包括：

步骤一、制备与待评价井筒环空尺寸匹配的环状岩心样品，根据测井数据对该岩样实施符合当前地层环境的岩心与固井水泥胶结实验和流体突破模拟实验，确定突破固井水泥与岩样界面对应的第一突破压力；

步骤二、采用数值分析法，结合当前地层的地质背景信息，将实验室单位级别的所述第一突破压力转换成地层条件单位级别下的压力，得到相应的第二突破压力；

步骤三、根据所述测井数据，确定当前井筒的实际深度位置及相应的实际固井位置范围，并分析固井施工质量，基于此，结合所述第二突破压力，预测当前地层流体突破固井水泥时的实际突破压力，进一步得到用于评价井筒环空气密性的评价指数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一进一步包括：

根据所述测井数据，确定岩心与固井水泥胶结实验的实验参数，并制备岩样；

根据所述实验参数中的水泥浆体系数据、养护温度、围压和覆压，对岩样依次进行包括注入水泥浆、高温养护、围压和覆压的胶结实验；

将破压测试流体通入经过胶结实验处理的岩样，记录所述破压测试流体突破当前岩心与水泥间界面的压力，得到所述第一突破压力。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤三中，

根据所述实际深度位置，从所述测井数据中筛选出在所述实际固井位置范围内的当前地层中对应的每个单位井段的地层与固井水泥环间界面厚度；

统计并分析多个所述地层与固井水泥环间界面厚度，确定满足第一评价等级和第二评价等级对应的累计深度，得到相应的固井质量第一累计深度和固井质量第二累计深度；

根据所述固井质量第一累计深度、所述固井质量第二累计深度和所述第二突破压力，计算所述实际突破压力。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤三中，

根据所述实际突破压力，计算当前深度位置到储层边界间的累计突破压力；

根据所述实际突破压力和所述累计突破压力，得到针对当前待评价地层与井筒环空水泥间的气密性评价指数。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，进一步，

根据所述测井数据，确定待评价井筒的实际深度位置，以及当前井筒所在地层与井筒产出层的位置关系；

根据所述位置关系，确定所述实际固井位置范围。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步，

在当前井筒所在地层位于产出层以上时，确定当前待评价井筒实际深度位置到井筒产出层层段深度的上界面位置之间的第一厚度，并将其作为所述实际固井位置范围；或者

在当前井筒所在地层位于产出层以下时，确定井筒产出层层段深度的下界面位置到当前待评价井筒实际深度位置之间的第二厚度，并将其作为所述实际固井位置范围。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在将破压测试流体通入经过胶结实验处理的岩样，记录所述破压测试流体突破当前岩心与水泥间界面的压力，得到所述第一突破压力步骤中，包括：

根据当前井筒安装井的类型，确定破压测试流体的种类，以模拟影响井筒环空气密性的地层流体。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

若当前井筒安装井类型为产气井时，则选用惰性气体作为所述破压测试流体；

若当前井筒安装井类型为产油井时，则选用油作为所述破压测试流体。

9.一种用于评价井筒环空气密性的系统，其特征在于，该系统包括：

临界突破压力确定模块，其制备与待评价井筒环空尺寸匹配的环状岩心样品，根据测井数据对该岩样实施符合当前地层环境的岩心与固井水泥胶结实验和流体突破模拟实验，确定突破固井水泥与岩样界面对应的第一突破压力；

标准突破压力确定模块，其采用数值分析法，结合当前地层的地质背景信息，将实验室单位级别的所述第一突破压力转换成地层条件单位级别下的压力，得到相应的第二突破压力；

评价指数确定模块，其根据所述测井数据，确定当前井筒的实际深度位置及相应的实际固井位置范围，并分析固井施工质量，基于此，结合所述第二突破压力，预测当前地层流体突破固井水泥时的实际突破压力，进一步得到用于评价井筒环空气密性的评价指数。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述评价指数确定模块具备实际突破压力生成单元，其中，所述实际突破压力生成单元，进一步包括：

固井范围确定子单元，其根据所述实际深度位置，从所述测井数据中筛选出在所述实际固井位置范围内的当前地层中对应的每个单位井段的地层与固井水泥环间界面厚度；

固井质量分析子单元，其统计并分析多个所述地层与固井水泥环间界面厚度，确定满足第一评价等级和第二评价等级对应的累计深度，得到相应的固井质量第一累计深度和固井质量第二累计深度；

突破压力生成子单元，其根据所述固井质量第一累计深度、所述固井质量第二累计深度和所述第二突破压力，计算所述实际突破压力。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述评价指数确定模块具备气密性评价指数生成单元，其中，所述气密性评价指数生成单元，进一步包括：

累计突破压力生成子单元，其根据所述实际突破压力，计算当前深度位置到储层边界间的累计突破压力；

评价结果生成子单元，其根据所述实际突破压力和所述累计突破压力，得到针对当前待评价地层与井筒环空水泥间的气密性评价指数。

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