【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種油氣井水泥環(huán)完整性及損傷演化定量評(píng)價(jià)方法
[0001]本專利技術(shù)涉及深井、超深井及深部頁(yè)巖氣水平井固井水泥環(huán)完整性檢測(cè)及評(píng)價(jià)領(lǐng)域，具體是一種油氣井水泥環(huán)完整性及損傷演化定量評(píng)價(jià)方法。
技術(shù)介紹
[0002]在石油天然氣的鉆探過(guò)程中，固井的目的是為封隔地層、加固井眼、建立密封性能良好的井內(nèi)油氣水流動(dòng)通道，以保障繼續(xù)高效安全鉆進(jìn)，并保證后期試油、注氣/水、壓裂、酸化、生產(chǎn)等作業(yè)的正常進(jìn)行。為實(shí)現(xiàn)上述固井目的，則需介于地層與套管外壁之間的水泥環(huán)長(zhǎng)期保持良好的完整性。水泥環(huán)完整性是指在油氣井服役期間，水泥環(huán)保持良好的結(jié)構(gòu)完整性和功能完整性。
[0003]由于深部及非常規(guī)低孔、低滲油氣藏通常需要大規(guī)模水力壓裂才能獲取商業(yè)油氣產(chǎn)量。然而，在大規(guī)模多級(jí)水力壓裂過(guò)程中，因溫度和壓力的波動(dòng)、連續(xù)變化、交替加載和卸載很容易導(dǎo)致套管
?
水泥環(huán)
?
地層組合體完整性失效。水泥環(huán)完整性失效容易引起層間封隔失效、環(huán)空帶壓、套管腐蝕及服役壽命降低、管外油、氣、水容竄通等諸多復(fù)雜工況。
[0004]調(diào)研發(fā)現(xiàn)：水泥環(huán)完整性失效主要包括界面失效和水泥環(huán)本體失效兩大類，其中界面失效分為第一界面分離、第二界面分離、軸向滑移，而水泥環(huán)本體失效分為環(huán)向/軸向開(kāi)裂、屈服破壞。因此，為預(yù)防并控制水泥環(huán)完整性失效，迫切需要模擬真實(shí)井下溫度、壓力及作業(yè)特征，準(zhǔn)確而高效評(píng)價(jià)水泥環(huán)的完整性，進(jìn)而基于評(píng)價(jià)結(jié)果，及時(shí)采取具有針對(duì)性地預(yù)防及控制措施，保證工程的質(zhì)量與安全，避免類似事故及風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全、高效的生產(chǎn)顯得尤...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種油氣井水泥環(huán)完整性及損傷演化定量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述的油氣井水泥環(huán)完整性及損傷演化定量評(píng)價(jià)方法包括以下步驟：步驟一：制備用于開(kāi)展水泥環(huán)完整性及損傷演化定量評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)樣品：(1)采用現(xiàn)場(chǎng)井身結(jié)構(gòu)和水泥漿體系，模擬實(shí)際溫度及壓力養(yǎng)護(hù)制備套管
?
水泥環(huán)
?
地層組合體，定義與水泥環(huán)接觸的套管外壁為目標(biāo)面，與套管接觸的水泥環(huán)內(nèi)壁為接觸面；(2)將制備的套管
?
水泥環(huán)
?
地層組合體分為空白組和條件對(duì)照組，空白組用于定量評(píng)價(jià)水泥環(huán)完整性，條件對(duì)照組用于定量評(píng)價(jià)交變載荷下水泥環(huán)完整性損傷演化規(guī)律；(3)分離空白組的水泥環(huán)和套管，采用空白組的水泥環(huán)和套管制備水泥石力學(xué)性能測(cè)試試樣、目標(biāo)面及接觸面三維輪廓掃描試樣、水泥石SEM掃描試樣、水泥石壓汞測(cè)試試樣；(4)分離條件對(duì)照組的水泥環(huán)和套管，采用條件對(duì)照組的水泥環(huán)和套管制備水泥石力學(xué)試樣、目標(biāo)面及接觸面的三維輪廓試樣、水泥石SEM試樣、水泥石壓汞試樣；步驟二：測(cè)定有無(wú)交變載荷作用的水泥環(huán)宏觀力學(xué)性能：(1)采用步驟一制備的空白組套管
?
水泥環(huán)
?
地層組合體開(kāi)展界面力學(xué)性能測(cè)試，獲取空白組套管
?
水泥環(huán)界面徑向膠結(jié)強(qiáng)度S
BR
；(2)采用步驟一制備的空白組水泥石力學(xué)試樣開(kāi)展力學(xué)性能測(cè)試，獲取空白組水泥石抗拉強(qiáng)度Q
BL
和抗壓強(qiáng)度Q
BC
；(3)采用步驟一制備的條件對(duì)照組力學(xué)水泥石試樣開(kāi)展力學(xué)性能測(cè)試，獲取條件對(duì)照組水泥石抗拉強(qiáng)度Q
EL
和抗壓強(qiáng)度Q
EC
；(4)采用步驟一制備的條件對(duì)照組套管
?
水泥環(huán)
?
地層組合體開(kāi)展界面力學(xué)性能測(cè)試，獲取條件對(duì)照組套管
?
水泥環(huán)界面徑向膠結(jié)強(qiáng)度S
ER
；步驟三：測(cè)定及評(píng)價(jià)有無(wú)交變載荷作用的套管
?
水泥環(huán)界面形態(tài)的分形維數(shù)：(1)采用光學(xué)衍射儀對(duì)步驟一得到的空白組及條件對(duì)照組目標(biāo)面和接觸面三維輪廓試樣進(jìn)行三維掃描，獲取目標(biāo)面和接觸面的三維輪廓圖及不同測(cè)量尺度τ
TF
和τ
CF
下所有測(cè)點(diǎn)高度H，其中τ
TF
為目標(biāo)面的測(cè)量尺度，τ
CF
為接觸面的測(cè)量尺度；(2)采用基于結(jié)構(gòu)函數(shù)的分形模型LgS(τ
TF
)＝lgC
TF
+(4
?
2D
TFθ
)Lgτ
TF
將目標(biāo)面的測(cè)量尺度τ
TF
及對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)測(cè)度函數(shù)S(τ
TF
)繪制在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)，其中S(τ
TF
)為目標(biāo)面的結(jié)構(gòu)測(cè)度函數(shù)，S(τ
TF
)＝[H(Z+τ
TF
，θ)
?
H(Z，θ)]2，Z為目標(biāo)面上測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)沿套管軸向的坐標(biāo)；θ為目標(biāo)面上測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)沿套管環(huán)向的坐標(biāo)；τ
TF
為目標(biāo)面的測(cè)量尺度，即兩測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)之間的軸向間隔；H(Z+τ
CF
，θ)為目標(biāo)面三維輪廓圖中測(cè)點(diǎn)(Z+τ
CF
，θ)的高度；H(Z,θ)為目標(biāo)面三維輪廓圖中測(cè)點(diǎn)(Z,θ)的高度；C
TF
為目標(biāo)面的尺度系數(shù)；D
TFθ
為目標(biāo)面沿不同角度θ的分形維數(shù)；(3)采用基于結(jié)構(gòu)函數(shù)的分形模型LgS(τ
CF
)＝lgC
CF
+(4
?
2D
CFα
)Lgτ
CF
將接觸面的測(cè)量尺度τ
CF
及對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)測(cè)度函數(shù)S(τ
CF
)繪制在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)，其中S(τ
CF
)為接觸面的結(jié)構(gòu)測(cè)度函數(shù)，S(τ
CF
)＝[H(Y+τ
TF
，α)
?
H(Y，α)]2，Y為接觸面上測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)沿水泥環(huán)軸向的坐標(biāo)；α為接觸面上測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)沿水泥環(huán)環(huán)向的坐標(biāo)；τ
CF
為接觸面的測(cè)量尺度，即兩測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)之間的軸向間隔；H(Y+τ
CF
，α)為接觸面三維輪廓圖中測(cè)點(diǎn)(Y+τ
CF
，α)的高度；H(Y,α)為接觸面三維輪廓圖中測(cè)點(diǎn)(Y,θ)的高度；C
CF
為接觸面的尺度系數(shù)；D
CFα
為接觸面沿不同角度α的分形維數(shù)；(4)通過(guò)LgS(τ
TF
)＝lgC
TF
+(4
?
2D
TFθ
)Lgτ
TF
曲線斜率計(jì)算空白組和條件對(duì)照組目標(biāo)面沿0
°
、90
°
、180
°
、270
°
四個(gè)方向的分形維數(shù)，并取D
TF0
、D
TF90
、D
TF270
、和D
TF360
的平均值做為接觸面的分形維數(shù)，記D
BTF
為空白組目標(biāo)面的分形維數(shù)，D
ETF
為條件對(duì)照組目標(biāo)面的分形維數(shù)；(5)通過(guò)LgS(τ
CF
)＝lgC
CF
+(4
?
2D
CFα
)Lgτ
CF
曲線斜率計(jì)算空白組和條件對(duì)照組接觸面沿0
°
、90
°
、180
°
、270
°
四個(gè)方向的分形維數(shù)，并取D
CF0
、D
CF90
、D
CF270
和D
CF360
的平均值做為接觸面的分形維數(shù)，令D
BCF
為空白組接觸面的分形維數(shù)，D
ECF
為條件對(duì)照組接觸面的分
形維數(shù)；步驟四：測(cè)定及評(píng)價(jià)有無(wú)交變載荷作用的水泥環(huán)本體孔隙形態(tài)的分形維數(shù)：(1)采用壓汞法對(duì)步驟一得到的空白組及條件對(duì)照組水泥石壓汞試樣進(jìn)行壓汞測(cè)試，獲取空白組及條件對(duì)照組水泥石的真實(shí)孔隙率不同注入壓力P
i
下進(jìn)入水泥石孔隙的總體積V
Pi
及對(duì)應(yīng)壓力Pi下的孔隙直徑2Ri；(2)采用孔體積分形模型Lg(|dV
Pi
/dRi|)＝(2
?
D
P
)LgRi+C
P
將總體積V
Pi
隨孔隙半徑增量的絕對(duì)值|dV
Pi
/dRi|與孔隙半徑繪制在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)，其中V
Pi
為不同注入壓力Pi下進(jìn)入水泥環(huán)試樣中孔隙的總水銀體積；Ri為對(duì)應(yīng)注入壓力Pi下對(duì)應(yīng)的孔隙半徑；D
P
為水泥環(huán)試樣中孔隙形態(tài)的分形維數(shù)；C
P
為水泥環(huán)試樣孔隙的分形模型常數(shù)；(3)通過(guò)Lg(|dV
Pi
/dRi|)＝(2
?
D
P
)LgRi+C
P
曲線斜率計(jì)算空白組和條件對(duì)照組水泥環(huán)孔隙形態(tài)的分形維數(shù)，令D
BP
為空白組水泥環(huán)孔隙形態(tài)的分形維數(shù)，D
EP
為條件對(duì)照組水泥環(huán)孔隙形態(tài)的分形維數(shù)；步驟五：測(cè)定及評(píng)價(jià)有無(wú)交變載荷作用的水泥環(huán)本體顆粒形態(tài)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄧寬海，周念濤，林元華，姚明遠(yuǎn)，張明，衣德強(qiáng)，謝鵬飛，彭陽(yáng)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西南石油大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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