[發明專利]一種保持水泥環密封完整性的方法及裝置

有效

• 申請號: 201710267218.7
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN108729901B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 馬小龍;蘭凱;楊玄;郝小龍;姚平均;王鑫
• 申請（專利權）人: 中石化石油工程技術服務有限公司;中石化中原石油工程有限公司固井公司
• 主分類號: E21B47/005
• 分類號: E21B47/005;E21B33/13;E21B33/14;G06F30/23
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

1.一種保持水泥環密封完整性的方法，其特征在于，該方法包括：

建立氣井井下的由套管、水泥環和地層所構成的有限元分析模型，其中，在所述氣井中，所述水泥環位于所述套管和所述地層之間，所述有限元分析模型中的地層尺寸為井眼尺寸的12倍，模型高度為井眼半徑的6％，所述有限元分析模型為實際井眼尺寸模型的1/4；

對所述有限元分析模型中的與所述水泥環受力特性的相關參數進行分析，計算獲得回壓范圍，其中，所述回壓范圍滿足固井完畢后通過壓井灌注入的，能夠保持所述水泥環密封性的壓力范圍；

在所述回壓范圍內，對固井施工后的水泥環施加回壓進行密封；

所述建立氣井井下的由套管、水泥環和地層所構成的有限元分析模型，包括：

根據實際采用的套管尺寸與實測井徑擴大率，建立由套管、水泥環和地層所構成的三維幾何模型；

定義所述三維幾何模型各部件的物性參數；

分別建立套管和水泥環以及水泥環和地層之間的接觸屬性關系，獲得所述套管和水泥環以及水泥環和地層之間的界面的初始應力；

對所述三維幾何模型進行網格劃分，獲得有限元網格模型；

根據所述物性參數和所述初始應力，設定所述有限元網格模型的邊界條件，建立所述有限元分析模型；

其中，所述設定所述有限元網格模型的邊界條件包括：載荷、對稱邊界與位移約束邊界；

所述載荷包括：套管內壁壓力、地應力和水泥環上方回壓；

所述有限元網格模型外側分別施加X和Y方向對稱邊界條件，水泥環底部表面施加Z方向軸向位置約束條件。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對所述有限元分析模型中的與所述水泥環受力特性的相關參數進行分析，計算獲得回壓范圍，包括：

根據所述有限元分析模型中的與所述水泥環受力特性的相關參數，對所述有限元模型進行回壓模擬分析，獲得回壓模擬分析參數；

對所述回壓模擬分析參數進行分析計算，獲得回壓范圍。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據所述有限元模型中的相關參數，對所述有限元模型進行回壓模擬分析，獲得回壓模擬分析參數，包括：

在所述有限元分析模型中對所述水泥環施加較小的內壓和回壓，分別建立所述套管和水泥環以及水泥環和地層之間的接觸性關系；

在所述有限元分析模型中分析回壓對壓裂過程中水泥環受力狀態的影響因素；

在所述有限元分析模型中模擬分析當停止施加內壓和回壓時，水泥環的密封狀態；

根據所述接觸性關系、所述影響因素和所述水泥環的密封狀態，分析獲得回壓模擬分析參數。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述回壓范圍內，對固井施工后的水泥環施加回壓進行密封，包括：

根據所述回壓范圍，確定回壓設計值；

對所述水泥環緩慢施加回壓直至所述回壓設計值，實現對水泥環的密封。