[發明專利]一種油氣井固井水泥石彈性的檢測方法及裝置

有效

• 申請號: 201780074266.2
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN110226081B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 鄭友志;孔波;李杰;馬輝運;桑宇;楊濤;謝明華;焦利賓;王福云;夏宏偉;余江;譚其艷;劉從箐;陳驥;付嬙;趙曉麗;郭楓林;吳勇;何軼果;王斌;王曉嬌
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 張麗麗

一種油氣井固井水泥石彈性的檢測方法及裝置，該檢測方法包括：確定水泥石的加載速率和卸載速率；確定水泥石的最高加載載荷；確定水泥石實驗的溫度與壓力；確定水泥石的應力應變曲線；以不同循環周期水泥石的應變恢復程度描述水泥石的彈性，以不同循環周出現的水泥石的破環程度描述水泥石的長期力學完整性。還提供了一種油氣井固井水泥石彈性的檢測裝置。該檢測方法和裝置為水泥石改性研究和國內外特種水泥漿體系檢測提供一個統一的對比平臺，對于評價井筒完整性和井壽命周期具有非常重要的意義。

技術領域

本發明涉及一種檢測方法及裝置，特別涉及一種固井水泥石彈性的檢測方法及裝置，屬于油氣田勘探開發領域。

背景技術

環空帶壓是復雜天然氣井開發生產的主要安全問題，這一問題在世界范圍內普遍存在。在墨西哥灣的外大陸架(OCS)地區，大約有15500口生產井、關閉井及臨時廢棄井。美國礦物管理服務機構(MMS)對該地區井進行了統計，有6692口井約43％至少有一層套管環空帶壓。在這些環空帶壓的井中，共有10153層套管環空帶壓，其中47.1％屬于生產套管帶壓，16.3％屬于技術套管帶壓，26.2％屬于表層套管帶壓，10.4％屬于導管帶壓。該地區大部分井下入幾層套管柱，從而使判定環空帶壓的原因與采取有針對性的補救措施困難，每口井補救費用高達100萬美元。在加拿大，環空帶壓存在于不同類型的井中。南阿爾伯特的淺層氣井、東阿爾伯特的重油井和ROCKY山麓的深層氣井，都不同程度的存在環空帶壓問題。在加拿大環空帶壓問題絕大多數是由于環空封固質量不好，天然氣竄至井口造成的。

目前中國的高溫深井，如塔里木克拉，四川羅家寨等氣田的部分氣井不同程度地環空帶壓，最終直接影響氣井的高產、穩產。羅家寨、渡口河、鐵山坡、臥龍河等氣田飛仙關組氣藏H₂S含量大多在10％-16％，龍崗氣田H₂S含量也大多在30-180g/m³。高H₂S不僅對井下和地面高強度鋼材造成嚴重腐蝕，其強毒性也直接威脅到人身安全，鉆井完井風險大。

固井水泥環質量導致的含硫氣井技術套管環空帶壓問題中，酸性介質對水泥環的腐蝕是次要因素，水泥環在工程作業中發生的力學損壞和水泥漿性能的質量是影響水泥環氣竄的主要因素。因此，對氣井固井過程中，水泥漿性能的跟蹤評價和對水泥環后期力學完整性評價對于氣井的安全開發是極其重要的。

事實上，每口油氣井的開發過程中，都涉及到井筒內壓力的交變而導致的水泥環長期封隔問題，如試壓前后、持續鉆進、關井與生產等過程中力學的交替變化。在這種情況下，韌性水泥的概念被提出來。使水泥環保持較好的韌性，能使水泥環在受到套管內擠力和地層外壓力時，具有比普通水泥環更好的彈性形變空間，在各種力學影響下，不在界面出現微間隙，從而延長固井水泥環的長期力學封隔能力，這對于評價井筒安全性和延長油氣井壽命具有非常重要的意義。韌性水泥體系是石油工程界固井未來發展的一個主流方向。

韌性水泥，也稱柔性水泥、彈性水泥等，其概念為在同等應力狀態下變形能力大于普通油井水泥，其主要力學特征表現為：楊氏模量明顯低于普通油井水泥，而抗壓強度、抗拉強度變化不大。

目前中國和外國均無水泥石楊氏模量測試的統一標準。對水泥石三軸應力力學性能的測試，主要參考巖石力學性能的測試標準。

油井水泥的試驗方法(GB/T 19139-2012)中，規定了油井水泥應用性能，包括密度、抗壓強度、非破壞性聲波試驗、稠化時間、靜態失水、滲透率、流變性、膠凝強度、穩定性、井下流體相容性以及北極注水泥試驗方法等的測試方法，以及水泥漿在套管和環空內的壓降和流態計算方法，但其對于油井水泥的彈性/韌性/柔性力學形變能力的檢測規范并未提及。