一种评价固井屏障完整性的方法技术

本发明专利技术涉及一种评价固井屏障完整性的方法，包括以下步骤：1)制作出呈上端开口、下端封闭的筒状结构的模拟地层；2)将制作好的模拟地层置于桶中；3)将涂有钻井液层的套管放入模拟地层中；4)在套管中居中设置超声探头，超声探头与外部的示波器、脉冲发生接收仪和高速瞬态信号采集仪电连接；5)在桶中注水，水面高度至模拟地层上端口，套管中注满水；6)制备水泥浆；7)在套管与模拟地层的内壁之间注入水泥浆，待注入结束后，在桶中注水，使水面高度与套管上端面平齐，候凝；8)开启超声探头，利用脉冲发生接收仪测量获得待测时间点的固井声幅曲线，读出固井声幅曲线首波峰值；9)根据固井屏障完整性判据判定固井完整性是否合格。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种评价固井屏障完整性的方法，属于石油天然气勘探开发领域。
技术介绍
固井后，套管-水泥环-地层会形成一个胶结体，这个胶结体起到保护套管、支撑地层的作用，称之为固井屏障。如何提高井壁与套管间水泥环的密封质量是固井工程长期关注的问题，固井水泥环的力学性能，关系到固井屏障的质量和油气井寿命。在油气井生产服役过程中，固井屏障要受到各种载荷的作用，如经套管传递的内压力的作用、地层岩石围压的作用、井眼温度变化引起的温度应变和气井的高压冲击等，而在整个油气井寿命的周期内，往往是多种载荷同时作用和发生变化，这些载荷的作用和变化，会导致固井屏障系统受力状态的变化，严重时会造成固井屏障密封系统失效，出现环空冒气和地层流体互窜的现象，水泥环失去对套管的保护作用，加速套管损坏，缩短油气井寿命，轻者会造成环空窜流，影响建井周期，重者可能导致井报废，造成严重的经济损失。长期以来，对于固井水泥浆环密封完整性的预测以及数字模拟有很多研究，但是对于真正的模拟地层一二界面环境并对其进行固井，利用测井仪器测得固井声幅曲线的实验方法很少，这就使固井屏障完整性的评价存在很大的局限性。
技术实现思路
针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种实现固井屏障简单、精准评价的固井屏障完整性的方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种评价固井屏障完整性的方法，包括以下步骤：1)制作出呈上端开口、下端封闭的筒状结构的模拟地层；2)将制作好的模拟地层置于桶中；3)将涂有钻井液层的套管放入模拟地层中，放入后的套管与模拟地层具有同轴关系；4)在套管中通过固定盖居中设置超声探头，超声探头与外部的示波器、脉冲发生接收仪和高速瞬态信号采集仪电连接；5)在桶中注水，水面高度低于模拟地层1的上端，套管中注满水；6)根据NB/T1404.1-2015(页岩气固井工程)中水泥浆性能要求来确定水泥浆的配方比例，制备水泥浆；7)在套管与模拟地层的内壁之间注入水泥浆，注入过程保证不形成气泡，水泥环的上端面应高于整个探头顶部，待注入结束后，在桶中继续注水，使水面没过模拟地层且与套管上端面平齐，候凝；8)开启超声探头，利用脉冲发生接收仪测量获得待测时间点的多个固井声幅曲线，取固井声幅曲线首波峰值介于中间的，波形清晰的固井声幅曲线，读出此固井声幅曲线首波峰值；9)根据下述判据对固井完整性进行判定：当固井曲线首波峰值不高于50mv时，判定固井完整性为优秀；当固井曲线首波峰值在50mv与105mv之间时，判定固井完整性为合格但不优秀；当固井曲线首波峰值不低于105mv时，判定固井完整性为不合格。所述步骤1)中的模拟地层的制作过程为：根据模拟地层的尺寸制作相应的模具，按待模拟地层的岩性成分制备浆体倒入模具中制造出模拟地层。在所述步骤3)中，套管外表面的钻井液层通过叠层涂抹的方式形成，即先在套管的表面刷一遍钻井液，待钻井液晾干之后刷第二遍，直至钻井液层的厚度达到预设值。在所述步骤4)中，所述脉冲发生接收仪采用CTS-8077PR型脉冲发生接收仪用于测固井屏障的声幅；所述数字示波器采用普源DS1104Z数字示波器，用于观察接收器接受的声波波形；所述高速瞬态信号采集仪用于对接收到的信号进行模/数转换。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1)本专利技术将不同岩性地层和不同尺寸固井屏障与不同水泥浆体系的胶结性能做真实的室内模拟，克服现有方法模拟与分析的不足，使得固井屏障的评价更加完整。2)本专利技术实验原理可靠，实验步骤清晰，实验数据真实可靠，实验数据的处理归纳简单。3)本专利技术实验操作无需大量繁杂的工作。4)为现场不同岩性、不同井筒环境挑选合适的固井水泥浆体系提供参考意见。附图说明图1为本专利技术一种评价固井屏障完整性装置的结构示意图；图2为本专利技术的实施例一的组合实验俯视结构示意图；图3为本专利技术的实施例一的第48小时的固井声幅曲线图，其中纵坐标每格刻度为0.2v；图4为本专利技术的实施例二的组合实验俯视结构示意图；图5为本专利技术的实施例二的第48小时的固井声幅曲线图，其中纵坐标每格刻度为0.2v；图6为本专利技术的实施例三的组合实验俯视结构示意图；图7为本专利技术的实施例三的第24小时的固井声幅曲线图，其中纵坐标每格刻度为0.2v；图8为本专利技术的实施例三的第48小时的固井声幅曲线图，其中纵坐标每格刻度为0.2v；图9为本专利技术的实施例四的第48小时的固井声幅曲线图，其中纵坐标每格刻度为0.2v。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。如图1所示，本专利技术提出了一种评价固井屏障完整性的方法，包括以下步骤：1)制作出呈上端开口、下端封闭的筒状结构的模拟地层1。2)将制作好的模拟地层1置于桶2中。3)将涂有钻井液层5的套管3放入模拟地层1中，放入后的套管3与模拟地层1具有同轴关系。4)在套管3中通过固定盖6居中固定设置超声探头7，超声探头7与外部的示波器、脉冲发生接收仪和高速瞬态信号采集仪电连接。5)在桶2中注水，水面高度低于模拟地层1的上端，套管中注满水。6)根据NB/T1404.1-2015(页岩气固井工程)中水泥浆性能要求来确定水泥浆的配方比例，制备水泥浆。7)在套管3与模拟地层1的内壁之间注入水泥浆，注入过程应缓慢，尽量保证注入过程中不形成气泡，水泥环4的上端面应高于整个探头7探测部分顶部，待注入结束后，在桶2中继续注水，使水面没过模拟地层1且与套管3上端面平齐，候凝，套管3表面的钻井液层5在注入水泥浆后失水，体积缩减，在钻井液层5与水泥环之间形成环间空隙。8)开启超声探头7，利用脉冲发生接收仪采集获得待测时间点的固井声幅曲线，读出固井声幅曲线首波峰值，测量的时间点根据养护时间和实验目的进行调整。9)根据下述判据对固井完整性进行判定：当固井曲线首波峰值不高于50mv时，判定固井完整性为优秀；当固井曲线首波峰值在50mv与105mv之间时，判定固井完整性为合格但不优秀；当固井曲线首波峰值不低于105mv时，判定固井完整性为不合格。上述实施例中，步骤1)中，为了能够对不同岩性的地层进行模拟，可以根据待模拟地层1的岩性成分制作相应的模拟地层1。在制作每一个模拟地层1时，先制作出模具，然后根据该模拟地层1的岩性成分和比例制备浆体，再将浆体倒入模具中，待浆体渐成形且不流动时将模具与模拟地层1分离，分离后的模拟地层1置于阴凉处使其中的成分充分水化，由此完成模拟地层1的制作。上述实施例中，步骤3)中，套管3外表面的钻井液层5可通过叠层涂抹的方式形成，即先在套管3的表面刷一遍钻井液，待钻井液晾干之后刷第二遍，直至钻井液层5的厚度达到预设值。上述实施例中，步骤4)中，利用CTS-8077PR型脉冲发生接收仪测固井屏障的声幅，该仪器符合欧标(EN12668：2000)探头测试系统要求，具有极低噪声和宽频带的接收放大器，并由高性能方波脉冲发生器和高压电路组成先进的发射电路，与数字示波器可组成对超声探头声学特性的评价和性能指标的测试，该探头为一发一收声波探头，可模拟实际声幅测井，探头频率为18Khz左右，与实际生产用的探头20Khz接近。上述实施例中，步骤4)中，利用数字示波器用于观察接收器接受的声波波形，可以采用普源DS1104Z数字示波器，该示波器带宽为100MHz；有4个通道，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种评价固井屏障完整性的方法，包括以下步骤：1)制作出呈上端开口、下端封闭的筒状结构的模拟地层；2)将制作好的模拟地层置于桶中；3)将涂有钻井液层的套管放入模拟地层中，放入后的套管与模拟地层具有同轴关系；4)在套管中通过固定盖居中设置超声探头，超声探头与外部的示波器、脉冲发生接收仪和高速瞬态信号采集仪电连接；5)在桶中注水，水面高度低于模拟地层的上端，套管中注满水；6)制备水泥浆；7)在套管与模拟地层的内壁之间注入水泥浆，注入过程保证不形成气泡，水泥环的上端面应高于整个探头探测部分顶部，待注入结束后，在桶中继续注水，使水面没过模拟地层且与套管上端面平齐，候凝；8)开启超声探头，利用脉冲发生接收仪采集获得待测时间点的固井声幅曲线，读出固井声幅曲线首波峰值，测量的时间点根据养护时间和实验目的进行调整；9)根据下述判据对固井完整性进行判定：当固井曲线首波峰值不高于50mv时，判定固井屏障完整性为优秀；当固井曲线首波峰值在50mv与105mv之间时，判定固井屏障完整性为合格但不优秀；当固井曲线首波峰值不低于105mv时，判定固井屏障完整性为不合格。

【技术特征摘要】
1.一种评价固井屏障完整性的方法，包括以下步骤：1)制作出呈上端开口、下端封闭的筒状结构的模拟地层；2)将制作好的模拟地层置于桶中；3)将涂有钻井液层的套管放入模拟地层中，放入后的套管与模拟地层具有同轴关系；4)在套管中通过固定盖居中设置超声探头，超声探头与外部的示波器、脉冲发生接收仪和高速瞬态信号采集仪电连接；5)在桶中注水，水面高度低于模拟地层的上端，套管中注满水；6)制备水泥浆；7)在套管与模拟地层的内壁之间注入水泥浆，注入过程保证不形成气泡，水泥环的上端面应高于整个探头探测部分顶部，待注入结束后，在桶中继续注水，使水面没过模拟地层且与套管上端面平齐，候凝；8)开启超声探头，利用脉冲发生接收仪采集获得待测时间点的固井声幅曲线，读出固井声幅曲线首波峰值，测量的时间点根据养护时间和实验目的进行调整；9)根据下述判据对固井完整性进行判定：当固井曲线首波峰值不高于50mv时，判定固井屏障完整性为优秀；当固井曲线首波峰值在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘书杰，许明标，武治强，周建良，王晓亮，何英明，岳家平，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司，中海石油中国有限公司北京研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11