一种水泥环气密封性失效判断方法技术

本发明专利技术公开了一种水泥环气密封性失效判断方法，包括以下步骤：确定气密封性失效点；计算水泥环实际受力情况；将计算结果与实验结果进行对比，判断水泥环受力是否超过其气密封性失效点；确定水泥石残余应变值；对井筒压力变化过程进行模拟，计算水泥环实际受力情况，以及压裂结束后水泥环残余应变情况；将计算结果与实验结果进行对比，判定气密封性是否安全。本发明专利技术将水泥石损伤及渗透率变化作为其气密封失效的评判标准，利用三轴加卸载应力应变实验，对渗透率进行监测，得到渗透率随应力应变的变化特征，辅以声发射监测，对水泥石内部结构变化进行监控。该方法比传统方法更准确，对水泥环的性能及配方设计、现场井筒操作的指导更安全。

A method to judge the failure of gas seal in cement ring

The invention discloses a method to judge the failure of cement ring gas seal, which includes the following steps: determining the sealing failure point of the gas seal, calculating the actual stress situation of the cement ring, comparing the calculation results with the experimental results, judging whether the stress of the cement ring is more than its gas seal failure point, and determining the residual strain value of the cement stone; The change process of cylinder pressure is simulated, the actual stress of the cement ring and the residual strain of the cement ring after the end of the fracture are calculated, and the calculation results are compared with the experimental results to determine whether the sealing property is safe. In this invention, the damage of cement stone and the change of permeability are regarded as the criterion for the failure of gas seal. The permeability is monitored by three axis loading and unloading stress strain test, and the change characteristic of permeability with stress and strain is obtained, and the acoustic emission monitoring is used to monitor the internal structure change of the cement stone. This method is more accurate than the traditional method, and is safer for cement ring performance and formulation design and site wellbore operation guidance.

【技术实现步骤摘要】
一种水泥环气密封性失效判断方法
本专利技术涉及油田钻井
，特别是一种水泥环气密封性失效判断方法。
技术介绍
目前，对于固井水泥环的密封性失效的研究主要集中于水泥石本体的破坏及水泥环与地层及套管胶结面的失效，而对于水泥石损伤及渗透率变化的研究较少，导致了现场某些井在水泥环完好且胶结质量良好的情况下仍发生环空带压的现象无法解释。石油天然气井趋向于深井、超深井，且类似于分段压裂、体积压裂的操作越来越普遍，固井水泥环受载荷形式也越来越复杂，水泥环受损伤的概率也明显提高，密封失效的风险也大大增加，尤其是天然气井，经常出现固井质量良好的情况下井口依然环空带压的现象，尤其是大规模水力压裂和分段压裂井下循环加卸载条件下，水泥石没有达到峰值强度，水泥石的渗透率变化，也会导致水泥环气密封性失效。套管试压、钻井液密度变化、压裂等操作使得水泥环在受载方面复杂，在各种载荷作用下，水泥环的气密封性能不能仅仅依靠强度及胶结质量来来判断，水泥石的渗透性随着加载过程是变化的，水泥环的渗透性增大形成流体的渗流通道，严重时会形成窜流通道，导致水泥环密封性能失效，甚至造成井口的报废。水泥石渗透率的增加与其损伤程度相关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水泥环气密封性失效判断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤（1）、确定水泥石渗透率发生突变的应力点和扩容屈服应力点，确定气密封性失效点；步骤（2）、对井筒压力变化过程进行模拟，计算水泥环实际受力情况；步骤（3）、将上述计算结果与实验结果进行对比，判断水泥环受力是否超过其气密封性失效点；步骤（4）、确定水泥石发生失效时，水泥石残余应变值；步骤（5）、对井筒压力变化过程进行模拟，计算水泥环实际受力情况，以及压裂结束后水泥环残余应变情况；步骤（6）、将计算结果与实验结果进行对比，判定气密封性是否安全。

【技术特征摘要】
1.一种水泥环气密封性失效判断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤（1）、确定水泥石渗透率发生突变的应力点和扩容屈服应力点，确定气密封性失效点；步骤（2）、对井筒压力变化过程进行模拟，计算水泥环实际受力情况；步骤（3）、将上述计算结果与实验结果进行对比，判断水泥环受力是否超过其气密封性失效点；步骤（4）、确定水泥石发生失效时，水泥石残余应变值；步骤（5）、对井筒压力变化过程进行模拟，计算水泥环实际受力情况，以及压裂结束后水泥环残余应变情况；步骤（6）、将计算结果与实验结果进行对比，判定气密封性是否安全。2.根据权利要求1所述的一种水泥环气密封性失效判断方法，其特征在于，所述步骤（1）中确定水泥石渗透率发生突变的应力点和扩容屈服应力点的方法为对现场配方水泥石进行三轴单调加载实验。3.根据权利要求2所述的一种水泥环气密封性失效判断方法，其特征在于，所述加载实验过程中进行渗透率测试及声发射信号监测，得到力学参数。4.根据权利要求1所述的一种水泥环气密封性失效判断方法，其特征在于，所述步骤（1）中气密封性失效点为渗透率出现突变和水泥石开出出现扩容时应力值的较小值。5.根据权利要求1所述的一种水泥环气密封性失效判断方法，其特征在于，所述步骤（2）中对井筒压力变化过程进行模拟之前，包括建立套管-水泥...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢运虎，金衍，陈勉，杜金龙，侯冰，杨帅，王世永，周舟，林伯韬，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11