一种用于测试固井水泥环界面裂缝扩展的实验方法技术

本发明专利技术公开了一种用于测试固井水泥环界面裂缝扩展的实验方法，涉及石油与天然气井筒完整性测试技术领域。本发明专利技术根据压裂工况下的实际水泥环通过几何相似、应力相等和工序相同三个过程等效在实验水泥环上，计算出实验水泥环的尺寸、应力和模拟压裂工况载荷，并在预制水泥环时，预制出水泥环一界面和/或二界面裂缝，然后将水泥环组合体放置在承压套筒中，模拟真实井下高温高压水泥环工况受载环境，并结合声波变密度测井原理，对固井水泥环一、二界面裂缝扩展进行定量表征，能够分析初始缝长、套管偏心、水泥环力学性能对界面裂缝扩展的影响，能够对理论研究结果进行实验验证。能够对理论研究结果进行实验验证。能够对理论研究结果进行实验验证。

An experimental method for testing the interface crack propagation of cementing cement sheath

【技术实现步骤摘要】
一种用于测试固井水泥环界面裂缝扩展的实验方法


[0001]本专利技术涉及石油与天然气井筒完整性测试
，更具体地说涉及一种用于测试固井水泥环界面裂缝扩展的实验方法。

技术介绍

[0002]油气固井过程中，水泥将充填于套管与井眼之间的环形空间内，凝结固化后形成的水泥环具有支撑井壁、保护套管、封隔油气水层的作用。在后续钻采过程中，复杂的工况载荷容易使水泥环力学完整性遭受破坏，尤其在压裂工况下，水泥环一、二界面会产生界面裂缝，压裂液不仅会通过射孔孔眼进入地层裂缝里，还会进入水泥环界面裂缝中，界面产生的裂缝在高压压裂液的作用下容易发生进一步扩展，严重时会使水泥环发生封隔失效，引起层间窜流、环空带压等问题。因此，有效预测界面裂缝扩展程度对于水泥环长效封隔以及评价水泥环封隔能力有着至关重要的意义。
[0003]公开日为2020年6月19日，公开号为CN111307690A，名称为“一种油气井筒环空水泥环的封隔性能测试装置及其方法”的专利技术专利申请公布文本，公开了一种油气井筒环空水泥环的封隔性能测试装置及其方法，该装置包括承压筒、顶盖和底座构成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测试固井水泥环界面裂缝扩展的实验方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、实验开始前，需要将压裂工况下的实际水泥环通过几何相似、应力相等、工序相同三个过程等效在实验水泥环（5）上，计算出实验水泥环（5）上的尺寸、应力和模拟压裂工况载荷；S2、按照实验要求及GB/T10238标准配置相应水泥浆，注入水泥环（5）养护模具中，养护模具底座上的卡锥环套能够在水泥环（5）底部预制水泥环一界面和/或二界面裂缝；将养护模具置于高温高压养护釜中养护至设定龄期，将养护模具中内压套管（4）、模拟围岩套管（6）与水泥环（5）一起取出，形成“内压套管
‑
水泥环
‑
模拟围岩套管”组合体；S3、将S2步骤得到的组合体置于密封的承压套筒（3）中，组合体的模拟围岩套管（6）外壁与承压套筒（3）内壁之间形成围压环空（37）；预制的带有一界面和/或二界面裂缝的水泥环（5）与组合体上下两端之间均具有一定空间，并与承压套筒（3）的顶盖（1）和底座（2）之间分别形成水泥环底部环空（38）和水泥环顶部环空（39）；组合体的内压套管（4）与承压套筒（3）的顶盖（1）和底座（2）之间形成套管内腔（40）； S4、在围压环空（37）内设置外加热器（15），在套管内腔（40）设置内加热器（13），并将外加热器（15）和内加热器（13）与温度控制系统（17）相连；将围压环空（37）、水泥环底部环空（38）、水泥环顶部环空（39）和套管内腔（40）与压力控制系统（30）相连；在套管内腔（40）装配联轴驱动（10），并将联轴驱动（10）下端依次装配声波发射器（7）、3H声波接收器（8）和5H声波接收器（9）；其中声波发射器（7）与3H声波接收器（8）相距3Hcm，声波发射器（7）与5H声波接收器（9）相距5Hcm；联轴驱动（10）装配在套管内腔（40）中并保持垂直居中；将声波发生器、3H声波接收器（8）和5H声波接收器（9）与声波信号处理系统（12）相连；将温度控制系统（17）、压力控制系统（30）和声波信号处理系统（12）与计算机控制系统（31）建立数据连接；S5、计算机控制系统（31）依据S1步骤计算得到的压裂工况载荷数据，控制压力控制系统（30）同时向围压环空（37）、水泥环底部环空（38）和套管内腔（40）注入液体介质，排空其内的空气；当套管内腔（40）和围压环空（37）内注满液体介质后，关闭套管内腔（40）和围压环空（37）的排液阀；计算机控制系统（31）控制温度控制系统（17），设定好升温时间，利用内加热器（13）和外加热器（15）对水泥环（5）组合体进行均匀加热，随温度的增加，套管内腔（40）压力、水泥环底部环空（38）压力和围压环空（37）压力均会增加；与此同时，计算机控制系统（31）在压力控制系统（30）中设置升压时间与升温时间一致，对套管内腔（40）、水泥环底部环空（38）和围压环空（37）进行均匀持续加压，升温升压结束后，控制温度在目标温度，围压环空（37）压力在目标围压，并保持；等到围压环空（37）压力稳定后，关闭围压环空（37）的压力注入；继续对套管内腔（40）和水泥环底部环空（38）进行均匀连续加压，直到套管内腔（40）压力和水泥环底部环空（38）压力升至目标内压，随后保持套管内腔（40）压力、围压环空（37）压力以及水泥环底部环空（38）压力稳定一段时间；S6、计算机控制系统（31）控制声波信号处理系统（12）启动，利用声波发射器（7）发射声波脉冲经内压套管（4）、水泥环（5）和模拟围岩套管（6）后被3H声波接收器（8）和5H声波接收
器（9）接收，3H声波接收器（8）和5H声波接收器（9）将其获取的全波波形数据发送至声波信号处理系统（12）的全波波形数据采集器上，随后全波波形数据采集器将记录的数据传输到数字示波器上，数字示波器处理后发送至瞬时波形采集器中，之后经过瞬时波形转换器将波形数据转化为水泥环（5）界面胶结强度信号，来判断此处是否产生裂缝；S7、计算机控制系统（31）控制联轴驱动（10）动作，带动声波发射器（7）、3H声波接收器（8）和5H声波接收器（9）沿内压套管（4）轴向方向匀速移动，测出多段随时间变化的连续裂缝信号，最后传输到计算机控制系统（31）中生成水泥环（5）一界面和/或二界面裂缝扩展长度曲线。2.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛元陶，曾雪玲，古安林，
申请(专利权)人：嘉华特种水泥股份有限公司，
类型：发明
国别省市：