一种连续管钻井水泥环质量可靠性分析方法技术

本发明专利技术公开了一种连续管钻井水泥环质量可靠性分析方法，涉及建筑施工技术领域。本发明专利技术步骤如下：S1：明确水泥环固井质量损伤形式及特征；S2：测试水泥环缺失对套管外载影响；S3：通过参数的不同，测试套管的性能；S4：计算套管外载数据和强度数据；S5：计算可靠度数据，测试地层高压流体及压裂条件下，压裂后水泥环的破坏形态，测试压裂作业条件下的射孔井段密封完整性，并通过CT扫描的手段观察水泥环水泥环裂缝扩展形态和射孔孔道周围微裂缝扩展特征。本发明专利技术通过方法的改进，能够便于观地观察水泥环的破坏形态；评价不同工况的水泥环密封性能，并分析不同水泥环损伤程度对套管应力状态的影响。态的影响。态的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种连续管钻井水泥环质量可靠性分析方法


[0001]本专利技术属于建筑施工
，特别是涉及一种连续管钻井水泥环质量可靠性分析方法。

技术介绍

[0002]深井套管柱面临更加复杂的服役环境，可分为地质载荷和工程载荷。包括高温高压、盐水层、地层蠕变、断层位移、出砂冲击、地应力、储层压实、高陡地层、井身结构、酸化压裂、分段改造、高压注水等，但固井质量影响也引起重视；
[0003]套管被水泥环固结后，形成水泥环
‑
套管承压载体，是套损有限元模拟研究中普遍采用的方法。然而，水泥环与套管并非是理想的同心充分充填介质，导致承压载体发生变化，包括压力通道窜流、界面胶结质量差、偏心、局部缺失等形式；
[0004]工程作业同样会影响水泥环的完整性,进而导致水泥环
‑
套管承压载体承压能力发生变化；目前的研究已经证实压力循环加载和井筒内压变化会造成水泥环失效，但射孔作业和压裂等对水泥环的损伤形式仍需进一步研究；
[0005]采用传统的套管柱设计最大载荷法，计算校核安全系数(套管载荷与套管的强度的比值)，虽然考虑了环空压力等工况，但仍存在不足：
①
未考虑水泥环
‑
套管作为承压载体；
②
外载计算较为单一，未考虑套管强度不确定性；
[0006]套管强度和载荷随时间和深度及工况发生变化，是套管安全可靠性评估中需要考虑的因素：统一强度、分项系数、随机分布、权重系数等；工况主要针对钻完井和生产等，固井质量则主要讨论了应力集中现象；
[0007]水泥环的主要损伤形式包括局部缺失、偏心和密封完整性失效诱发窜流通道，形成原因与固井作业工艺、井眼质量、水泥浆性能和温压腐蚀环境有关，损伤特征包括特征参数及水泥环参数；同时，射孔产生的冲击载荷及地层高压流体和压裂作业也会造成水泥环损伤，损伤形式及特征需要进一步明确。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种连续管钻井水泥环质量可靠性分析方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0010]本专利技术为一种连续管钻井水泥环质量可靠性分析方法，步骤如下：
[0011]S1：明确水泥环固井质量损伤形式及特征；
[0012]S2：测试水泥环缺失对套管外载影响；
[0013]S3：通过参数的不同，测试套管的性能；
[0014]S4：计算套管外载数据和强度数据；
[0015]S5：计算可靠度数据。
[0016]进一步地，测试地层高压流体及压裂条件下，压裂后水泥环的破坏形态。
[0017]进一步地，测试压裂作业条件下的射孔井段密封完整性，并通过CT扫描的手段观察水泥环水泥环裂缝扩展形态和射孔孔道周围微裂缝扩展特征。
[0018]进一步地，基于abaqus有限元软件，建立的固井质量损伤的三维地层
‑
水泥环
‑
套管。
[0019]进一步地，套管外载数据的计算如下：
[0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026]套管强度数据计算：
[0027][0028]上述公式中，A为拟合图形的面积，mm2；w为拟合图形的宽度，mm；α为水泥环缺失角；α
c
为平均缺失角；y0为套管强度，MPa；σ
n
为套管应力，MPa；s1为非均匀外载，MPa；k
y
为与缺失角度相关的修正系数，无量纲；k
θ
为与偏心角相关的修正系数，无量纲；k
a
为与偏心距相关的修正系数，无量纲；t
z
为与水泥环厚度相关的系数，无量纲；k
p
为与孔隙压力、环空压力相关的系数，无量纲；p
p
为孔隙压力或环空压力，MPa；s0为非均匀地应力下的套管等效应力，MPa；s1为非均匀载荷，MPa；ξ为材料差异系数，无量纲；λ为刚度比，无量纲；υ
s
为地层泊松比，无量纲；σ
H
为最大地应力，MPa；σ
h
为最小地应力，MPa；m为水泥环内外径之比，无量纲；υ为套管泊松比；E为套管弹性模量，GPa；E
s
为地层弹性模量，GPa；m
c
为套管内外径之比，无量纲；E
c
为水泥环弹性模量，GPa；υ
c
为水泥环泊松比，无量纲；Y
p
为套管屈服强度，MPa；T
y
为套管抗拉强度，kN；r
o
为套管外径，mm；r
i
为套管内径，mm。
[0029]进一步地，根据和推导得到水泥环缺失后套管的安全可靠度数据：
[0030][0031]式中，R(Z)为可靠度；ρ
c
为水泥浆密度，kg/m3。
[0032]本专利技术具有以下有益效果：
[0033]本专利技术通过方法的改进，能够便于观地观察水泥环的破坏形态；评价不同工况的水泥环密封性能，并分析不同水泥环损伤程度对套管应力状态的影响。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图1为本专利技术的测试装置结构示意图；
[0036]图2为本发模拟井筒的内部结构示意图；
[0037]图3为本专利技术的CT扫描示意图；
[0038]图4为本专利技术的模型示意图；
[0039]图5为本专利技术的套管应力示意图；
[0040]图6为本专利技术套管外径的变化示意图；
[0041]图7为本专利技术弹性模量的变化示意图；
[0042]图8为本专利技术残余应力的变化示意图；
[0043]图9为本专利技术的套管偏心度变化示意图；
[0044]图10为本专利技术的套管偏心距变化示意图；
[0045]图11为本专利技术的缺失角度变化示意图；
[0046]图12为本专利技术的缺失厚度变化示意图；
[0047]图13为本专利技术的分析示意图；
[0048]图14为本专利技术的输出应力分布示意图；
[0049]图15为本专利技术的安全系数分布示意图；
[0050]图16为本专利技术的套管应力示意图；
[0051]图17为本专利技术的失效概率与安全系数示意图；
[0052]图18为本专利技术的不同环空压力/孔隙压力失效概率与安全系数示意图；
[0053]图19为本专利技术的不同缺失厚度失效概率与安全系数示意图；
[0054]图20为本专利技术的水泥环缺失角度示意图；
[0055]图21为本专利技术的水泥环缺失厚度示意图；
[0056]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续管钻井水泥环质量可靠性分析方法，其特征在于，步骤如下：S1：明确水泥环固井质量损伤形式及特征；S2：测试水泥环缺失对套管外载影响；S3：通过参数的不同，测试套管的性能；S4：计算套管外载数据和强度数据；S5：计算可靠度数据。2.根据权利要求1所述的一种连续管钻井水泥环质量可靠性分析方法，其特征在于，测试地层高压流体及压裂条件下，压裂后水泥环的破坏形态。3.根据权利要求2所述的一种连续管钻井水泥环质量可靠性分析方法，其特征在于，测试压裂作业条件下的射孔井段密封完整性，并通过CT扫描的手段观察水泥环水泥环裂缝扩展形态和射孔孔道周围微裂缝扩展特征。4.根据权利要求1所述的一种连续管钻井水泥环质量可靠性分析方法，其特征在于，基于abaqus有限元软件，建立的固井质量损伤的三维地层
‑
水泥环
‑
套管。5.根据权利要求1所述的一种连续管钻井水泥环质量可靠性分析方法，其特征在于，套管外载数据的计算如下：管外载数据的计算如下：管外载数据的计算如下：管外载数据的计算如下：管外载数据的计算如下：管外载数据的计算如下：套管强度数据计算：上述公式中，A为拟合图形的面积，mm2；w为拟合图形的宽度，mm；α为水泥环缺失角；α
c
为平均缺失角；y0为套管强度，MPa；σ
n
为套管应力，MPa；s1为非均匀外载，MPa；k
y
为与缺失角度相关的修正系数，无量纲；k
θ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李猛，苏堪华，王伟，徐建根，万立夫，邹文斌，陈怡朴，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：