一种水泥环密封性评价方法、评价系统和应用技术方案

本发明专利技术涉及一种水泥环密封性评价方法、评价系统和应用。所述评价方法包括：S100、在井筒装置环空中设置传感器；S200、释放环空压力，对所述环空中的水泥环形成压应力；S300、向所述环空中注入惰性气体，直至确定所述水泥环的密封性完好；S400、在上述注入所述惰性气体的注气压力下，向所述井筒装置中循环施加加载、卸载；S500、利用所述传感器检测所述水泥环在循环加载卸载下的应力，利用气窜检测装置检测所述水泥环的密封性。本发明专利技术提供的水泥环密封性评价方法，不但能够准确判断水泥环的密封性，还能够测试水泥环的应力应变，并能够定量化评价水泥环结构的完整性，评价结果更准确。评价结果更准确。

【技术实现步骤摘要】
一种水泥环密封性评价方法、评价系统和应用


[0001]本专利技术涉及油气井开采领域，具体涉及一种水泥环密封性评价方法、评价系统和应用。

技术介绍

[0002]地下储气库是天然气生产调峰和天然气资源储备的最佳选择，也是保证天然气安全供应的基本手段。国外发达国家地区的地下储气库建造技术相对而言是比较成熟的。为了满足不断增长的市场需求，近年来，我国也在积极推进地下储气库的建设工作。然而，储气库由于每年都要经历强注强采操作，所以与普通油气井的建设差距较大。在地下储气库的使用寿命周期内，要经历几十次甚至上百次的强注强采，并承受强注强采所带来的交变应力和温度变化所引起的温度应力，这都可能导致储气库水泥环发生水泥环密封失效的问题，并由此导致天然气注的进入，但是采不出来的现象，进而引起天然气的流失，给储气库造成较大的经济损失，甚至会导致整口储气库的报废。
[0003]目前，现有的水泥环密封性的评价方法，虽然能够评价水泥环的密封性，但是却不能测试水泥环的应力变化，不能对其进行准确评价，也就无法模拟地层对水泥环的地应力作用，评价结果不够精确。
[0004]因此，亟待提出一种考虑交变应力和温度变化下水泥环的密封完整性评价方法，以保障储气库在使用寿命周期内水泥环的密封性。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种水泥环密封性评价方法、评价系统和应用，本专利技术提供的评价方法尤其针对于储气库强注强采条件下水泥环的密封性检测，评价结果准确度较高。
[0006]本专利技术第一方面提供了一种水泥环密封性评价方法，所述评价方法包括：
[0007]S100、在井筒装置环空中设置传感器；
[0008]S200、释放环空压力，对所述环空中的水泥环形成压应力；
[0009]S300、向所述环空中注入惰性气体，直至确定所述水泥环的密封性完好；
[0010]S400、在上述注入所述惰性气体的注气压力下，向所述井筒装置中循环施加加载、卸载；
[0011]S500、利用所述传感器检测所述水泥环在循环加载卸载下的应力，利用气窜检测装置检测所述水泥环的密封性，比较所述传感器检测到的水泥环的应力与所述步骤S200中所述水泥环形成的压应力的大小，并利用所述气窜检测装置检测所述水泥环是否发生气窜现象。
[0012]本专利技术提供的水泥环密封性评价方法，不但能够准确判断水泥环的密封性，还能够测试水泥环的应力应变，并能够定量化评价水泥环结构的完整性，评价结果更准确。
[0013]根据本专利技术所述的评价方法的一些实施方式，所述步骤S400中还包括：向所述井
筒装置中循环施加加载、卸载后，利用温度控制装置调整所述井筒装置的温度。
[0014]根据本专利技术所述的评价方法的优选实施方式，利用温度控制装置对所述井筒装置进行升温和/或降温。
[0015]根据本专利技术所述的评价方法的优选实施方式，所述升温后的温度范围为100～150℃，所述降温后的温度范围为15～30℃。例如，在本专利技术的不同实施方式中，升温后的温度可以为100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃，以及它们之间的任意值和任意组合范围。降温后的温度可以为15℃、20℃、25℃、30℃，以及它们之间的任意值和任意组合范围。
[0016]根据本专利技术所述的评价方法的一些实施方式，所述步骤S200中还包括：将固井水泥浆送入所述环空中，经养护形成所述水泥环。
[0017]根据本专利技术所述的评价方法的一些实施方式，所述水泥环经养护形成水泥石，并测试所述水泥石的弹性模量、抗压强度和拉伸强度中的至少一种。
[0018]根据本专利技术所述的评价方法的一些实施方式，所述固井水泥浆养护形成所述水泥环的条件包括：温度为50～90℃，压力为1～5MPa，时间为48～96h。例如，温度可以为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃，以及它们之间的任意值和任意组合范围。压力可以为1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa，以及它们之间的任意值和任意组合范围。时间可以为48h、50h、52h、54h、56h、58h、60h、62h、64h、66h、68h、70h、72h、74h、76h、78h、80h、82h、84h、86h、88h、90h、92h、94h、96h，以及它们之间的任意值和任意组合范围。
[0019]根据本专利技术所述的评价方法的一些实施方式，所述水泥环经养护形成水泥石的条件包括：温度为50～90℃，压力为1～5MPa，时间为48～96h。例如，温度可以为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃，以及它们之间的任意值和任意组合范围。压力可以为1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa，以及它们之间的任意值和任意组合范围。时间可以为48h、50h、52h、54h、56h、58h、60h、62h、64h、66h、68h、70h、72h、74h、76h、78h、80h、82h、84h、86h、88h、90h、92h、94h、96h，以及它们之间的任意值和任意组合范围。
[0020]根据本专利技术所述的评价方法的一些实施方式，所述步骤S300中，所述惰性气体选自氮气、氦气和氩气中的至少一种。
[0021]根据本专利技术所述的评价方法的优选实施方式，注入所述惰性气体的压力为1～5MPa。例如，在本专利技术的不同实施方式中，注入所述惰性气体的压力可以为1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa，以及它们之间的任意值和任意组合范围。
[0022]根据本专利技术所述的评价方法的一些实施方式，所述步骤S400中，所述循环施加加载、卸载的过程为：加载压力为30～120MPa，循环次数为5～50次。例如，在本专利技术的不同实施方式中，加载压力可以为30MPa、40MPa、50MPa、60MPa、70MPa、80MPa、90MPa、100MPa、110MPa、120MPa，以及它们之间的任意值和任意组合范围。循环次数可以为5次、10次、15次、20次、25次、30次、35次、40次、45次、50次，以及它们之间的任意值和任意组合范围。其中，该处的循环次数指的是完成一次加载卸载操作后，为循环1次，即，循环次数为50次，指的是完成50次加载、50次卸载，即循环进行50次加载、卸载操作。
[0023]根据本专利技术所述的评价方法的具体实施方式，首先在井筒装置的环空中预埋光栅传感器；配制固井水泥浆，搅拌均匀后浇入井筒装置的环空中；通过套管内水加热对固井水泥浆进行高温养护，同时利用压力跟踪泵在环空中注水加压，形成高压养护；达到养护规定的龄期后，释放环空压力，造成外筒回缩，形成对水泥环的压应力，进而模拟地应力作用；向
环空中注入一定压力的氮气，验证水泥环的密封性；保持环空的注气压力，利用加压装置向套管内施加适宜次数的循环加载卸载，进而模拟储气库周期强注强采所引起的循环荷载；利用光栅传感器测试水泥环在循环荷载下的应力应变，用于评价水泥环的结构是否发生完整性破坏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水泥环密封性评价方法，所述评价方法包括：S100、在井筒装置环空中设置传感器；S200、释放环空压力，对所述环空中的水泥环形成压应力；S300、向所述环空中注入惰性气体，直至确定所述水泥环的密封性完好；S400、在上述注入所述惰性气体的注气压力下，向所述井筒装置中循环施加加载、卸载；S500、利用所述传感器检测所述水泥环在循环加载卸载下的应力，利用气窜检测装置检测所述水泥环的密封性，比较所述传感器检测到的水泥环的应力与所述步骤S200中所述水泥环形成的压应力的大小，并利用所述气窜检测装置检测所述水泥环是否发生气窜现象。2.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，所述步骤S400中还包括：向所述井筒装置中循环施加加载、卸载后，利用温度控制装置调整所述井筒装置的温度，优选地，利用温度控制装置对所述井筒装置进行升温和/或降温处理，更优选地，所述升温后的温度范围为100～150℃，所述降温后的温度范围为15～30℃。3.根据权利要求1或2所述的评价方法，其特征在于，所述步骤S200中还包括：将固井水泥浆送入所述环空中，经养护形成所述水泥环。4.根据权利要求3所述的评价方法，其特征在于，所述水泥环经养护形成水泥石，并测试所述水泥石的弹性模量、抗压强度和拉伸强度中的至少一种。5.根据权利要求3或4所述的评价方法，其特征在于，所述固井水泥浆养护形成所述水泥环的条件包括：温度为50～90℃，压力为1～5MPa，时间为48～96h；和/或，所述水泥环经养护形成水泥石的条件包括：温度为50～90℃，压力为1～5MPa，时间为48～96h。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘仍光，杨广国，刘建，常连玉，张林海，刘飞，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：