[发明专利]一种油气井固井水泥石弹性的检测方法及装置

说明书

一种油气井固井水泥石弹性的检测方法及装置，该检测方法包括：确定水泥石的加载速率和卸载速率；确定水泥石的最高加载载荷；确定水泥石实验的温度与压力；确定水泥石的应力应变曲线；以不同循环周期水泥石的应变恢复程度描述水泥石的弹性，以不同循环周出现的水泥石的破环程度描述水泥石的长期力学完整性。还提供了一种油气井固井水泥石弹性的检测装置。该检测方法和装置为水泥石改性研究和国内外特种水泥浆体系检测提供一个统一的对比平台，对于评价井筒完整性和井寿命周期具有非常重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种检测方法及装置，特别涉及一种固井水泥石弹性的检测方法及装置，属于油气田勘探开发领域。

背景技术

环空带压是复杂天然气井开发生产的主要安全问题，这一问题在世界范围内普遍存在。在墨西哥湾的外大陆架(OCS)地区，大约有15500口生产井、关闭井及临时废弃井。美国矿物管理服务机构(MMS)对该地区井进行了统计，有6692口井约43％至少有一层套管环空带压。在这些环空带压的井中，共有10153层套管环空带压，其中47.1％属于生产套管带压，16.3％属于技术套管带压，26.2％属于表层套管带压，10.4％属于导管带压。该地区大部分井下入几层套管柱，从而使判定环空带压的原因与采取有针对性的补救措施困难，每口井补救费用高达100万美元。在加拿大，环空带压存在于不同类型的井中。南阿尔伯特的浅层气井、东阿尔伯特的重油井和ROCKY山麓的深层气井，都不同程度的存在环空带压问题。在加拿大环空带压问题绝大多数是由于环空封固质量不好，天然气窜至井口造成的。

目前中国的高温深井，如塔里木克拉，四川罗家寨等气田的部分气井不同程度地环空带压，最终直接影响气井的高产、稳产。罗家寨、渡口河、铁山坡、卧龙河等气田飞仙关组气藏H₂S含量大多在10％-16％，龙岗气田H₂S含量也大多在30-180g/m³。高H₂S不仅对井下和地面高强度钢材造成严重腐蚀，其强毒性也直接威胁到人身安全，钻井完井风险大。

固井水泥环质量导致的含硫气井技术套管环空带压问题中，酸性介质对水泥环的腐蚀是次要因素，水泥环在工程作业中发生的力学损坏和水泥浆性能的质量是影响水泥环气窜的主要因素。因此，对气井固井过程中，水泥浆性能的跟踪评价和对水泥环后期力学完整性评价对于气井的安全开发是极其重要的。

事实上，每口油气井的开发过程中，都涉及到井筒内压力的交变而导致的水泥环长期封隔问题，如试压前后、持续钻进、关井与生产等过程中力学的交替变化。在这种情况下，韧性水泥的概念被提出来。使水泥环保持较好的韧性，能使水泥环在受到套管内挤力和地层外压力时，具有比普通水泥环更好的弹性形变空间，在各种力学影响下，不在界面出现微间隙，从而延长固井水泥环的长期力学封隔能力，这对于评价井筒安全性和延长油气井寿命具有非常重要的意义。韧性水泥体系是石油工程界固井未来发展的一个主流方向。

韧性水泥，也称柔性水泥、弹性水泥等，其概念为在同等应力状态下变形能力大于普通油井水泥，其主要力学特征表现为：杨氏模量明显低于普通油井水泥，而抗压强度、抗拉强度变化不大。

目前中国和外国均无水泥石杨氏模量测试的统一标准。对水泥石三轴应力力学性能的测试，主要参考岩石力学性能的测试标准。

油井水泥的试验方法(GB/T 19139-2012)中，规定了油井水泥应用性能，包括密度、抗压强度、非破坏性声波试验、稠化时间、静态失水、渗透率、流变性、胶凝强度、稳定性、井下流体相容性以及北极注水泥试验方法等的测试方法，以及水泥浆在套管和环空内的压降和流态计算方法，但其对于油井水泥的弹性/韧性/柔性力学形变能力的检测规范并未提及。