[发明专利]井下真实环境的水泥石养护温度的确定方法

说明书

本发明公开了一种井下真实环境的水泥石养护温度的确定方法，其包括获取井筒的初始条件，计算注水泥循环期井筒‑地层的初始温度；循环执行“对瞬态传热模型A进行离散，并根据初始条件和初始温度，采用全隐式有限差分法求解离散后的瞬态传热模型A”步骤得到满足精度要求的温度以温度作为注水泥候凝期井筒‑地层的初始温度，循环执行“对瞬态传热模型B进行离散，并根据初始条件和初始温度，采用全隐式有限差分法求解离散后的瞬态传热模型A步骤得到满足精度要求的温度采用候凝期井筒‑地层的温度中的上开次水泥环温度作为水泥石养护温度。

技术领域

本发明属于石油开采中的固井领域，具体涉及确实井下真实环境的水泥石养护温度的方法。

背景技术

在一口井钻井过程中，钻至薄弱地层井壁发生垮塌、井漏、卡钻等井下复杂事故时常发生。为了保障正常安全钻进，当钻头钻到某一深度时，需要从井内取出钻头，并下入套管，然后向套管与井壁构成的环形空间注入水泥浆，并让其凝固。再使用直径比已封隔段套管内径略小的钻头继续钻井，每在地层中钻进一定深度，均需要下一段套管与注水泥来封隔地层。因此，一口井以其地层的复杂程度，需要经历一次至几次这样的工艺过程，才能顺利钻至目的层。为了保障注入的水泥浆经凝结形成的水泥石在井下满足一定强度要求，通常将水泥石的养护温度设置为原始地层温度。

通过室内实验测试表明，水泥浆水化会产生大量的热量，转换温度大约在30℃-50℃之间，对于目的层，由于地层为无穷大热源，水泥浆水化温度对地层产生的影响很小；然而，对于重合段，在技术套管段封隔时其养护温度为原始地温，但是下开井段封隔与技术套管形成的重合段，重合段水泥浆水化产生的热量对技术套管段水泥环会产生较大影响，该温度远高于原始地层温度。

因此，若以原始地层温度来养护技术套管的水泥石，可能其在水化温度与地层温度共同作用下，导致水泥石强度衰退、发生密封失效。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的确实井下真实环境的水泥石养护温度的方法解决了现有技术以原始地层温度养护水泥石，容易导致水泥石强度衰退和密封失效的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种井下真实环境的水泥石养护温度的确定方法，其包括：

S1、获取井筒的初始条件，初始条件包括井筒的尺寸参数、钻井时涉及液体的流变性与密度、固井流体性能和泵入排量，以及套管、水泥环、岩石及流体的热物理参数；

S2、获取井筒的径向步长、轴向步长d_h和时间步长，并分别基于三个步长确定井筒的径向网格数量i、轴向网格数量j和时间网格数量n；

S3、根据地表温度T_s，确定注水泥循环期井筒-地层的初始温度：

其中，为套管内、套管壁、环空或近井壁地层的初始温度，℃；g_f为地温梯度，℃/100m；z_j为井深，m；

S4、对注水泥循环期井筒-地层的瞬态传热模型A进行离散处理，并根据初始条件和注水泥循环期井筒-地层的初始温度，采用全隐式有限差分法求解离散后的瞬态传热模型A，得到循环期井筒-地层各区域中每个时间节点温度；

S5、判断循环期井筒-地层的第n+1个时间节点温度与第n个时间节点温度之差是否小于等于预设精度，若是，进入步骤S7，否则进入步骤S6；

S6、采用循环期井筒-地层的温度更新注水泥循环期井筒-地层的初始温度，之后返回步骤S4；

S7、采用循环期井筒-地层的温度作为注水泥候凝期井筒-地层的初始温度，并进入步骤S8；