[发明专利]一种利用超声波室内评价固井二界面胶结质量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及固井二界面领域，特别涉及一种利用超声波室内评价固井二界面胶结质量的方法。

背景技术

固井是指在已经钻成的井眼内下入一定尺寸的套管，并在套管与井壁之间的环形空间中注入水泥浆，从而进行封固的作业。在固井过程中，在套管与井壁之间的环形空间中注入水泥浆后会形成水泥环（石），水泥环（石）与地层（或套管）之间的胶结面即为固井二界面，其模型示意图如图1所示。固井的目的是封隔疏松、易塌、易漏等复杂地层；封隔套管外环形空间的油、气、水层，防止互相串通；形成油气通道；安装井口装置，控制油气流，以利于安全钻井和保证油井的长期生产。而固井二界面的胶结质量的好坏直接影响到固井的质量，进而影响到钻井的安全性和油井生产的长期性。

在国内外的石油工程中，通过模拟固井二界面，进行室内评价固井二界面的胶结质量，不仅可以考察固井二界面的封固能力，也为探索提高二界面的胶结质量的方法提供依据。目前，室内评价固井二界面的胶结质量主要采用机械式剪切法。该方法按照如下步骤进行操作：首先在高温高压条件下，在圆柱形人造岩心上包覆一层钻井液滤饼；然后将带有滤饼的岩心放入固结模具中，在模具中带有滤饼的岩心周围注入水泥浆并在一定条件下进行养护；最后将养护好的胶结模型放在压力试验机上进行测试，通过剪切作用，将岩心压脱，测试岩心与水泥环的胶结强度。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

采用机械式剪切法对固井二界面的胶结质量进行室内评价的现有技术中，由于固井二界面胶结模型会一次性被破坏，因此不能判断同一样品的固井二界面胶结质量随养护时间连续变化的情况；同时，该方法操作复杂，不适合在实验室进行大量实验时使用。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种利用超声波室内评价固井二界面胶结质量的方法。所述技术方案如下：

一种利用超声波室内评价固井二界面胶结质量的方法，所述方法按照如下步骤进行操作：

1）将固井二界面胶结模型置于超声仪的发射换能器与接收换能器之间的位置，并将发射换能器表面与固井二界面胶结模型表面粘接，接收换能器表面与固井二界面胶结模型表面粘接，所述固井二界面胶结模型用于模拟实际固井作业中的固井二界面；

2）启动超声仪，发射换能器发射的声波经过所述固井二界面胶结模型，由接收换能器接收，接收的声波经过处理后，获得声波信号中的首波幅度和声速；

3）根据步骤2）所述的操作程序，测量通过模拟不同养护时间的固井二界面胶结模型的声波的首波幅度和声速，由此判断所述固井二界面的胶结质量随养护时间连续变化的情况。

具体地，步骤1）中所述的固井二界面胶结模型由人造岩心、人造岩心上的滤饼和水泥环构成；其中，所述人造岩心用于模拟地层岩石，人造岩心上的滤饼用于模拟钻井过程中钻井液在压差作用下向地层渗滤后在地层岩石表面形成的滤饼，所述水泥环用于模拟固井注水泥后套管与地层岩石之间的水泥环。

具体地，步骤1）中所述固井二界面胶结模型按照如下操作程序制备：首先选取人造岩心，然后模拟井下条件在所述人造岩心的侧面形成滤饼，随后将上述带滤饼的人造岩心放入模具中，在模具中向所述人造岩心周围加入水泥浆，最后将模具放入恒温水浴锅或高温高压养护釜中进行养护，得到固井二界面胶结模型。

具体地，所述人造岩心为圆柱形。

具体的，所述固井二界面胶结模型为正方体形。

具体地，步骤1）中所述的粘接采用的粘合剂为水溶性高分子凝胶耦合剂。

具体地，步骤1）中所述粘结采用的操作程序如下：将所述水溶性高分子凝胶耦合剂涂覆在发射换能器表面、固井二界面胶结模型表面和接收换能器表面，然后将涂覆了水溶性高分子凝胶耦合剂的发射换能器表面、固井二界面胶结模型表面粘结在一起，将涂覆了水溶性高分子凝胶耦合剂的接收换能器表面与固井二界面胶结模型表面粘结在一起。

具体地，步骤2）所述的“接收的声波经过处理”中的“处理”包括：放大滤波、采样、数模转换和计算机软件波形分析。

具体地，在步骤3）中所述的“判断所述固井二界面的胶结质量随养护时间连续变化的情况”之前还包括：绘制首波幅度对养护时间的变化曲线、声速对养护时间的变化曲线。

具体的，所述步骤3）中所述判断所述固井二界面的胶结质量随时间连续变化的情况包括判断不同水泥浆密度形成的所述固井二界面的胶结质量随时间连续变化的情况，以及判断相同水泥浆密度形成的所述固井二界面的胶结质量随时间连续变化的情况。