[发明专利]一种水泥环气密封性失效判断方法

说明书

本发明公开了一种水泥环气密封性失效判断方法，包括以下步骤：确定气密封性失效点；计算水泥环实际受力情况；将计算结果与实验结果进行对比，判断水泥环受力是否超过其气密封性失效点；确定水泥石残余应变值；对井筒压力变化过程进行模拟，计算水泥环实际受力情况，以及压裂结束后水泥环残余应变情况；将计算结果与实验结果进行对比，判定气密封性是否安全。本发明将水泥石损伤及渗透率变化作为其气密封失效的评判标准，利用三轴加卸载应力应变实验，对渗透率进行监测，得到渗透率随应力应变的变化特征，辅以声发射监测，对水泥石内部结构变化进行监控。该方法比传统方法更准确，对水泥环的性能及配方设计、现场井筒操作的指导更安全。

技术领域

本发明涉及油田钻井技术领域，特别是一种水泥环气密封性失效判断方法。

背景技术

目前，对于固井水泥环的密封性失效的研究主要集中于水泥石本体的破坏及水泥环与地层及套管胶结面的失效，而对于水泥石损伤及渗透率变化的研究较少，导致了现场某些井在水泥环完好且胶结质量良好的情况下仍发生环空带压的现象无法解释。

石油天然气井趋向于深井、超深井，且类似于分段压裂、体积压裂的操作越来越普遍，固井水泥环受载荷形式也越来越复杂，水泥环受损伤的概率也明显提高，密封失效的风险也大大增加，尤其是天然气井，经常出现固井质量良好的情况下井口依然环空带压的现象，尤其是大规模水力压裂和分段压裂井下循环加卸载条件下，水泥石没有达到峰值强度，水泥石的渗透率变化，也会导致水泥环气密封性失效。

套管试压、钻井液密度变化、压裂等操作使得水泥环在受载方面复杂，在各种载荷作用下，水泥环的气密封性能不能仅仅依靠强度及胶结质量来来判断，水泥石的渗透性随着加载过程是变化的，水泥环的渗透性增大形成流体的渗流通道，严重时会形成窜流通道，导致水泥环密封性能失效，甚至造成井口的报废。水泥石渗透率的增加与其损伤程度相关，因此，评价水泥环的密封性能须将水泥石损伤及渗透性的变化引入进来。

申请号为201611132395的中国发明专利公开了一种固井水泥环封隔能力动态测试装置及实验方法。该装置包括工作平台和测试主体，工作平台有计算机，测试主体上下为釜盖，中部为釜体，釜体里由外及内依次为模拟地层-水泥环-套管的结构，套管内插有实心柱体，釜盖与地层-水泥环-套管端面接触部分均有滤网和偏心座。该方法包括：配制水泥浆，灌入环形空间内；候凝，养护硬化成环；改变套管内温度压力，测试套管径向位移和模拟地层周向位移，通过声波测试曲线监测水泥环密封失效情况；检测水泥环内产生的微裂缝、一二界面处产生的微环隙，分析水泥环密封失效形式。该发明原理可靠，操作简便，但是该发明只考虑水泥环产生裂缝和一二界面失效的情况，没有考虑水泥石本体渗透率的影响，在评价水泥环完整性方面不够全面。

发明内容

针对上述现有技术存在的水泥环失效评价方法不够全面的问题，本发明提供一种水泥环气密封性失效判断方法，本发明将水泥石损伤及渗透率变化作为其气密封失效的评判标准，来确定水泥环是否会发生气密封性失效，利用三轴加卸载应力应变实验，对渗透率进行监测，得到渗透率随应力应变的变化特征，辅以声发射监测，对水泥石内部结构变化进行监控。在不同加载方式下，当渗透率突变或声发射数据明显增加时，说明内部结构开始变化，气密封性能开始失效。该方法比传统方法更准确，对水泥环的性能及配方设计、现场井筒操作的指导更安全。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种水泥环气密封性失效判断方法，包括以下步骤：

步骤(1)、确定水泥石渗透率发生突变的应力点和扩容屈服应力点，确定气密封性失效点；

步骤(2)、对井筒压力变化过程进行模拟，计算水泥环实际受力情况；

步骤(3)、将上述计算结果与实验结果进行对比，判断水泥环受力是否超过其气密封性失效点；

步骤(4)、确定水泥石发生失效时，水泥石残余应变值；