以水泥石滲透率評(píng)價(jià)固井水泥環(huán)自修復(fù)性能的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了以水泥石滲透率評(píng)價(jià)固井水泥環(huán)自修復(fù)性能的方法,包括:(1)制備固井用自修復(fù)水泥漿,養(yǎng)護(hù)成水泥石;(2)在水泥石上取多個(gè)相同的巖心,編號(hào)S、S1、S2、…、Sn;(3)以巖心S的抗壓強(qiáng)度為基準(zhǔn),將巖心S1、S2、…、Sn分別進(jìn)行不同程度的預(yù)損傷;(4)將預(yù)損傷后的巖心烘干24h,分別測(cè)試其氣體滲透率K前1、K前2、…、K前n;(5)將巖心連續(xù)通入地層流體或模擬地層流體8~12h,測(cè)試其滲透率變化;(6)再次將巖心烘干24h,分別測(cè)試其氣體滲透率K后1、K后2、…、K后n;(7)判定修復(fù)情況;(8)計(jì)算自修復(fù)率。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單,對(duì)固井水泥環(huán)微裂縫進(jìn)行有效模擬,從而量化評(píng)價(jià)固井水泥環(huán)的自修復(fù)性能。
【專利說明】以水泥石滲透率評(píng)價(jià)固井水泥環(huán)自修復(fù)性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油氣田勘探開發(fā)領(lǐng)域固井過程中以水泥石滲透率評(píng)價(jià)固井水泥環(huán)自修復(fù)性能的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油工業(yè)的發(fā)展,固井作業(yè)所面臨的井況越來越復(fù)雜:油氣井越來越深,井身結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜,環(huán)空漿柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為困難;井底溫度、壓力越來越高。套管試壓對(duì)水泥石的自身能力提出了特殊要求,需要保證地層-套管-水泥環(huán)自身能力的協(xié)調(diào)性;特別是大規(guī)模使用強(qiáng)化開采措施,水泥環(huán)微裂縫問題嚴(yán)重制約水泥環(huán)的長(zhǎng)期密封性能及油氣井的建設(shè)發(fā)展。為保證水泥環(huán)的長(zhǎng)期密封完整性,單純追求水泥環(huán)力學(xué)強(qiáng)度性能已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代固井工藝的要求,自修復(fù)水泥漿是解決水泥環(huán)微裂縫的一項(xiàng)新技術(shù),該技術(shù)對(duì)改善水泥環(huán)密封完整性有重要作用。因此,賦予水泥環(huán)以微裂縫自修復(fù)性能勢(shì)在必行。
[0003]目前,許多國(guó)內(nèi)外企業(yè)都在積極開發(fā)研制自修復(fù)水泥漿,如斯倫貝謝公司的FUTUR活性固化水泥,哈里伯頓公司的LifeCem或LifeSeal水泥,天津中油渤星工程科技有限公司的刺激響應(yīng)型聚合物技術(shù),南京工業(yè)大學(xué)開發(fā)的油井水泥油氣觸發(fā)自修復(fù)材料等。
[0004]但通過對(duì)自修復(fù)技術(shù)在其他領(lǐng)域的研究發(fā)現(xiàn),關(guān)于對(duì)自修復(fù)水泥的微裂縫自修復(fù)性能的評(píng)價(jià),一般以抗壓強(qiáng)度恢復(fù)率來評(píng)價(jià)自修復(fù)性能,而抗壓強(qiáng)度并不能夠反映地層流體在水泥環(huán)微裂縫中的滲流情況,而滲透率可以反映地層流體在水泥環(huán)微裂縫中的滲流情況。目前,還沒有基于滲透率的量化方法來有效判定和評(píng)價(jià)固井水泥石(環(huán))是否具有自修復(fù)性能。由于缺失一套完整的評(píng)價(jià)方法和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),自修復(fù)水泥漿技術(shù)的發(fā)展受到嚴(yán)重的制約。
[0005]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,通過總結(jié)分析現(xiàn)有的自修復(fù)性能評(píng)價(jià)方法,對(duì)比材料領(lǐng)域、混凝土領(lǐng)域、固井領(lǐng)域的特點(diǎn)與不同,本發(fā)明提供的一種以水泥石滲透率評(píng)價(jià)固井水泥環(huán)自修復(fù)性能的方法,具有重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供以水泥石滲透率評(píng)價(jià)固井水泥環(huán)自修復(fù)性能的方法,該方法將連續(xù)不間斷水泥石滲透率測(cè)試和氣體(氦氣)滲透率測(cè)試相結(jié)合,所需要用到的巖心驅(qū)替裝置等儀器已廣泛應(yīng)用于油田及室內(nèi)實(shí)驗(yàn),操作簡(jiǎn)單方便,切實(shí)可行,可在不同壓力、溫度環(huán)境下工作,并對(duì)固井水泥環(huán)微裂縫進(jìn)行有效模擬,從而量化評(píng)價(jià)固井水泥環(huán)的自修復(fù)性能。
[0007]為達(dá)到以上技術(shù)目的,本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。
[0008]以水泥石滲透率評(píng)價(jià)固井水泥環(huán)自修復(fù)性能的方法,依次包括以下步驟:
[0009](I)制備固井用自修復(fù)水泥漿,然后將其灌入模具中,在設(shè)定的溫度、壓力條件下養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間使其凝固成水泥石;
[0010](2)在水泥石上取多個(gè)相同的巖心(巖心尺寸Φ25mmX50mm),編號(hào)S'SpSy…、Sn,其中η = I~5,選取巖心S為標(biāo)準(zhǔn)件,測(cè)試其完全壓裂時(shí)的抗壓強(qiáng)度;
[0011](3)以標(biāo)準(zhǔn)件巖心S的抗壓強(qiáng)度為基準(zhǔn),將巖心S1、S2,…、Sn分別進(jìn)行不同程度的預(yù)損傷;
[0012](4)將預(yù)損傷后的巖心S1、S2、…、Sn烘干24h,分別測(cè)試巖心S1、S2、…、Sn的氣體滲透率 K U1、K U 2、…、K|jn;
[0013](5)設(shè)定測(cè)試溫度、壓力,將巖心Sp S2,…、Sn放入滲透率測(cè)試儀器中,連續(xù)通入地層流體或模擬地層流體8~12h,測(cè)試其滲透率變化,觀察自修復(fù)材料的響應(yīng)時(shí)間和裂縫的修復(fù)時(shí)間;
[0014](6)再次將巖心S1'S2、… 、Sn烘干24h,分別測(cè)試通入流體后的巖心S1'S2、…、Sn的氣體滲透率K后1、K后2、…、Kjgn;
[0015](7)判定修復(fù)情況,若KjsnSKlin,認(rèn)為該水泥石具有自修復(fù)微裂縫的功能,若Kjs? ^ Klin,則認(rèn)為該水泥石無自修復(fù)微裂縫的功能;
[0016](8)計(jì)算自修復(fù)率,自修復(fù)率=[(K.—Kjgn)/K前n] X 100%。
[0017]當(dāng)n = 3時(shí),以標(biāo)準(zhǔn)件巖心S抗壓強(qiáng)度為基準(zhǔn),將巖心Sp S2, S3分別進(jìn)行30%、50 %、70%的預(yù)損傷。
[0018]所述巖心的氣體滲透率均為氦氣滲透率。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020]I)對(duì)于致密程度、抗壓強(qiáng)度相似的巖心S、SpS2、…、Sn,通過造成不同程度損傷的方式進(jìn)行微裂縫的模擬,可以真實(shí)模擬固井水泥環(huán)微裂縫的產(chǎn)生和存在;
[0021]2)在同一塊自修復(fù)水泥石上取得的多個(gè)巖心,其致密程度相似,抗壓強(qiáng)度相似,以巖心S作為標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行完全壓裂記錄強(qiáng)度值,減小了計(jì)算誤差;
[0022]3)測(cè)試巖心無需其他特別處理,直接放入巖心驅(qū)替裝置中進(jìn)行滲透率測(cè)試,巖心驅(qū)替裝置已廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室及油田現(xiàn)場(chǎng);
[0023]4)巖心氣體滲透率測(cè)試采用氦氣測(cè)試,無吸附作用,不影響水泥石原有結(jié)構(gòu)和性能,測(cè)試值準(zhǔn)確;
[0024]5)自修復(fù)率計(jì)算簡(jiǎn)便、真實(shí),能夠有效評(píng)價(jià)水泥石的自修復(fù)性能。
【具體實(shí)施方式】
[0025]首先制備具有自修復(fù)性能的固井自修復(fù)水泥漿,然后分別將其灌入內(nèi)徑為120mmX 60mmX 60mm模具中,按需求設(shè)定養(yǎng)護(hù)的時(shí)間和壓力,待其凝固成水泥石后進(jìn)行取
心、編號(hào)。
[0026]每組分別選取標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行完全壓裂,記錄抗壓強(qiáng)度值。以標(biāo)準(zhǔn)件的抗壓強(qiáng)度值為基準(zhǔn),其他試件分別進(jìn)行不同程度的壓裂預(yù)損傷,各組試件的損傷程度相對(duì)應(yīng)。將這些預(yù)損傷后的試件烘干24h后逐一測(cè)試其氣體(氦氣)滲透率Klin,然后持續(xù)通入流體8h,測(cè)試觀察滲透率的連續(xù)變化趨勢(shì)、自修復(fù)材料響應(yīng)時(shí)間和修復(fù)時(shí)間,最后再次烘干24h,測(cè)試試件的氣體(氦氣)滲透率Kjgn,并將兩次滲透率值Klin和Kjgn進(jìn)行對(duì)比分析,評(píng)價(jià)水泥石的自修復(fù)效果。最后計(jì)算自修復(fù)率,自修復(fù)率=[(KWn —KjgnVKlin] X 100%。
[0027]下面根據(jù)實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0028]實(shí)施例1[0029]試樣制備:100份G級(jí)油井水泥,0.3份分散劑,2份降失水劑,0.1份消泡劑,1份自修復(fù)劑,45.5份水。
[0030]將各個(gè)組分干粉按比例配置混合,將水溶液放在混合容器中,攪拌器以低速(4000±200轉(zhuǎn)/分)轉(zhuǎn)動(dòng),并在15秒內(nèi)加完稱取的干粉混合物,蓋上攪拌器的蓋子,高速(12000±500轉(zhuǎn)/分)下繼續(xù)攪拌35秒,制成穩(wěn)定性能好的固井自修復(fù)水泥漿體系。然后將水泥漿灌入預(yù)先準(zhǔn)備好的模具中,放入高溫高壓養(yǎng)護(hù)釜中養(yǎng)護(hù),模擬井下的工況條件,設(shè)置溫度110°C,壓力20MPa。養(yǎng)護(hù)48h,待水泥漿形成水泥石塊,取巖心編號(hào)S1' S11, S12, S13,并選取標(biāo)準(zhǔn)件S1進(jìn)行完全壓裂,記錄抗壓強(qiáng)度值。Sn、S12、S13分別進(jìn)行30%、50%、70%的預(yù)損傷。
[0031]烘干已經(jīng)損傷的巖心Sn、S12、S1324h后,測(cè)試氦氣滲透率K前VK1J12和Kin3 ;然后將待測(cè)巖心sn、S12, S13放入巖心夾持器中,8h不間斷通入流體,測(cè)試巖心的連續(xù)滲透率變化;最后再次烘干24h,測(cè)試通入流體后巖心Sn、S12, S13的氦氣滲透率K后n、Kjgl2和Kjgl3,并分別與K前n、K前12和K前13進(jìn)行對(duì)比。若K后ln < K^ln(η = I,2,3),則認(rèn)為該自修復(fù)水泥石具有自修復(fù)微裂縫的功能;若Kjs 1η > Kmn(n = 1,2,3),則認(rèn)為該自修復(fù)水泥石無自動(dòng)修復(fù)微裂縫的功能。
[0032]整理計(jì)算數(shù)據(jù),分析評(píng)價(jià)水泥石的自修復(fù)效果,最后計(jì)算自修復(fù)率。固井水泥石自修復(fù)情況見表1。
[0033]表1實(shí)施例1制備的固井水泥石自修復(fù)情況
【權(quán)利要求】
1.以水泥石滲透率評(píng)價(jià)固井水泥環(huán)自修復(fù)性能的方法,依次包括以下步驟: (1)制備固井用自修復(fù)水泥漿,然后將其灌入模具中,在設(shè)定的溫度、壓力條件下養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間使其凝固成水泥石; (2)在水泥石上取多個(gè)相同的巖心,編號(hào)S、SpS2、…、Sn,其中η = I~5,選取巖心S為標(biāo)準(zhǔn)件,測(cè)試其完全壓裂時(shí)的抗壓強(qiáng)度; (3)以標(biāo)準(zhǔn)件巖心S的抗壓強(qiáng)度為基準(zhǔn),將巖心SpS2、…、Sn分別進(jìn)行不同程度的預(yù)損傷; (4)將預(yù)損傷后的巖心SpS2、…、Sn烘干24h,分別測(cè)試巖心SpS2、…、Sn的氣體滲透
前 pK前 2、...、(前η; (5)設(shè)定測(cè)試溫度、壓力,將巖心SpS2,…、入滲透率測(cè)試儀器中,連續(xù)通入地層流體或模擬地層流體8~12h,測(cè)試其滲透率變化,觀察自修復(fù)材料的響應(yīng)時(shí)間和裂縫的修復(fù)時(shí)間; (6)再次將巖心SpS2、…、Sn烘干24h,分別測(cè)試通入流體后的巖心SpS2、…、Sn的氣體滲透率ΚΒ1、ΚΒ2、…、Kjgn; (7)判定修復(fù)情況,若Kjgn< KWn,認(rèn)為該水泥石具有自修復(fù)微裂縫的功能,若Kjgn > KUn,則認(rèn)為該水泥石無自修復(fù)微裂縫的功能; (8)計(jì)算自修復(fù)率,自修復(fù)率=[(K.—Kjgn)/K前J X 100%。
2.如權(quán)利要求1所述的以水泥石滲透率評(píng)價(jià)固井水泥環(huán)自修復(fù)性能的方法,其特征在于,當(dāng)η = 3時(shí),以標(biāo)準(zhǔn)件巖心S抗壓強(qiáng)度為基準(zhǔn),將巖心Sp S2, 33分別進(jìn)行30%、50%、70%的預(yù)損傷。
3.如權(quán)利要求1所述的以水泥石滲透率評(píng)價(jià)固井水泥環(huán)自修復(fù)性能的方法,其特征在于,所述巖心的氣體滲透率均為氦氣滲透率。
【文檔編號(hào)】G01N33/38GK103983761SQ201410255273
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】李明, 劉萌, 郭小陽, 李早元, 程小偉, 劉健, 楊雨佳, 辜濤, 黃盛 , 鄧楊 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)