一种模拟温度变化引起固井胶结失效的方法技术

一种模拟温度变化引起固井胶结失效的方法，包括：安装套管组件，并往套管组件内注入水泥浆；将套管组件吊入试验装置的高压釜，并封闭套管组件顶部和高压釜顶部；给套管组件内部充高压油并加温；给高压釜和套管组件之间环空加压，给高压釜加温，并将高压釜内的温度、压力调整至与实际井下工况一致，养护水泥浆至水泥环成型；保持高压釜和套管组件之间以及套管组件内部压力恒定，通过反复加温降温，检测温度变化过程水泥环和套管之间是否发生气窜，并测定气窜量，以承受反复加温降温次数最多的水泥环配方为最佳配方。本方法实现在室内实现对工程工况的仿真模拟，得到对工程实践有指导意义的数据和参数，寻找出水泥环的最佳配方。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在室内模拟固井工程中固井胶结情况的试验方法，特别是涉及一种在室内模拟温度变化对固井工程中固井胶结情况影响的试验方法。
技术介绍
在固井中，水泥环对地层的封隔性能对油气井的生产安全、寿命和油田开发效益具有重要意义，具有较高封窜能力的水泥环是安全、环保地开发油层，实现勘探开发效益最大化的重要基础。实际生产经验表明，水泥浆顶替到位后，CBL/VDL测试显示固井质量良好的井，在经历后续的钻进、钻井液密度增加、地层完整性试验、射孔、压裂、温度变化、生产、关井憋压、修井等作业后，会导致水泥环与套管、水泥环与地层的胶结面产生微缝隙，造成油气井井口窜流、井口环空带压等问题。这一问题造成安全、环保隐患，严重影响产能建设，大大降低勘探开发效益。因此选择一种对温度敏感性不明显的水泥环配比，是解决上述问题的根本。由于井下工况复杂，通过室内的仿真试验来研究温度对水泥环胶结情况的影响是行之有效的。而现有室内试验存在如下缺陷：1)没有按照实际使用的套管加工实验装置。实验设备在外径和壁厚上与实际套管的尺寸不一致。实验设备在设计加工时，没有采用具有实际使用外径和壁厚的套管，而是在几何尺寸上按照一定的比例缩小，这与实际工况不同；2)胶结过程与验窜实验过程分离。由水泥环胶结到模拟温度-胶结失效实验时的环境发生了改变，具体包括水泥浆的养护环境是否为高温高压、在模拟温度-胶结失效实验时是否加了围压、胶结环境与实验环境是否相互独立。现在设备普遍不能保证水泥浆能在同一套设备内完成胶结并开展温度-胶结失效的实验，这与实际工况不符；3)不能定量评价气窜。在模拟温度等因素改变引起水泥环胶结失效，引起气窜的过程中，只是定性检验气窜有无发生，并没有定量检验一定工况改变时造成气窜的量；4)水泥环长度偏小。在模拟的水泥环长度方面，普遍小于50cm，长度偏小，在实验中不能较为全面反映实际工况存在的问题；5)验窜范围不全面。在验窜方法上，普遍采用的是在水泥环一端注入气体，以另一端能否收集到气体作为判断水泥环与套管是否产生微环隙及评价水泥环胶结好坏的标准。不能检测在水泥环高度方向的中间位置产生微环隙而两端胶结良好的工况。6)实验成本高。与水泥环胶结的内层套管、外层的人造地层或套管在一次实验后均报废，造成实验研究成本过高。7)实验条件参数较低，不能同时模拟高温高压井内工况。
技术实现思路
本专利技术提供一种模拟温度变化引起固井胶结失效的方法，其目的是通过特别设计的试验装置，实现在室内实现对工程工况的仿真模拟，得到对工程实践有指导作用的数据和参数，寻找出水泥环的最佳配方。其另一目的是，降低试验成本，实现试验结果的定量评价。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种模拟温度变化引起固井胶结失效的方法，包括：安装套管组件，并往套管组件内注入水泥浆；将套管组件吊入试验装置的高压釜，并封闭套管组件顶部和高压釜顶部；给套管组件内部充高压油并加温；给高压釜和套管组件之间环空加压，给高压釜加温，并将高压釜内的温度、压力调整至与实际井下工况一致，养护水泥浆至水泥环成型；保持高压釜和套管组件之间以及套管组件内部压力恒定，通过反复加温降温，检测温度变化过程水泥环和套管之间是否发生气窜，并测定气窜量，以承受反复加温降温次数最多的水泥环配方为最佳配方。优选地，所述套管组件由内层套管、外层套管和橡胶套组成，所述橡胶套位于内层套管和外层套管之间的环空，所述外层套管由两个对半的半套管对拼而成，所述半套管上开设有围压孔。优选地，安装套管组件方法为：将内层套管安装在试验装置外部的工作台上，在内层套管外部套上水泥支架，然后在水泥支架内填充泡沫，然后将橡胶套套在水泥支架外；再将外层套管安装在橡胶套外，并将橡胶套顶部外翻将外层套管包裹住。优选地，给套管组件内部充高压油的方法为：打开试验装置中的油箱、进油电磁阀一和增压泵实现高压油从油箱进入内层套管。优选地，给套管组件内部加温的方法为：通过开启试验装置中的循环釜的加热带使循环釜内部升高，通过连接内层套管和循环釜的内循环叶片泵将热量送至内层套管内。优选地，给高压釜加压的方法为：依次打开试验装置中的油箱、进油电磁阀二和单向阀实现油料从油箱进入外层套管和高压釜之间的环空，然后开启氮气源及调压阀给进入给环空油料加压。优选地，给高压釜加温的方法为：开启设置在高压釜外壁上的热电偶实现对高压釜和外层套管之间的环空油料加温。优选地，内层套管高压油的压力及外层套管与高压釜之间的环空油料所加压力相等。优选地，检验气窜量的方法为天平排水法。优选地，检验气窜量的位置为水泥环底部和水泥环中部。本专利技术和现有技术相比，具有如下有益效果：本专利技术可以实现模拟高温高压井井下实际工况、能够实现对测试水泥环气窜流量定量测试、以及对水泥环各个区段胶结情况进行全面测试和评价，避免了现有试验方法只能检测当水泥环中形成通缝时才能检测到，而无法检测在水泥环高度方向的中间位置产生微环隙而两端胶结良好的工况。本试验方法通过模拟高压高温井内最高静止温度160℃，套管内试压最高工作压力10000psi及最高围压6000psi真实的井下工况，能够模拟周围环境的温度周期性变化下，水泥环的胶结情况，从而确定出耐温度变化最好的水泥浆配方，并能定量测试气窜流量、检测水泥环中间段的胶结情况。附图说明图1是本试验方法采用的试验装置图。附图标记：1-内层套管、2-外层套管、3-高压釜、4-循环釜、5-油箱、6-进油电磁阀一、7-进油电磁阀二、8-单向阀、9-增压泵、10-卸压泵、11-内循环叶片泵、12-氮气源、13-调压阀、14-天平、15-锥形瓶、16-套管压释放阀、17-热电偶、18-溢出阀。具体实施方式为使本专利技术的专利技术目的、技术方案和有益效果更加清楚明了，下面结合附图对本专利技术的实施例进行说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例和实施例中的特征可以相互任意组合。本实施例为模拟6”井眼，4-1/2”尾管，在井底最高静止温度160℃，最高套管工作压力10000psi，地层孔隙压力（围压）6000psi的工况，温度对水泥胶结情况的影响的试验方法，其具体步骤如下：安装套管组件，并往套管组件内注入水泥浆；如图1所示，本方法所利用的试验装置中的套管组件由内层套管1、外层套管2和橡胶套组成，所述橡胶套本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟温度变化引起固井胶结失效的方法，包括：
安装套管组件，并往套管组件内注入水泥浆；
将套管组件吊入试验装置的高压釜，并封闭套管组件顶部和高压釜顶部；
给套管组件内部充高压油并加温；给高压釜和套管组件之间环空加压，
给高压釜加温，并将高压釜内的温度、压力调整至与实际井下工况一致，养
护水泥浆至水泥环成型；
保持高压釜和套管组件之间以及套管组件内部压力恒定，通过反复加温
降温，检测温度变化过程水泥环和套管之间是否发生气窜，并测定气窜量，
以承受反复加温降温次数最多的水泥环配方为最佳配方。
2.根据权利要求1所述的模拟温度变化引起固井胶结失效的方法，其
中，所述套管组件由内层套管、外层套管和橡胶套组成，所述橡胶套位于内
层套管和外层套管之间的环空，所述外层套管由两个对半的半套管对拼而成，
所述半套管上开设有围压孔。
3.根据权利要求2所述的一种模拟温度变化引起固井胶结失效的方
法，其中，安装套管组件方法为：将内层套管安装在试验装置外部的工作台
上，在内层套管外部套上水泥支架，然后在水泥支架内填充泡沫，然后将橡
胶套套在水泥支架外；再将外层套管安装在橡胶套外，并将橡胶套顶部外翻
将外层套管包裹住。
4.根据权利要求3所述的模拟温度变化引起固井胶结失效的方法，其
中，给套管组件内部充高压...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢玉洪，张勇，罗宇维，黄凯文，李炎军，张超，徐一龙，朱江林，邓金根，王玉田，
申请(专利权)人：中国海洋石油总公司，中海石油中国有限公司湛江分公司，中海油田服务股份有限公司，中国石油大学北京，沈阳金欧科石油仪器技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：