一种固井水泥浆气侵危险时间的确定方法技术

本发明专利技术提供了一种固井水泥浆气侵危险时间的确定方法，属于石油勘探领域。该方法利用水泥浆压力传导测量装置进行水泥浆失重实验获得实验数据，然后通过所述实验数据建立多参数水泥浆浆柱压力预测模型，最后利用所述多参数水泥浆浆柱压力预测模型获得水泥浆气侵危险时间。本发明专利技术方法综合考虑了地层、井筒及水泥浆性能的影响，能够有效预测水泥浆失重过程中的压力变化趋势，准确计算水泥浆气侵危险点，适用范围广，计算方便快捷，准确预测气侵危险时间的预测精度>85％，为固井防气窜施工和油气井安全生产提供参考与指导。

A method to determine the dangerous time of cement slurry gas invasion

The invention provides a method for determining the dangerous time of gas invasion of cementing cement slurry, which belongs to the field of oil exploration. In this method, the weight-loss experiment of cement slurry is carried out by using the pressure conduction measuring device of cement slurry to obtain the experimental data, then the multi parameter prediction model of cement slurry column pressure is established by the experimental data, and finally the dangerous time of cement slurry gas invasion is obtained by using the multi parameter prediction model of cement slurry column pressure. The method of the invention comprehensively considers the influence of formation, wellbore and cement slurry performance, can effectively predict the pressure change trend in the process of cement slurry weight loss, accurately calculate the dangerous point of cement slurry gas invasion, has a wide range of application, convenient and fast calculation, and accurately predict the prediction accuracy of dangerous time of gas invasion & gt; 85%, which provides reference and guidance for the construction of gas channeling prevention in cementing and the safe production of oil and gas wells.

【技术实现步骤摘要】
一种固井水泥浆气侵危险时间的确定方法
本专利技术属于石油勘探领域，具体涉及一种固井水泥浆气侵危险时间的确定方法，用于固井防气窜。
技术介绍
固井候凝过程中，由于水泥浆失重、窜槽等因素的影响，环空静浆柱压力小于气层压力，易导致环空气窜，将严重影响油气井施工安全和建井质量。因此，准确预测水泥浆气侵危险时间至关重要。目前，国内外针对水泥浆气侵危险时间的预测，主要采用水泥浆SPN性能系数进行评价。当水泥浆由液态向塑性状态转变时，将逐步失去传递浆柱压力的能力,从而引发气窜。此过程可以用水泥浆稠化过渡时间(稠度变化速率)来描述，同时考虑水泥浆失水速率的影响，可以得到SPN性能系数的表达式：式中，SPN-水泥浆性能系数，无因次；FLAPI-水泥浆API失水量，ml；t100BC，t30BC-水泥浆稠度达到100BC和30BC所需的时间，min。该系数反映了水泥浆失水量及水泥浆凝固过程阻力变化系数对防气窜的影响。其值越小，防气窜效果越好。其一般评价标准为：SPN值为1-3时，防气窜效果好；3-6时，防气窜效果一般；大于6时，防气窜效果较差。该方法的不足之处在于：(1)只能定性评价水泥浆气侵危险程度，无法准确预测水泥浆失重过程中的压力变化过程及气侵危险点；(2)因素单一，只考虑了水泥浆性能系数，尚未考虑地层、井筒等因素对气窜的影响。因此，该方法难以有效指导现场对环空气窜开展憋压侯凝等针对性较强的预防措施。公开号为CN102392634A的专利介绍了一种测量水泥浆失重过程中压力变化的装置和相关方法，但并未分析压力数据对水泥浆防气窜效果的影响。文献“Newmethodfordeterminingdownholepropertiesthataftergasmigrationandannularsealing”介绍了气窜潜力系数法(GFP)，该方法未考虑水泥浆特性对防止气窜的影响，只是一种定性估计。文献“Anewapproachforpredictinggasflowaftercementing”介绍了水泥浆性能响应系数法(SPN)，该方法考虑了水泥浆特性对气窜的影响，但未考虑井筒与地层压力的平衡关系。文献“应用水泥浆稠度阻力变化预测环空气窜的方法研究”介绍了阻力系数法，计算了水泥浆阻力系数与SPN值的函数关系，但防气窜的合理A值尚需要进一步通过实践确定。文献“固井后环空预测新方法”介绍了水泥浆性能系数法(SPNx)，该方法考虑了水泥浆密度、井径与返深等因素，但很难确定压稳系数。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种固井水泥浆气侵危险时间的确定方法，综合考虑地层、井筒及水泥浆性能的影响，能够有效预测水泥浆失重过程中的压力变化趋势、准确预测水泥浆失重过程中的气侵危险时间，有效指导固井防气窜施工。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种固井水泥浆气侵危险时间的确定方法，所述方法利用水泥浆压力传导测量装置进行水泥浆失重实验获得实验数据，然后通过所述实验数据建立多参数水泥浆浆柱压力预测模型，最后利用所述多参数水泥浆浆柱压力预测模型获得水泥浆气侵危险时间。所述方法包括：(1)获取地层与井筒的参数，包括：地层温度、气层压力、井底压力、井眼与井筒的几何参数；可以根据实际情况，增加或减少参数；(2)配置固井水泥浆，获取水泥浆性能参数，包括：水泥浆失水量、稠化过渡时间、防气窜剂加量C；可以根据实际情况，增加或减少参数；(3)将步骤(1)采集到的参数进行无量纲化；利用水泥浆压力传导测量装置进行水泥浆失重实验，获取不同参数的组合变化下的水泥浆浆柱压力，即所述实验数据；(4)筛选基本函数，所述基本函数为水泥浆浆柱压力与时间的函数关系；(5)利用所述基本函数以及大数据拟合建立多参数水泥浆浆柱压力预测模型；(6)验证、修正所述多参数水泥浆浆柱压力预测模型；(7)利用所述多参数水泥浆浆柱压力预测模型获得水泥浆气侵危险时间。所述步骤(2)中的防气窜剂加量C为防气窜剂的质量占水泥质量的百分比，即质量分数，为无量纲参数。所述步骤(3)中将步骤(1)采集到的参数进行无量纲化的操作包括：利用下面的公式获得无量纲气压Pd、无量纲温度Td、无量纲几何参数Gd：Pd＝Pg/Pw；Td＝Tw/Tc；Gd＝L/d其中，Pg为底部气层压力，Pw为底部等高水柱压力，Tw为地层温度，Tc为水泥浆初始温度，L为井筒深度，d为井筒直径。所述步骤(3)中的利用水泥浆压力传导测量装置进行水泥浆失重实验采取单一变量准则，即控制其它参数不变，记录单一参数变化时的水泥浆浆柱压力的变化数据；所述单一参数即为单变量实验参数；单一参数变化对应的实验数量不小于10组。所述步骤(4)的操作包括：设定一个拟合函数，将每组实验得到的水泥浆浆柱压力随时间变化的曲线与所述拟合函数进行对比，通过大数据统计方法，筛选出拟合效果最优的拟合函数，该拟合效果最优的拟合函数即为所述基本函数；所述拟合效果最优是指拟合函数的曲线与实验得到的水泥浆浆柱压力随时间变化的曲线的相关性系数R2大于等于90％。所述步骤(5)的操作包括：(51)，利用实验得到的水泥浆浆柱压力与时间的函数关系确定单变量实验参数对应的基本函数的各个系数的数值；(52)，通过一元线性回归或一元非线性回归，建立每个单变量实验参数与所述基本函数的各个系数之间的函数关系，即单变量函数，计算该单变量函数的系数的数值；建立单变量实验参数对应的基本函数的各个系数的数值与单变量函数的系数的数值的数据库；(53)，通过多元线性回归或多元非线性回归，建立基本函数的每个系数与对应该系数的所有单变量函数之间的函数关系，并将得到的对应每个系数的函数关系代入所述基本函数，得到所述多参数水泥浆浆柱压力预测模型。所述单变量实验参数包括：防气窜剂加量C、无量纲气压Pd、无量纲温度Td、无量纲几何参数Gd；所述单变量函数包括：防气窜剂加量C与所述基本函数的各个系数之间的函数关系、无量纲气压Pd与所述基本函数的各个系数之间的函数关系、无量纲温度Td、与所述基本函数的各个系数之间的函数关系、无量纲几何参数Gd与所述基本函数的各个系数之间的函数关系。所述步骤(6)的操作包括：将步骤(53)得到的所述多参数水泥浆浆柱压力预测模型与单组实验数据进行对比，判断准确度<85％是否成立，如果否，则进入步骤(7)，如果是，则重复步骤(53)，然后将步骤(53)得到的所述多参数水泥浆浆柱压力预测模型与单组实验数据进行对比，判断准确度<85％是否成立，如果否，则进入步骤(7)，如果是，则依次重复步骤(52)和步骤(53)，然后将步骤(53)得到的所述多参数水泥浆浆柱压力预测模型与单组实验数据进行对比，判断准确度<85％是否成立，如果否，则进入步骤(7)，如果是，则利用水泥浆压力传导测量装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固井水泥浆气侵危险时间的确定方法，其特征在于：所述方法利用水泥浆压力传导测量装置进行水泥浆失重实验获得实验数据，然后通过所述实验数据建立多参数水泥浆浆柱压力预测模型，最后利用所述多参数水泥浆浆柱压力预测模型获得水泥浆气侵危险时间。/n

【技术特征摘要】
1.一种固井水泥浆气侵危险时间的确定方法，其特征在于：所述方法利用水泥浆压力传导测量装置进行水泥浆失重实验获得实验数据，然后通过所述实验数据建立多参数水泥浆浆柱压力预测模型，最后利用所述多参数水泥浆浆柱压力预测模型获得水泥浆气侵危险时间。


2.根据权利要求1所述的固井水泥浆气侵危险时间的确定方法，其特征在于：所述方法包括：
(1)获取地层与井筒的参数，包括：地层温度、气层压力、井底压力、井眼与井筒的几何参数；
(2)配置固井水泥浆，获取水泥浆性能参数，包括：水泥浆失水量、稠化过渡时间、防气窜剂加量C；
(3)将步骤(1)采集到的参数进行无量纲化；利用水泥浆压力传导测量装置进行水泥浆失重实验，获取不同参数的组合变化下的水泥浆浆柱压力，即所述实验数据；
(4)筛选基本函数，所述基本函数为水泥浆浆柱压力与时间的函数关系；
(5)利用所述基本函数以及大数据拟合建立多参数水泥浆浆柱压力预测模型；
(6)验证、修正所述多参数水泥浆浆柱压力预测模型；
(7)利用所述多参数水泥浆浆柱压力预测模型获得水泥浆气侵危险时间。


3.根据权利要求2所述的固井水泥浆气侵危险时间的确定方法，其特征在于：所述步骤(2)中的防气窜剂加量C为防气窜剂的质量占水泥质量的百分比，即质量分数，为无量纲参数。


4.根据权利要求2所述的固井水泥浆气侵危险时间的确定方法，其特征在于：所述步骤(3)中将步骤(1)采集到的参数进行无量纲化的操作包括：
利用下面的公式获得无量纲气压Pd、无量纲温度Td、无量纲几何参数Gd：
Pd＝Pg/Pw；
Td＝Tw/Tc；
Gd＝L/d
其中，Pg为底部气层压力，Pw为底部等高水柱压力，Tw为地层温度，Tc为水泥浆初始温度，L为井筒深度，d为井筒直径。


5.根据权利要求4所述的固井水泥浆气侵危险时间的确定方法，其特征在于：所述步骤(3)中的利用水泥浆压力传导测量装置进行水泥浆失重实验采取单一变量准则，即控制其它参数不变，记录单一参数变化时的水泥浆浆柱压力的变化数据；所述单一参数即为单变量实验参数；
单一参数变化对应的实验数量不小于10组。


6.根据权利要求5所述的固井水泥浆气侵危险时间的确定方法，其特征在于：所述步骤(4)的操作包括：
设定一个拟合函数，将每组实验得到的水泥浆浆柱压力随时间变化的曲线与所述拟合函数进行对比，通过大数据统计方法，筛选出拟合效果最优的拟合函数，该拟合效果最优的拟合函数即为所述基本函数；

【专利技术属性】
技术研发人员：陆沛青，周仕明，刘仍光，高元，桑来玉，陶谦，杨广国，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11