套管-水泥界面微间隙的检测方法及应用

声幅及变密度测井检测油、水固井质量中 ,套管 -水泥界面微间隙与窜槽两种胶结状态在测井资料上表现出相似的特征 ,即套管波具有中等幅度。为了找出两种胶结状态在套管波幅度上的特征和差别 ,进而将其区分开 ,在套管与水泥环间存在不同厚度的流体环的情况下 ,对井孔声场及套管波幅度进行了理论研究 ,提出了利用声波测井资料、伽马密度测井资料对套管 -水泥界面微间隙进行综合评价的解释方法 ;编写了相应的解释软件。实验结果表明 ,套管 -水泥界面存在的流体环随着其厚度的增加 ,套管波幅度逐渐升高 ;水泥缺失和窜槽将导致伽马密度测井探测到的套管外介质密度值降低 ,而套管 -水泥环间存在微间隙的情况下 ,其测量的密度值仍然是正常的水泥密度。在水泥胶结模拟井中进行了室内实验 ,在大庆油田的 4口井中进行了现场实验 。

晶格膨胀剂对水泥-套管界面胶结性能的影响实验

水泥石体积收缩会严重影响水泥-套管界面的胶结强度,而晶格膨胀剂可以弥补水泥石体积收缩,但晶格膨胀剂能否改善水泥-套管界面胶结强度有待进一步研究。利用自行设计的界面胶结强度测定仪定性地测量了膨胀水泥与套管的剪切胶结强度,同时研究了温度和压力变化条件下膨胀水泥与套管的胶结性能,并与常规水泥进行对比,探讨了膨胀水泥与套管界面的微观结构与界面胶结强度宏观力学行为的关系。研究表明:晶格膨胀剂的加入使得水泥-套管界面胶结强度明显下降;同时,晶格膨胀剂使水泥石的弹性模量增大,使水泥-套管界面胶结强度抵抗温度和压力变化的能力变差。为了满足开发过程中温度、压力改变条件下的固井界面封隔特性要求,研究一种既能实现膨胀功能、又能改善界面胶结力和水泥石力学性能的膨胀剂具有重要的意义。

基于Cohesive单元法的弃置井水泥塞-套管界面胶结失效数值模拟

水泥塞-套管界面胶结失效对弃置井井筒完整性提出了严峻挑战。考虑地下流体与水泥塞的流固耦合作用,基于cohesive单元方法,建立水泥塞-套管-水泥环-地层系统三维有限元模型,模拟垂直井水泥塞-套管界面裂缝剥离过程,研究地应力对界面裂缝损伤演化的影响,并分析水平地应力、水泥塞力学参数及界面性质对裂缝剥离高度的影响。结果显示:水平地应力均匀时剥离裂缝沿着整个界面圆周延伸且高度相等,水平地应力非均匀时剥离裂缝倾向于沿着界面某一圆周角扩展且在最大水平地应力方向具有较大的高度;水泥塞弹性模量从30 GPa减小到1 GPa,裂缝剥离高度降低9.3 m,临界法向强度从0.25 MPa增大到2.0 MPa,裂缝剥离高度降低6.5 m,表明较低的弹性模量及较大的临界法向强度有利于减小水泥塞-套管界面胶结失效的风险;水泥塞泊松比从0.35减小到0.10,裂缝剥离高度仅降低2.0 m,临界剪切强度从0.5 MPa增加到4.0 MPa,裂缝剥离高度仅降低3.3 m,表明泊松比和临界剪切强度对界面胶结失效影响较小。建立的模型能够为水泥浆配方优选和井筒弃置工艺优化提供指导。

多级压裂一界面破坏试验及数值模拟研究

现有多级压裂套管-水泥环破坏研究方式有限,无法准确反映其界面实际破坏情况。为此,结合试验与数值模拟方法,通过研制的胶结参数测试装置,获得界面胶结参数并将其赋予套管-水泥环界面中的Cohesive单元,以此开展在不同套管内压下套管-水泥环界面(一界面)破坏数值模拟研究。研究结果表明:建立的套管-水泥环-地层有限元模型可使一界面破坏数值模拟最大程度贴近实际界面物理破坏情形;在增压阶段,套管内压值越高,水泥环塑性变形程度越大;水泥环塑性变形程度及一界面微环隙宽度在周向上均不一致,在水泥环塑性变形程度越大的区域一界面微环隙越宽。所得结论可为油田压裂施工参数设计提供理论参考。