超低密度水泥浆固井质量改进方法研究

随着油气田勘探和开发的不断深入,对于一些极低压力地层条件,有时低密度水泥浆也无法满足安全固井施工的需求,只能采用超低密度水泥浆解决平衡压力固井问题。由于现有低密度固井质量评价标准不能客观准确地反映超低密度水泥浆的真实胶结质量,因此,对超低密度水泥浆在不同养护条件下的水泥石的声学特性、力学参数等进行了实验检测,分析了影响超低密度水泥石力学及声学特性的因素及规律。研究结果表明:密度、温度、养护时间均会对超低密度水泥石的声速和抗压强度发展产生影响,其中,温度对水泥石早期影响较大,后期影响小;水泥石密度越高,声阻抗与抗压强度越高,声阻抗与弹性模量存在线性关系,与抗压强度呈指数关系;建立了超低密度水泥浆固井套管波相对声幅计算公式,研究结果为制定超低密度水泥浆固井质量评价指标提供了基础。

油井水泥抗压强度与声阻抗关系的实验研究

按国家标准浇铸油井水泥试块,养护24h后测其声阻抗及抗压强度。实验表明,水泥试块在水灰比为0.38～0.62时,水泥试块的声阻抗与抗压强度间呈非线性关系。养护时间不同,其抗压强度有明显的差异。

水泥抗压强度与养护条件及声阻抗间关系的实验研究

按国家标准浇铸油井水泥试块,在不同养护条件下测定其声阻抗及抗压强度。实验表明水泥试块的抗压强度主要取决于水/灰比及养护时间,而与养护温度及压力关系不大。给出了适用于我国固井条件的水泥抗压强度与声阻抗关系的经验公式。

低密度水泥固井质量评价方法的改进

为了防止低压易漏地层发生固井液漏失并有效保护油气层,固井过程中经常采用低密度水泥浆体系。由于低密度水泥浆体系中密度减轻剂的使用,其水泥环的声阻抗值较之常规密度水泥环的声阻抗存在差异,若采用常规密度水泥的固井质量评价标准来评价低密度水泥浆体系的固井质量,则其真实可靠性存在问题。为此,进行了3种常用低密度水泥浆体系的水泥石抗压强度与声阻抗实验,分别测定了水泥石养护时间24h和48h的抗压强度和声阻抗值。结果表明,不同类型不同密度的低密度水泥石24h和48h条件下的抗压强度与声阻抗具有良好的线性关系,由此得出了考虑第一界面胶结良好时,基于抗压强度的低密度水泥浆体系套管波声幅值计算公式,进而提出了基于低密度水泥石抗压强度的低密度固井质量评价的改进方法,为全面改进低密度水泥浆体系固井质量评价标准奠定了基础。

通过滤波检测水泥胶结质量的超声反射法

为防止流体沿井轴向窜槽,水泥与套管和地层的胶结必须是良好的。在固井质量检测中,超声反射法因具有较强的方位指向性而被广泛使用。但套管的高声阻抗导致了套管后的反射波信号比较微弱,使得水泥胶结质量的判别变得困难。为提高超声反射法的识别能力,我们以套管的共振频率为中心频率对反射全波进行滤波,降低套管的前表面反射波幅度,凸显套管后面携带水泥胶结信息的反射波。滤波后的波形呈现出数个波包,不同胶结情况下这些波包的幅度存在明显差异,通过这些差异可以判断水泥胶结质量。我们还利用有限声束模型计算了斜入射时的反射全波,探讨了入射角对超声反射波的影响。