[发明专利]一种胶凝态水泥浆渗透率的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及油气田开发领域固井防气窜过程中胶凝态水泥浆渗透率的测试方法。

背景技术

早在1983年，C.E.Bannister便设计了一种简易的气窜模拟装置，评价水泥浆防气窜能力，首次针对气窜危险时间内水泥浆体系渗透率进行了研究。1985年，Cheung等学者在回顾了早期气窜机理的基础上，提出为减小气窜必须控制早期气体通过水泥浆基体内孔隙流动，即降低塑性状态水泥浆渗透率，并将水泥浆过渡态渗透率作为防气窜的一个关键性能指标。1990年RobertM.belrute等学者在论文SPE1922里面提出，过渡态水泥浆渗透率应和失水速率、SGS发展密切相关。1985～1995年间，国外学者A.Ambari,C.Amiel和S.APPLEBY、A.WILSON（斯伦贝谢）等人先后设计了简易装置对水泥浆渗透率进行了测试。1999年，K.R.Backe将气窜视为气体通过水泥石这种多孔介质中的渗流；当孔隙较小，渗透率较低时，入口压力较高；在克服入口压力后，气体和水泥浆柱之间的压差控制气体侵入量；这是一个非常复杂的过程，气窜期间水泥浆渗透率和有效液柱压力连续变化，并决定了气窜难易程度。直到2007年，Y.Bahramian等人基于前人大量简易实验数据、达西渗流定律的基础上，建立了水泥浆过渡态渗透率与过渡态孔隙尺寸分布、SGS发展和失水速率之间的数学模型，依据水泥浆过渡态的性质对达西渗流公式进行了修正。

国内对水泥浆胶凝态渗透率研究起步较晚。80年代和90年代，天津工程研究院对高分子化合物G60复合改性，控制失水，降低水泥浆渗透性，在现场得到了成功应用。1992年，王立平、罗长吉等学者在固井后水气窜问题的研究中提出了抗窜时间、抗窜压差、水气导率等水泥浆抗窜性能指标，其中水气导率与国外的渗透率概念类似，均描述了气窜危险时间内，水泥浆抵抗气体侵入的能力。2011年，滕学清在解决塔里木山前构造三超气井固井后初次气窜问题时，提出了短静胶凝强度过渡时间、低渗透率防气窜水泥浆体系设计思想，认为降低气窜危险时间内水泥浆渗透率可以缩短气窜距离，减小气窜危险性，并在现场固井中取得了成功应用。2012年刘洋采用气窜仪测窜，通过将气窜流量、气窜压差带入达西渗流公式计算过渡态渗透率。

综合国内外研究可知：目前对于固态岩心或水泥石渗透率已有一套成熟的测试方法，而胶凝态水泥浆渗透率作为评价水泥浆防气窜能力的一个关键性能指标，目前仅国外学者在这方面作了很多研究，提出了水泥浆渗透率测量的一些简易方法；从国内来看，现阶段仅意识到了胶凝态水泥浆渗透率的重要性，尚没有具体的测试手段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种胶凝态水泥浆渗透率的测试方法，该方法原理可靠，操作方便，能确定水泥浆在凝固过程中胶凝过渡态渗透率随时间变化的关系，为水泥浆防气窜能力评价提供了科学依据，具有广阔的应用前景。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

本发明通过测量水泥浆静胶凝强度曲线，测量水泥浆胶凝态某一时刻对应的渗透率，结合对应的水泥石渗透率，综合确定胶凝态水泥浆的渗透率。该方法综合了液态水泥浆、胶凝态水泥浆以及凝固后水泥石的性能，原理可靠，为胶凝态水泥浆渗透率的测试提供了可靠的方法。

一种胶凝态水泥浆渗透率的测试方法，依次包括以下步骤：

（1）配制水泥浆，根据井下实际工况条件确定实验温度、压力，测试水泥浆的静胶凝强度曲线SGS(t)；

（2）设水泥浆静止10分钟后，即t₀=10min，由Carman-Kozeny方程计算出渗透率K(t₀)=576mD；

（3）在截面直径D、长L的水泥浆柱两端施加压力P₁、P₀(大气压)，水泥浆开始滤失，结合静胶凝强度曲线SGS(t)，确定水泥浆在压差ΔP=P₁-P₀、实验温度下满足下式的时刻t₁：

ΔP=SGS(t1)·M·LD;]]>