[发明专利]以水泥石渗透率评价固井水泥环自修复性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及油气田勘探开发领域固井过程中以水泥石渗透率评价固井水泥环自修复性能的方法。

背景技术

随着石油工业的发展，固井作业所面临的井况越来越复杂：油气井越来越深，井身结构越来越复杂，环空浆柱结构设计更为困难；井底温度、压力越来越高。套管试压对水泥石的自身能力提出了特殊要求，需要保证地层-套管-水泥环自身能力的协调性；特别是大规模使用强化开采措施，水泥环微裂缝问题严重制约水泥环的长期密封性能及油气井的建设发展。为保证水泥环的长期密封完整性，单纯追求水泥环力学强度性能已经远不能满足现代固井工艺的要求，自修复水泥浆是解决水泥环微裂缝的一项新技术，该技术对改善水泥环密封完整性有重要作用。因此，赋予水泥环以微裂缝自修复性能势在必行。

目前，许多国内外企业都在积极开发研制自修复水泥浆，如斯伦贝谢公司的FUTUR活性固化水泥，哈里伯顿公司的LifeCem或LifeSeal水泥，天津中油渤星工程科技有限公司的刺激响应型聚合物技术，南京工业大学开发的油井水泥油气触发自修复材料等。

但通过对自修复技术在其他领域的研究发现，关于对自修复水泥的微裂缝自修复性能的评价，一般以抗压强度恢复率来评价自修复性能，而抗压强度并不能够反映地层流体在水泥环微裂缝中的渗流情况，而渗透率可以反映地层流体在水泥环微裂缝中的渗流情况。目前，还没有基于渗透率的量化方法来有效判定和评价固井水泥石(环)是否具有自修复性能。由于缺失一套完整的评价方法和行业标准，自修复水泥浆技术的发展受到严重的制约。

为克服上述现有技术的不足，通过总结分析现有的自修复性能评价方法，对比材料领域、混凝土领域、固井领域的特点与不同，本发明提供的一种以水泥石渗透率评价固井水泥环自修复性能的方法，具有重大的理论和现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供以水泥石渗透率评价固井水泥环自修复性能的方法，该方法将连续不间断水泥石渗透率测试和气体(氦气)渗透率测试相结合，所需要用到的岩心驱替装置等仪器已广泛应用于油田及室内实验，操作简单方便，切实可行，可在不同压力、温度环境下工作，并对固井水泥环微裂缝进行有效模拟，从而量化评价固井水泥环的自修复性能。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

以水泥石渗透率评价固井水泥环自修复性能的方法，依次包括以下步骤：

(1)制备固井用自修复水泥浆，然后将其灌入模具中，在设定的温度、压力条件下养护一定时间使其凝固成水泥石；

(2)在水泥石上取多个相同的岩心(岩心尺寸Φ25mm×50mm)，编号S、S₁、S₂、…、S_n，其中n＝1～5，选取岩心S为标准件，测试其完全压裂时的抗压强度；

(3)以标准件岩心S的抗压强度为基准，将岩心S₁、S₂、…、S_n分别进行不同程度的预损伤；

(4)将预损伤后的岩心S₁、S₂、…、S_n烘干24h，分别测试岩心S₁、S₂、…、S_n的气体渗透率K_前1、K_前2、…、K_前n；

(5)设定测试温度、压力，将岩心S₁、S₂、…、S_n放入渗透率测试仪器中，连续通入地层流体或模拟地层流体8～12h，测试其渗透率变化，观察自修复材料的响应时间和裂缝的修复时间；

(6)再次将岩心S₁、S₂、…、S_n烘干24h，分别测试通入流体后的岩心S₁、S₂、…、S_n的气体渗透率K_后1、K_后2、…、K_后n；

(7)判定修复情况，若K_后n＜K_前n，认为该水泥石具有自修复微裂缝的功能，若K_后n≥K_前n，则认为该水泥石无自修复微裂缝的功能；

(8)计算自修复率，自修复率＝[(K_前n－K_后n)/K_前n]×100％。