技術領域

本發明涉及油氣田開發領域固井防氣竄過程中膠凝態水泥漿滲透率的測試方法。

背景技術

早在1983年，C.E.Bannister便設計了一種簡易的氣竄模擬裝置，評價水泥漿防氣竄能力，首次針對氣竄危險時間內水泥漿體系滲透率進行了研究。1985年，Cheung等學者在回顧了早期氣竄機理的基礎上，提出為減小氣竄必須控制早期氣體通過水泥漿基體內孔隙流動，即降低塑性狀態水泥漿滲透率，并將水泥漿過渡態滲透率作為防氣竄的一個關鍵性能指標。1990年RobertM.belrute等學者在論文SPE1922里面提出，過渡態水泥漿滲透率應和失水速率、SGS發展密切相關。1985～1995年間，國外學者A.Ambari,C.Amiel和S.APPLEBY、A.WILSON（斯倫貝謝）等人先后設計了簡易裝置對水泥漿滲透率進行了測試。1999年，K.R.Backe將氣竄視為氣體通過水泥石這種多孔介質中的滲流；當孔隙較小，滲透率較低時，入口壓力較高；在克服入口壓力后，氣體和水泥漿柱之間的壓差控制氣體侵入量；這是一個非常復雜的過程，氣竄期間水泥漿滲透率和有效液柱壓力連續變化，并決定了氣竄難易程度。直到2007年，Y.Bahramian等人基于前人大量簡易實驗數據、達西滲流定律的基礎上，建立了水泥漿過渡態滲透率與過渡態孔隙尺寸分布、SGS發展和失水速率之間的數學模型，依據水泥漿過渡態的性質對達西滲流公式進行了修正。

國內對水泥漿膠凝態滲透率研究起步較晚。80年代和90年代，天津工程研究院對高分子化合物G60復合改性，控制失水，降低水泥漿滲透性，在現場得到了成功應用。1992年，王立平、羅長吉等學者在固井后水氣竄問題的研究中提出了抗竄時間、抗竄壓差、水氣導率等水泥漿抗竄性能指標，其中水氣導率與國外的滲透率概念類似，均描述了氣竄危險時間內，水泥漿抵抗氣體侵入的能力。2011年，滕學清在解決塔里木山前構造三超氣井固井后初次氣竄問題時，提出了短靜膠凝強度過渡時間、低滲透率防氣竄水泥漿體系設計思想，認為降低氣竄危險時間內水泥漿滲透率可以縮短氣竄距離，減小氣竄危險性，并在現場固井中取得了成功應用。2012年劉洋采用氣竄儀測竄，通過將氣竄流量、氣竄壓差帶入達西滲流公式計算過渡態滲透率。

綜合國內外研究可知：目前對于固態巖心或水泥石滲透率已有一套成熟的測試方法，而膠凝態水泥漿滲透率作為評價水泥漿防氣竄能力的一個關鍵性能指標，目前僅國外學者在這方面作了很多研究，提出了水泥漿滲透率測量的一些簡易方法；從國內來看，現階段僅意識到了膠凝態水泥漿滲透率的重要性，尚沒有具體的測試手段。

發明內容

本發明的目的在于提供一種膠凝態水泥漿滲透率的測試方法，該方法原理可靠，操作方便，能確定水泥漿在凝固過程中膠凝過渡態滲透率隨時間變化的關系，為水泥漿防氣竄能力評價提供了科學依據，具有廣闊的應用前景。

為達到以上技術目的，本發明提供以下技術方案。

本發明通過測量水泥漿靜膠凝強度曲線，測量水泥漿膠凝態某一時刻對應的滲透率，結合對應的水泥石滲透率，綜合確定膠凝態水泥漿的滲透率。該方法綜合了液態水泥漿、膠凝態水泥漿以及凝固后水泥石的性能，原理可靠，為膠凝態水泥漿滲透率的測試提供了可靠的方法。

一種膠凝態水泥漿滲透率的測試方法，依次包括以下步驟：

（1）配制水泥漿，根據井下實際工況條件確定實驗溫度、壓力，測試水泥漿的靜膠凝強度曲線SGS(t)；

（2）設水泥漿靜止10分鐘后，即t₀=10min，由Carman-Kozeny方程計算出滲透率K(t₀)=576mD；

（3）在截面直徑D、長L的水泥漿柱兩端施加壓力P₁、P₀(大氣壓)，水泥漿開始濾失，結合靜膠凝強度曲線SGS(t)，確定水泥漿在壓差ΔP=P₁-P₀、實驗溫度下滿足下式的時刻t₁：

ΔP=SGS(t1)·M·LD;]]>