基于胶凝态水泥浆性能的防气窜能力评价方法研究.pdf

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1、图书分类号：学校代码：务奪由凑论文题目基干胶凝态水泥浆性能的防气窜能力评价方法研究研究生姓名李进导师姓名郭小阳教授学科专业油气井工程研究方向油气井固井与完井二〇一五年五月西南石油大学研究生学位论文知识产权声明书及学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研宄生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西南石油大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时，本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰

2、写的文章一律注明作者单位为西南石油大学。本学位论文属于、保密（）年解密后适用本授权书。、不保密（广■！害士日命任县由灯、，，、西南石油大学研究生学位论文独创性声明本人声明：所呈交的研宄生学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研宄成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含其他人为获得西南石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：气年月摘要环空气窜几乎是所有天然气井固井都存在的一个潜在问题，轻则导致井口环空带压

3、，重则发生不可控井喷事故，严重影响油气井的固井质量和安全。准确评价水泥浆凝结过程中的防气窜能力是有效预防潜在环空气窜风险的关键技术。而现有水泥浆防气窜能力评价预测方法主要考虑了水泥浆失水、胶凝过渡时间等性能，对井底地层、套管等相关特定工况对气窜的影响考虑较少，未能很好地解决环空气窜问题。因此，在现有评价方法的基础上，幵展胶凝态水泥浆防气窜性能研究，建立更为综合、全面、可操作性强的防气窜能力评价新方法，对固井环空气窜的预防及防止具有重要意义。本文在水泥浆防气窜能力评价方法现状调研的基础上，从水泥凝结水化机理角度入手分析，提出了固井早期气窜防止的关键性能指标；结合胶凝态水泥浆渗透率研究

4、现状，探索形成了胶凝态水泥浆渗透率实验测试方法，并研发了对应的专用实验测试装置；基于土壤学中有关土壤孔隙度的测试原理，结合水泥水化特性与土壤的异同，探索形成了胶凝态水泥浆孔隙度实验测试方法；在现有研宄基础上，推导了初凝前塑性态水泥浆体积收缩与孔隙压力之间的量化关系模型，为井底实际工况条件下的气侵危险时间确定提供了依据；基于气体在环空胶凝态水泥浆本体内的驱替渗流过程，建立了对应的气窜渗流物理数学模型，并建立了基于胶凝态水泥浆性能的防气窜能力评价新方法。本文在基于胶凝态水泥浆性能的防气窜能力评价新方法建立的基础上，进一步将论文所涉及的实验数据处理、模型及评价方法编制成了水泥浆防气窜能力

5、评价软件，增强了该评价方法的可操作性和实用性。本文在实验方法研究，理论研究和软件程序编制的基础上，形成的结论如下：本文结合水泥水化凝结过程及机理分析，提出将静胶凝强度、胶凝态水泥浆渗透率、胶凝态水泥浆孔隙度及水泥浆塑性体积收缩等水化凝结过程中的自身材料物理化学特性作为固井早期气窜防止的关键性能指标。在胶凝态水泥浆渗透率研宄基础上，探索形成胶凝态水泥浆渗透率实验测试方法，并研发了对应的实验测试装置。研宄认为水泥浆凝结过程中的渗透率性质呈特定函数下降变化趋势，凝结成水泥石后逐渐趋于稳定。借鉴土壤孔隙度测试原理，结合水泥水化的特殊性，将土壤孔隙度测试方法进行针对性改进，探索形成胶凝态水泥

6、浆孔隙度测试方法。研宄认为初凝前的胶凝态水泥浆孔隙度随时间呈降低趋势，并最终趋于稳定。从水泥浆初凝前的塑性体积收缩影响孔隙压力下降的角度出发，基于候凝过程中的“套管水泥浆地层”物理模型的建立，推导了塑性体积收缩对孔隙压力的影响关系模型。结合泥饼气窜启动压力的测试，研宄认为真正意义上的气侵危险时间应是从失重压力平衡点至初凝所经历的时间。在水泥环本体气窜渗流物理数学模型研宄的基础上，建立了水泥浆防气窜能力评价新方法，并编制了水泥浆防气窜能力评价软件。该评价方法可有效结合油气井实际工况参数及胶凝态水泥浆性能，综合评价水泥浆防气窜能力；水泥浆防气窜能力评价软件的编制，增强了该方法的可操作性

7、。关键词固井；水泥浆；评价方法；防气窜能力；胶凝态AbstractThephenomenonofgasmigrationduringthecementingprocess,whichaffectedthehighpressuregaswellcementingqualityandsafetyseriously,isapotentialproblemthatalmostallgaswellmustbefacedwith,particularlyintheGulfofMe