CO2埋存井固井水泥环封存效果与其性能参数研究-论文.pdf

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1、第14卷第18期2014年6J科学技术与工程V01．14No．18Jun．2014l671—1815(2014)18—0025—05ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．CO2埋存井固井水泥环封存效果与其性能参数研究闫铁李永祥李静冯福平柏明星(东北油大学，大庆163318；大庆油田有限责任公司第一采油厂，大庆163000)摘要c0：埋存井固井水泥环封存能力是决定c0长期有效埋存的关键，影响水泥环封存能力的因素除了井筒周围外部条件外，还与水泥环自身的力学特性

2、有关。首先分析了影响水泥环封存能力的外部因素，并对水泥环受力状态与其力学参数之间的关系进行研究，最后结合外部条件和水泥环自身力学特性，确定出能够满足c0：长期有效埋存的水泥环的力学参数。关键词CO：埋存井固井水泥环力学参数有效埋存中图法分类号TE256．1；一文献标志码A固井水泥环在井底条件下受力较为复杂，注入超临界CO，后，温度载荷、孔隙压力的动态变化及fcA+G)+G+警一flOT=oCO的腐蚀使水泥环的受力变得更为复杂，增加了CO，埋存失效的风险⋯。为了能够更加长期有效地jG等+GOyflOy_0封存储层中的超临

3、界CO，除了减少外部条件的影+G)+G+一flOT+响，研究出一种能够长期适应井底复杂条件的固井L(1一)pg+g=0水泥材料是十分必要的，也是今后油井水泥发展的g趋势。本文通过分析温度、孔隙压力、CO：腐蚀及水泥的性能参数对水泥环受力状态的影响，确定出能V．[鲁c=(2)够保证CO长期有效埋存的水泥环所应具备的力一—V2T+：0(3)学参数取值范围。OtPcPc式中，p为孔隙压力，MPa；ui=u，，是储层岩石质1影响埋存井水泥环封存能力的外部点的位移分量，m；骨架的有效应力的分量，MPa；A、因素分析G是拉梅系数；

4、是岩石骨架的体积应变；是岩石的热应力系数；T为绝对温度及其改变量，K；为孑L1．1固-气-热耦合渗流数学模型隙度；p为岩石骨架密度，kg／m；g为单位时问内单假定油气藏的储层中仅有气相一相流体流动，位体积气体的产出或注入的质量，kg／(m·s)；P为储层岩石骨架有弹性小变形的特点，油气藏内热量气相的密度，kg／m；／z为气体黏度，mPa·S；g为重的传递遵循热力学定律，得到的固-气一热耦合渗流力加速度，m／s；c是岩石骨架等容比热，w·s／数学模型公式，有岩石变形方程、气体耦合渗流方程(·oC)。和温度场方程三部分组成

5、，如式(1)为岩石变形方联立式(1)～式(3)，即可求出储层压力P和温程，式(2)为气体耦合渗流方程，式(3)为温度场度。根据固．气．热耦合渗流数学模型，通过简化边方程。界条件，可计算出CO注入层典型的几个点处的温度及孔隙压力随时问的变化规律J。本文选一垂直注入井为研究对象，并对注入CO的储层进行分析，取深为2500m的一井段，该井段分为基岩、储层和盖层三部分，厚度均为15m，2014年9月8日收到黑龙江省青年科学基金(Qc2012C021)资助第一作者简介：闫铁，男，教授，博生导师。研究方向：钻井技术井眼直径为278

6、mm，注二氧化碳时井底压力为35与理论。E-mail：liyylove7@126．comMPa，各部分的特性如表1所示。储层和盖层初始温度均为110℃，储层的初始孔隙压力为32MPa。科学技术与工程14卷co2注入时『日J／年图1所选井段示意图图2储层温度随时间的变化规律Fig．1TheschematicdiagramofselectedintervalsFig．2Reservoirtemperaturechanginglawwiththetime注入c0的参数：密度为480kg／m，临界压缩系数为0．32Pa～，黏度

7、为3．1×10一Pa·S，注入时温度的32．5MPa降到20MPa后，压力逐步恢复，300年为32．5℃，扩散系数为5．5×10。m／s，初始饱和后压力恢复到最大，但并没有恢复到原始压力值。度为0．25。表1各区块岩石的弹性性能及热物理特·陛Table1Theelasticpropertiesandthermalphysicalpropertiesofeachblock杨比渗孔盖层220．31．55120．89×10I42650储层200．180．6l0o231．22×10I42300在盖层与储层上分别选取A、B两点，

8、根据固一图3孔隙压力随时间的变化规律Fig．3Porepressurechanginglawwiththetime气一热耦合渗流数学模型，利用有限元软件，可计算出这两个点的温度与孔隙压力随时间的变化规律，1．4二氧化碳腐蚀对水泥环封存能力的影响如图2和图3所示。通过大量的室内及现场试验研究知道，CO腐1．2温度变化对水泥环封存能力