申请/专利权人：西南石油大学

申请日：2022-12-02

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN115711120B

主分类号：E21B47/005

分类号：E21B47/005

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2023.03.14#实质审查的生效;2023.02.24#公开

摘要：一种油气井水泥环完整性及损伤演化定量评价方法，其特征在于，主要基于分形理论、图像处理技术及套管‑水泥环‑地层组合体结构特征及失效机理，采用初始状态下的空白组套管‑水泥环界面形态分形维数、水泥环本体微观孔隙形态分形维数、颗粒形态分形维数及其与水泥环界面径向胶结强度、抗拉强度和抗压强度等宏观力学性能之间的相关性来定量评价空白组水泥环完整性；采用交变载荷作用后的条件对照组套管‑水泥环界面形态分形维数、水泥环本体微观孔隙形态分形维数、颗粒形态分形维数、裂纹形态分形维数及其与水泥环宏观力学性能之间的相关性来定量评价条件对照组水泥环完整性损伤演化规律。本发明适用于石油与天然气钻采工程技术领域。

主权项：1.一种油气井水泥环完整性及损伤演化定量评价方法，其特征在于，所述的油气井水泥环完整性及损伤演化定量评价方法包括以下步骤：步骤一：制备用于开展水泥环完整性及损伤演化定量评价实验样品：1采用现场井身结构和水泥浆体系，模拟实际温度及压力养护制备套管-水泥环-地层组合体，定义与水泥环接触的套管外壁为目标面，与套管接触的水泥环内壁为接触面；2将制备的套管-水泥环-地层组合体分为空白组和条件对照组，空白组用于定量评价水泥环完整性，条件对照组用于定量评价交变载荷下水泥环完整性损伤演化规律；3分离空白组的水泥环和套管，采用空白组的水泥环和套管制备水泥石力学性能测试试样、目标面及接触面三维轮廓扫描试样、水泥石SEM扫描试样、水泥石压汞测试试样；4分离条件对照组的水泥环和套管，采用条件对照组的水泥环和套管制备水泥石力学试样、目标面及接触面的三维轮廓试样、水泥石SEM试样、水泥石压汞试样；步骤二：测定有无交变载荷作用的水泥环宏观力学性能：1采用步骤一制备的空白组套管-水泥环-地层组合体开展界面力学性能测试，获取空白组套管-水泥环界面径向胶结强度SBR；2采用步骤一制备的空白组水泥石力学试样开展力学性能测试，获取空白组水泥石抗拉强度QBL和抗压强度QBC；3采用步骤一制备的条件对照组力学水泥石试样开展力学性能测试，获取条件对照组水泥石抗拉强度QEL和抗压强度QEC；4采用步骤一制备的条件对照组套管-水泥环-地层组合体开展界面力学性能测试，获取条件对照组套管-水泥环界面径向胶结强度SER；步骤三：测定及评价有无交变载荷作用的套管-水泥环界面形态的分形维数：1采用光学衍射仪对步骤一得到的空白组及条件对照组目标面和接触面三维轮廓试样进行三维扫描，获取目标面和接触面的三维轮廓图及不同测量尺度τTF和τCF下所有测点高度H，其中τTF为目标面的测量尺度，τCF为接触面的测量尺度；2采用基于结构函数的分形模型LgSτTF＝lgCTF+4-2DTFθLgτTF将目标面的测量尺度τTF及对应的结构测度函数SτTF绘制在双对数坐标，其中SτTF为目标面的结构测度函数，SτTF＝[HZ+τTF，θ-HZ，θ]2，Z为目标面上测点数据沿套管轴向的坐标；θ为目标面上测点数据沿套管环向的坐标；τTF为目标面的测量尺度，即两测点数据之间的轴向间隔；HZ+τCF，θ为目标面三维轮廓图中测点Z+τCF，θ的高度；HZ,θ为目标面三维轮廓图中测点Z,θ的高度；CTF为目标面的尺度系数；DTFθ为目标面沿不同角度θ的分形维数；3采用基于结构函数的分形模型LgSτCF＝lgCCF+4-2DCFαLgτCF将接触面的测量尺度τCF及对应的结构测度函数SτCF绘制在双对数坐标，其中SτCF为接触面的结构测度函数，SτCF＝[HY+τTF，α-HY，α]2，Y为接触面上测点数据沿水泥环轴向的坐标；α为接触面上测点数据沿水泥环环向的坐标；τCF为接触面的测量尺度，即两测点数据之间的轴向间隔；HY+τCF，α为接触面三维轮廓图中测点Y+τCF，α的高度；HY,α为接触面三维轮廓图中测点Y,θ的高度；CCF为接触面的尺度系数；DCFα为接触面沿不同角度α的分形维数；4通过LgSτTF＝lgCTF+4-2DTFθLgτTF曲线斜率计算空白组和条件对照组目标面沿0°、90°、180°、270°四个方向的分形维数，并取DTF0、DTF90、DTF270、和DTF360的平均值做为接触面的分形维数，记DBTF为空白组目标面的分形维数，DETF为条件对照组目标面的分形维数；5通过LgSτCF＝lgCCF+4-2DCFαLgτCF曲线斜率计算空白组和条件对照组接触面沿0°、90°、180°、270°四个方向的分形维数，并取DCF0、DCF90、DCF270和DCF360的平均值做为接触面的分形维数，令DBCF为空白组接触面的分形维数，DECF为条件对照组接触面的分形维数；步骤四：测定及评价有无交变载荷作用的水泥环本体孔隙形态的分形维数：1采用压汞法对步骤一得到的空白组及条件对照组水泥石压汞试样进行压汞测试，获取空白组及条件对照组水泥石的真实孔隙率不同注入压力Pi下进入水泥石孔隙的总体积VPi及对应压力Pi下的孔隙直径2Ri；2采用孔体积分形模型Lg|dVPidRi|＝2-DPLgRi+CP将总体积VPi随孔隙半径增量的绝对值|dVPidRi|与孔隙半径绘制在双对数坐标，其中VPi为不同注入压力Pi下进入水泥环试样中孔隙的总水银体积；Ri为对应注入压力Pi下对应的孔隙半径；DP为水泥环试样中孔隙形态的分形维数；CP为水泥环试样孔隙的分形模型常数；3通过Lg|dVPidRi|＝2-DPLgRi+CP曲线斜率计算空白组和条件对照组水泥环孔隙形态的分形维数，令DBP为空白组水泥环孔隙形态的分形维数，DEP为条件对照组水泥环孔隙形态的分形维数；步骤五：测定及评价有无交变载荷作用的水泥环本体颗粒形态的分形维数：1采用扫描电镜对步骤一得到的空白组及条件对照组水泥石SEM试样进行面扫描，获取空白组及条件对照组水泥石在不同放大倍率下的SEM图像；2采用Python+OpenCV程序对SEM图像进行二值化处理，得到不同阀值下的二值化图像，白色区域代表微观颗粒，黑色区域代表微观孔隙；3基于步骤四采用压汞法获取的水泥石试样真实孔隙率以水泥石试样的真实孔隙率为控制对象，采用基于边缘强度的阀值分割算法，对二值化图像阀值进行适配调控，优选出与水泥石试样真实孔隙率相等的目标二值化图像；4采用Matlab编程计算目标二值化图像中所有白色区域的面积和周长；5采用面积-周长分形模型LgAGi＝DG*LgPGi+CG将目标二值化图像中白色区域的面积和周长绘制在双对数坐标，其中PGi为目标二值化图像中任一个白色几何图形的等效周长，AGi为目标二值化图像中等效周长为PGi的几何图形等效面积，DG为水泥石试样颗粒形态的分形维数，CG为水泥环试样颗粒的分形模型常数；6通过LgAGi＝DG*LgPGi+CG曲线斜率计算空白组和条件对照组水泥环颗粒形态的分形维数，令DBG为空白组水泥环颗粒形态的分形维数，DEG为条件对照组水泥环颗粒形态的分形维数；步骤六：测定及评价交变载荷作用后水泥环本体裂纹形态的分形维数：1采用扫描电镜对步骤一得到的条件对照组水泥石SEM试样进行面扫描，获取条件对照组水泥石在不同放大倍率下的SEM图像；2采用与步骤五相同的方法获取水泥石裂纹的目标二值化图像；3采用Matlab编程计算用不同边长δFi的正方形盒子覆盖目标二值化图像的盒子总数NδFi；4采用盒子模型LgNδFi＝DEF*LgδFi+CF将正方形盒子边长δFi和盒子总数NδFi绘制在双对数坐标，其中δFi为测量目标二值化图像用正方形盒子的边长，NδFi为用边长为δFi的盒子去覆盖目标二值化图像所需要的盒子总数；DEF为水泥环本体裂纹形态的分形维数；CEF为水泥环本体裂纹形态的分形模型常数；5通过LgNδFi＝DEF*LgδFi+CEF曲线斜率计算条件对照组水泥环本体裂纹形态的分形维数DEF；步骤七：基于步骤二和步骤三，建立空白组界面径向胶结强度与套管水泥环界面形态分形维数之间的函数关系FB1SBR，DBTF和FB2SBR，DBCF；步骤八：基于步骤二和步骤四，建立空白组水泥石力学性能与套管水泥环本体孔隙形态分形维数之间的函数关系FB3QBL，DBP和FB4QBC，DBP；步骤九：基于步骤二和步骤五，建立空白组水泥石力学性能与套管水泥环本体颗粒形态分形维数之间的函数关系FB5QBL，DBG和FB6QBC，DBG；步骤十：基于步骤二和步骤三，建立条件对照组界面径向胶结强度与套管水泥环界面形态分形维数之间的函数关系FE1SER，DETF和FE2SER，DECF；步骤十一：基于步骤二和步骤四，建立条件对照组水泥石力学性能与套管水泥环本体孔隙形态分形维数之间的函数关系FE3QEL，DEP和FE4QEC，DEP；步骤十二：基于步骤二和步骤五，建立条件对照组水泥石力学性能与套管水泥环本体颗粒形态分形维数之间的函数关系FE5QEL，DEG和FE6QEC，DEG；步骤十三：基于步骤二和步骤六，建立条件对照组水泥石力学性能与套管水泥环本体颗粒形态分形维数之间的函数关系FE7QEL，DEF和FE8QEC，DEF；步骤十四：采用分形维数DBTF、DBCF、DBP、DBG和函数关系FB1SBR，DBTF、FB2SBR，DBCF、FB3QBL，DBP、FB4QBC，DBP、FB5QBL，DBG及FB6QBC，DBG定量评价空白组水泥环完整性；步骤十五：采用分形维数DETF、DECF、DEP、DEG、DEF和函数关系FE1SER，DETF、FE2SER，DECF、FE3QEL，DEP、FE4QEC，DEPFE5QEL，DEG、FE6QEC，DEG、FE7QEL，DEF和FE8QEC，DEF定量评价条件对照组水泥环完整性损伤演化规律。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 西南石油大学 一种油气井水泥环完整性及损伤演化定量评价方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD