水泥环界面剪切强度和抗压强度的分析方法

摘要

本发明公开了一种水泥环界面剪切强度和抗压强度的分析方法，包括如下步骤：选择A1n和A1f为计算声波衰减率的声幅测量信息；整理声波测量数据；计算界面剪切强度、养护时间、声波衰减率；得到界面剪切强度、水泥抗压强度与对应的养护时间、声波衰减率的关系。通过本发明研究不同养护条件下水泥石抗压强度、水泥环界面胶结强度与声波测井响应之间的关系，为固井质量评价工作提供可靠的依据。

说明书

技术领域

本发明涉及一种固井质量探测实验技术，具体说涉及一种水泥环界面剪切强度和抗压强度的分析方法。

背景技术

目前，固井工程界普遍认为，在无水泥沟槽的条件下，水泥环的封隔性能主要取决于其与套管及与地层间两个界面(分别称为第一界面和第二界面)的胶结强度。胶结强度又分为液力胶结强度和剪切胶结强度。实验表明，液力胶结强度大，则剪切胶结强度也大。当水泥环与套管紧密接触时，水泥抗压强度大，则该界面的液力胶结强度和剪切胶结强度也都大。可惜，还没有人能导出这三者之间的严格关系。主要原因是，胶结强度不仅与水泥抗压强度有关，还受界面粗糙程度、锥度、圆度及围压等因素的影响，情况相当复杂。所以，世界著名的道威尔·斯仑贝谢(Dowell Schlumberger)公司认为，在不同条件下测量液力胶结强度和剪切胶结强度的绝对值没有什么对比意义。同时认为，剪切胶结强度几乎与试样的尺寸无关。

在地面条件下，由于存在难以消除的气泡随机干扰，液力胶结强度实验结果离散性太大。有鉴于此，大庆油田罗长吉等人(1993年)对水泥环进行了剪切胶结强度实验研究，得到了界面胶结强度随时间的变化曲线。Nahm等人(1996年)通过界面剪切胶结强度研究泥浆转化水泥浆(MTC)固结后的水泥环封隔性能，取得了重要认识。由以上两项典型研究可以看出：第一，固结工程界目前认为，剪切胶结强度是反映水泥环封隔性能的可行途径；第二，尚无人研究胶结强度与声波测井响应的关系。后者正是固井界与测井界都认为至关重要的联系固井～测井之桥，而到目前为止却未见研究先例。

虽然，测量在不同套管表面粗糙度、不同锥度和不同圆度情况下的胶结强度绝对值没有什么价值，但是，在保证同一锥度和圆度的实验条件下，使用同一种表面粗糙度的套管进行实验，研究水泥胶结强度、围压与声波测井响应之间的关系肯定是十分有意义的。因为它揭示了声波响应反映水泥环胶结强度的能力，同时可反映声波响应对于水泥环胶结强度的变化趋势。这种变化趋势与大量的验窜资料结合起来，即可确定相应的测井评价标准。

声波测井是现有检查固井质量的方法技术中使用最广泛、普遍认为较为有效的一种测井方法。G.M.Pardue等人(1962年)在地面条件下对水泥抗压强度与声波测井响应的关系进行了系统研究，并以此为基础，建立了现在广泛使用的声波衰减率(或声幅)与水泥石抗压强度关系的诺模图。Pardue的实验为其后直到目前的固井质量评价奠定了基础。现在，世界各主要的石油测井公司和国内的各个油田，都采用由该实验结果制定的图版进行固井质量评价。这种评价方法适用于利用套管滑行波类套管波幅度和衰减率的固井质量测井，诸如CBL/VDL和SBT等。根据图版，将声波测井信号转换为水泥抗压强度。新近推出的利用套管反射波类的固井质量测井(CET、PET、USI和CAST等)，根据由另外的实验制定的图版将反射波相对幅度转换为水泥抗压强度。由采集到的套管波幅度还可以转化为胶结指数BI。用BI评价固井质量可以避免刻度不准确以及低密度水泥固井等因素的不利影响。

大量实践表明，水泥环的封隔性能不仅与水泥胶结强度关系密切，而且也与水泥环的封隔长度关系相当密切。六十年代，通过在墨西哥湾油气田的许多次验窜实验中，人们发现保证水泥环封隔的最小封隔长度与套管尺寸有关。在应用国外的评价技术过程中，我国石油科技人员发现当BI＜0.8时水泥环仍有可能起到封隔作用，只要BI＞0.6并且最小封隔长度更长一些。

但是，现有技术中，并没有揭示出井下各种参数相互之间的关系。例如，没有揭示在不同围压条件下养护的水泥环的液力胶结强度、剪切胶结强度与水泥抗压强度之间的关系，剪切胶结强度、水泥抗压强度与测井响应之间的关系，以及界面剪切破坏后的测井响应变化等。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种水泥环界面剪切强度和抗压强度的分析方法，对于给定的水灰比和不同的养护时间，能够通过测量在不同养护温度和养护压力条件下水泥环界面胶结强度和对应的声波测井响应，与同样条件下养护的水泥试样的单轴水泥抗压强度测量值结合起来，能够研究不同养护条件下水泥石抗压强度、水泥环界面胶结强度与声波测井响应之间的关系。

技术方案如下：

水泥环界面剪切强度和抗压强度的分析方法包括如下步骤：

(1)选择A1n和A1f为计算声波衰减率的声幅测量信息；

(2)整理声波测量数据；

(3)计算界面剪切强度、养护时间、声波衰减率；

(4)得到界面剪切强度、水泥抗压强度与对应的养护时间、声波衰减率的关系。

进一步，步骤(2)中，同一养护条件下的声波幅度数据分在同一个数据组。

进一步，步骤(2)进一步包括，将相同养护条件下采集的声幅数据散点成图。

进一步，步骤(3)中：

界面剪切强度