本發(fā)明涉及固井質(zhì)量研究領(lǐng)域，特別涉及一種泥餅固化強(qiáng)度評價方法和泥餅固化強(qiáng)度檢測裝置。

背景技術(shù)：

固井是油氣井建井過程中重要的環(huán)節(jié)之一，是一個涉及面廣、風(fēng)險大、作業(yè)要求高、技術(shù)性很強(qiáng)的井下作業(yè)工程。固井質(zhì)量的好壞，直接影響到該井能否繼續(xù)鉆進(jìn)、能否順利生產(chǎn)、油氣井壽命以及油氣藏的采收率。在固井工程中，套管和水泥之間的界面稱為固井第一界面，水泥和地層之間的界面稱為固井第二界面。界面膠結(jié)歷來被認(rèn)為是整體結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，也是導(dǎo)致固井質(zhì)量問題的重要因素。

隨著研究的不斷深入，科研人員和生產(chǎn)人員逐漸意識到固井二界面膠結(jié)質(zhì)量問題是影響整體固井質(zhì)量的重要因素。目前固井質(zhì)量的問題主要包括：固井后環(huán)空帶壓甚至管外冒油氣水的問題，投產(chǎn)之后的層間竄問題，環(huán)空的“聲變”問題等。以上固井質(zhì)量問題產(chǎn)生的根源都是固井二界面封固系統(tǒng)失效?？紤]到射孔、壓裂等后期施工作業(yè)的影響，井身質(zhì)量問題會更加嚴(yán)重。因此，只有當(dāng)固井二界面實(shí)現(xiàn)了整體固化膠結(jié)，才能實(shí)現(xiàn)層間封隔，減少環(huán)空氣竄的可能性，從而提高油氣井的壽命。

鉆井液泥餅是鉆井液體系中的固相顆粒以及聚合物等物質(zhì)在地層壁面的累積分布。從結(jié)構(gòu)上來說，泥餅可以根據(jù)其強(qiáng)度及密實(shí)程度的不同，自內(nèi)而外分為虛泥餅、可壓縮層泥餅、密實(shí)層泥餅及致密層泥餅。泥餅的存在對鉆井過程是不可或缺的，但是這也為后續(xù)的固井作業(yè)帶來了難題。因?yàn)槟囡灡旧聿痪邆淙魏位钚?，加上目前泥餅的清除效果很差，?dǎo)致泥餅殘存與地層井壁上，固井時，不論多薄的泥餅，都會在固井二界面處形成一層不可固化的隔層。水泥水化固化過程中，泥餅發(fā)生脫水粉化，導(dǎo)致環(huán)空產(chǎn)生微間隙。

針對上述問題，近年來泥餅固化技術(shù)逐漸興起，從mtc固井技術(shù)到mta固井技術(shù)，以及外加潛活性材料實(shí)現(xiàn)泥餅固化的技術(shù)研究取得了初步成果。然而，在泥餅固化技術(shù)的研究中，固化泥餅的強(qiáng)度評價是目前廣大研究人員都沒有解決的問題，主要是由于泥餅在物性參數(shù)和形貌特征都與普通金屬和水泥基材料相差很大，常規(guī)的材料強(qiáng)度測試難以滿足技術(shù)研究要求。因此，泥餅強(qiáng)度評價方法是泥餅固化技術(shù)研究迫切需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種泥餅固化強(qiáng)度評價方法和泥餅固化強(qiáng)度檢測裝置，可以準(zhǔn)確評價泥餅固化的強(qiáng)度，且檢測方法簡單，操作方便。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明提出一種泥餅固化強(qiáng)度評價方法，包括以下步驟：

(1)利用潛活性材料將鉆井液改性；

(2)利用失水筒制備改性后的鉆井液泥餅，并用激活劑進(jìn)行激活，使泥餅具有一定的強(qiáng)度：

(3)利用超聲測量裝置測量聲波在泥餅中的縱橫波速，并通過計算獲得泥餅的彈性模量和泊松比；

(4)將固化泥餅放置于泥餅固化強(qiáng)度檢測裝置的壓力傳感器上，手動操作金屬桿向下作用于泥餅，記錄鋼針刺破泥餅時的力；

(5)用abaqus軟件建立泥餅的模型，并對泥餅?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行受力分析；

(6)獲得泥餅受力分析的應(yīng)力曲線，得到泥餅強(qiáng)度。

本發(fā)明所提出的泥餅強(qiáng)度評價方法，先對鉆井液添加潛活性材料及激活劑等進(jìn)行處理，再利用失水筒制備成泥餅，先利用超聲測量裝置測量聲波在泥餅中的縱橫波速，再將泥餅將泥餅放到泥餅強(qiáng)度檢測裝置上進(jìn)行破壞力的測量，將以上測量數(shù)據(jù)用abaqus軟件建立泥餅的模型，通過模型對泥餅進(jìn)行受力分析，獲得泥餅受力分析的應(yīng)力曲線，從而得到泥餅的強(qiáng)度值。泥餅的受力為在泥餅中心1mm圓形范圍施加一個作用壓強(qiáng)。泥餅的受力分析采用mises應(yīng)力準(zhǔn)則，根據(jù)受力分析的結(jié)果導(dǎo)出泥餅所受應(yīng)力曲線，其最大mises應(yīng)力即為泥餅強(qiáng)度。

作為本發(fā)明改進(jìn)，泥餅固化方法為通過向鉆井液中外加潛活性材料改性泥餅，潛活性材料優(yōu)選為偏高嶺土和超細(xì)礦渣的混合材料，將改性后的鉆井液放入失水筒中進(jìn)行濾失并形成泥餅，再加入激活劑激活泥餅以使泥餅具有一定的強(qiáng)度，激活劑優(yōu)選為硅酸鈉和氫氧化鈉的水溶液。固化后的泥餅其彈性模量遠(yuǎn)低于普通硬脆性水泥基材料，高于普通彈性材料，這樣處理后，有利于對泥餅受力的檢測。

本發(fā)明中，利用超聲波檢測裝置測量的聲波在泥餅中的縱橫波速并計算出的所述彈性模量和泊松比為動態(tài)彈性模量和泊松比。

本發(fā)明中，用abaqus軟件建立的泥餅的模型，泥餅?zāi)Ｐ透黜梾?shù)與實(shí)際泥餅相同，所述受力分析采用mises應(yīng)力準(zhǔn)則，這樣可以更準(zhǔn)確地得到泥餅的強(qiáng)度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種泥餅固化強(qiáng)度檢測裝置，包括底座、設(shè)置于所述底座上的壓力傳感器、安裝于所述底座側(cè)壁的支架和設(shè)置于所述支架上的撞桿，所述支架頂部開設(shè)有通孔，所述撞桿放置于所述通孔中，可沿所述通孔向所述壓力傳感器方向滑動。

本發(fā)明所提供的泥餅固化強(qiáng)度檢測裝置，通過將制備的泥餅放置到一個壓力傳感器上，然后通過撞桿對泥餅進(jìn)行撞擊，撞桿對泥餅的撞擊力會被壓力傳感器測量出。調(diào)整撞桿的高度，使撞桿正好將泥餅撞破，記錄撞桿撞破泥餅的力的大小，然后利用這些數(shù)據(jù)和超聲波檢測裝置測量的彈性模量和泊松比，利用abaqus軟件建立泥餅?zāi)Ｐ?，進(jìn)行泥餅的受力分析，獲得泥餅受力分析的應(yīng)力曲線，從而可以得到泥餅的強(qiáng)度值，也就可以對泥餅進(jìn)行一個準(zhǔn)確的評價，以利于固井作業(yè)的進(jìn)行。

作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述支架為c形結(jié)構(gòu)，底部固定安裝于所述底座的側(cè)壁，頂部位于所述壓力傳感器的中部上方，所述通孔的軸向方向垂直于所述壓力傳感器，此種結(jié)構(gòu)可以使壓力傳感器與撞桿之間的操作空間比較寬裕，方便泥餅的取放。

作為本發(fā)明支架上的通孔的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述通孔的邊緣沿軸向向上設(shè)置一立柱，在所述立柱的頂端側(cè)壁固定一環(huán)孔，所述環(huán)孔的內(nèi)徑與所述通孔內(nèi)徑相同且同軸，這樣的結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于通孔的長度加長，且結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，撞桿放置在通孔中，向壓力傳感器方向滑動時，導(dǎo)向性好，滑動平滑，撞桿不會傾斜方向，卡在通孔中不能撞擊泥餅或者撞偏，影響檢測結(jié)果。

作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述撞桿包括后端較粗的金屬棒和前端的金屬針，所述金屬棒的直徑略小于所述通孔的內(nèi)徑，撞桿這樣設(shè)計，后端較粗，既保證撞桿質(zhì)量比較大，有比較大的沖擊力，前端金屬針較細(xì)，又保證撞擊效果，提高檢測的準(zhǔn)確性。

綜上所述，本發(fā)明所提供的泥餅固化強(qiáng)度評價方法和泥餅固化強(qiáng)度檢測裝置，通過對鉆進(jìn)液進(jìn)行處理，制備成泥餅并檢測其強(qiáng)度，對泥餅的強(qiáng)度作出準(zhǔn)確的評價，可以使固井作業(yè)得到有效的以參考，提高固井作業(yè)的質(zhì)量。本發(fā)明所提供的評價方法和檢測裝置，設(shè)計科學(xué)，操作簡單，得到的檢測結(jié)果準(zhǔn)確度高，具有非常高的價值。

附圖說明

圖1是泥餅固化強(qiáng)度檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，金屬棒1，支架2，金屬針3，壓力傳感器4，底座5。

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的泥餅固化強(qiáng)度評價方法和泥餅固化強(qiáng)度檢測裝置進(jìn)行詳細(xì)描述。下面通過附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

一種泥餅固化強(qiáng)度評價方法，包括以下步驟：

(1)利用潛活性材料將鉆井液改性；

(2)利用失水筒制備改性后的鉆井液泥餅，并用激活劑進(jìn)行激活，使泥餅具有一定的強(qiáng)度：

(3)利用超聲測量裝置測量聲波在泥餅中的縱橫波速，并通過計算獲得泥餅的彈性模量和泊松比；

(4)將固化泥餅放置于泥餅固化強(qiáng)度檢測裝置的壓力傳感器4上，手動操作金屬桿1向下作用于泥餅，記錄鋼針3刺破泥餅時的力；

(5)用abaqus軟件建立泥餅的模型，并對泥餅?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行受力分析；

(6)獲得泥餅受力分析的應(yīng)力曲線，得到泥餅強(qiáng)度。

向鉆井液中加入一定量的潛活性材料，潛活性材料選用偏高嶺土和超細(xì)礦渣的混合材料，利用失水筒在0.7mpa壓差下濾失形成泥餅。鉆井液中加入潛活性材料后，強(qiáng)度會明顯加強(qiáng)，有利于對泥餅的檢測。對于鉆井液是否加入潛活性材料，制備出的泥餅的強(qiáng)度測量數(shù)據(jù)如表1中所示。

表1鉆井液加入潛活性材料對泥餅強(qiáng)度的對比

在完成上述步驟后，倒出剩余鉆井液，將配置好的不同濃度的激活劑倒入失水筒，激活劑優(yōu)選為硅酸鈉和氫氧化鈉的水溶液，濃度優(yōu)選為0.2-0.4，激活時間控制在20－30分鐘，在1mpa壓差下繼續(xù)濾失，對泥餅中的潛活性材料進(jìn)行激活，制備成檢測所需要的泥餅，將制備成的泥餅取得后，將泥餅放置在特制容器中，在泥餅上方澆筑水泥漿，進(jìn)行一定時間的養(yǎng)護(hù)，正常養(yǎng)護(hù)1d時間即可。對于不同濃度的激活性對制備的泥餅的強(qiáng)度的變化，如表2中數(shù)據(jù)所示，對于不同激活時間對制備的泥餅的強(qiáng)度的變化，如表3中數(shù)據(jù)所示。

表2激活性濃度對泥餅強(qiáng)度的影響

表3激活時間對泥餅強(qiáng)度的影響

將養(yǎng)護(hù)好的泥餅先利用超聲測量裝置測試泥餅的聲波波速，通過計算獲得泥餅的彈性模量和泊松比，再利用泥餅固化強(qiáng)度檢測裝置測試泥餅在受到破壞時受力，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，利用abaqus軟件建立泥餅?zāi)Ｐ?，輸入泥餅參?shù)進(jìn)行受力分析，導(dǎo)出泥餅所受應(yīng)力曲線，根據(jù)泥餅應(yīng)力曲線獲得泥餅強(qiáng)度。

本發(fā)明所提供的泥餅固化強(qiáng)度評價方法，利用潛活性材料和激活劑對鉆井液進(jìn)行改性和激活，使制備的泥餅具備一定的強(qiáng)度，有利于對其進(jìn)一步的檢測，且檢測的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高，具有非常高的價值。

本發(fā)明所提出的泥餅固化強(qiáng)度評價方法中，在檢測泥餅的破壞受力，自制了一個泥餅固化強(qiáng)度檢測裝置，包括底座5、設(shè)置于所述底座上的壓力傳感器4、安裝于所述底座5側(cè)壁的支架2和設(shè)置于所述支架上的撞桿，所述支架頂部開設(shè)有通孔，所述撞桿放置于所述通孔中，可沿所述通孔向所述壓力傳感器4方向滑動。

本發(fā)明所提供的泥餅固化強(qiáng)度檢測裝置，通過將制備的泥餅放置到一個壓力傳感器4上，然后通過撞桿對泥餅進(jìn)行撞擊，撞桿對泥餅的撞擊力會被壓力傳感器4測量出。調(diào)整撞桿的高度，使撞桿正好將泥餅撞破，記錄撞桿撞破泥餅的力的大小，然后利用這些數(shù)據(jù)和超聲波檢測裝置測量的彈性模量和泊松比，利用abaqus軟件建立泥餅?zāi)Ｐ?，進(jìn)行泥餅的受力分析，獲得泥餅受力分析的應(yīng)力曲線，從而可以得到泥餅的強(qiáng)度值，也就可以對泥餅進(jìn)行一個準(zhǔn)確的評價，以利于固井作業(yè)的進(jìn)行。

進(jìn)一步地，所述支架2為c形結(jié)構(gòu)，底部固定安裝于所述底座5的側(cè)壁，頂部位于所述壓力傳感器4的中部上方，所述通孔的軸向方向垂直于所述壓力傳感器4，此種結(jié)構(gòu)可以使壓力傳感器4與撞桿之間的操作空間比較寬裕，方便泥餅的取放。

更進(jìn)一步地，在所述通孔的邊緣沿軸向向上設(shè)置一立柱，在所述立柱的頂端側(cè)壁固定一環(huán)孔，所述環(huán)孔的內(nèi)徑與所述通孔內(nèi)徑相同且同軸，這樣的結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于通孔的長度加長，且結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，撞桿放置在通孔中，向壓力傳感器方向滑動時，導(dǎo)向性好，滑動平滑，撞桿不會傾斜方向，卡在通孔中不能撞擊泥餅或者撞偏，影響檢測結(jié)果。

進(jìn)一步地，所述撞桿包括后端較粗的金屬棒1和前端的金屬針3，所述金屬棒1的直徑略小于所述通孔的內(nèi)徑，撞桿這樣設(shè)計，后端較粗，既保證撞桿質(zhì)量比較大，有比較大的沖擊力，前端金屬針3較細(xì)，又保證撞擊效果，提高檢測的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明所提供的泥餅固化強(qiáng)度檢測裝置，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，可以準(zhǔn)確檢測泥餅受力數(shù)據(jù)，為泥餅固化強(qiáng)度的評價提供有力的支持，具有非常好的使用價值。

綜上所述，本發(fā)明所提供的泥餅固化強(qiáng)度評價方法和檢測裝置，是固井作業(yè)中對泥餅強(qiáng)度進(jìn)行評價的一項填補(bǔ)空白的技術(shù)，大大提高了固井作業(yè)的質(zhì)量，具有非常高的應(yīng)用前景和市場價值。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上所描述的較佳實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不全部的實(shí)施例，這些描述只是示例性的，而并非是對本發(fā)明的限制。應(yīng)當(dāng)理解，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下做出的其他實(shí)施例或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護(hù)的范圍當(dāng)中。