基于能量耗散的粘砂套管井固井质量标准评价研究

论文摘要

随着油田开采进入中后期,细分开采的力度逐渐加大,对固井质量的要求也越来越高。粘砂套管作为提高固井质量的有效措施被广泛应用于油层固井施工中,相对于粘砂套管工艺的应用,针对粘砂套管井的固井质量评价仍属空白,依然继续采用光滑套管井的固井评价标准,给固井质量解释带来不可避免误差。本文通过分析测井声波在粘砂套管井中的传播机理,以声波能量在传播过程中的变化作为切入点,建立基于能量耗散理论的粘砂套管井固井质量评价标准。具体的研究内容包括以下几个方面:首先,研究了声波在粘砂套管井中的传播机理。由于粘砂套管井的套管与水泥环间存在胶结剂和砂粒两层介质,导致测井声波在粘砂套管中的传播较光滑套管井更为复杂。运用声学理论知识,分析了测井声波在粘砂套管井井孔固井分层介质（钻井液-套管-胶结剂-砂粒-水泥环）中的传播路径;研究了声波在粘砂套管井中的传播机理;准确描述了粘砂套管井中能够被接收的声波类型。其次,研究了测井声波在粘砂套管井中的能量耗散。根据测井声波在粘砂套管井中的传播路径,研究了由于波阵面的扩张导致的声能在空间的耗散;由于介质粘滞性吸收、热传导吸收及弛豫吸收导致的声能在介质中的衰减;由于钻井液中存在悬浮粒子和固井分层介质不均匀性导致的散射衰减以及测井声波在粘砂套管井井孔固井分层介质界面处由于折射导致的声能损失。最后,根据粘砂套管井井孔物理模型及固井分层介质的边界条件,求解了不同胶结情况下粘砂套管井井孔中的声场;计算了能够真实反映粘砂套管井固井质量的砂粒介质中反射波的声幅;建立了粘砂套管井固井质量标准。在此基础上,分析了砂粒粒径、粘砂密度、胶结剂成分和胶结剂厚度等因素对粘砂套管井Ⅰ界面固井质量的影响。本文运用能量法建立的粘砂套管井的固井质量标准,可提高粘砂套管井固井质量解释的准确性,丰富声波测井法固井质量理论,指导粘砂套管井的固井质量检测评价,对粘砂套管的推广应用具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 固井技术的发展历程
• 1.2.1 油井水泥历史回顾
• 1.2.2 固井技术历史回顾
• 1.3 固井质量评价方法
• 1.3.1 井温测井
• 1.3.2 声波测井
• 1.3.3 核测井
• 1.4 固井质量影响因素分析
• 1.4.1 地层的影响因素
• 1.4.2 井眼的影响因素
• 1.4.3 套管的影响因素
• 1.4.4 水泥浆性能的影响
• 1.4.5 固井施工工艺和候凝方式的影响
• 1.4.6 主观因素的影响
• 1.5 本论文研究的主要内容
• 第二章 声波波动方程及其解
• 2.1 平面波波动方程及其解
• 2.1.1 平面波基本方程
• 2.1.2 平面波动方程的解
• 2.2 柱面波波动方程及其解
• 2.2.1 柱面波基本方程
• 2.2.2 柱面波动方程的解
• 2.3 声学计算参数
• 2.3.1 声阻抗率和声阻抗
• 2.3.2 声强和声能
• 第三章 测井声波传播过程中能量耗散研究
• 3.1 粘砂套管井中声波传播机理
• 3.1.1 套管井中声波类型分析
• 3.1.2 粘砂套管井中声波传播机理
• 3.2 声波在固井介质中的能量耗散
• 3.2.1 声波的扩散衰减
• 3.2.2 声波的吸收衰减
• 3.2.3 散射引起的衰减
• 3.3 声波在固井界面处的能量耗散
• 3.3.1 折射引起的衰减
• 3.3.2 粘砂套管井折射系数计算
• 第四章 粘砂套管井固井质量标准评价研究
• 4.1 井眼物理模型和井内声场求解
• 4.1.1 物理模型及边界条件
• 4.1.2 井内声场通解
• 4.2 粘砂套管井固井质量标准
• 4.2.1 粘砂套管井自由套管段声场
• 4.2.2 胶结良好的粘砂套管井中声场
• 4.2.3 未胶结的粘砂套管井中声场
• 4.2.4 固井质量标准
• 4.3 影响因素分析
• 4.3.1 不同砂粒粒径下相对声幅
• 4.3.2 不同粘砂密度下相对声幅
• 4.3.3 不同胶结剂成分下相对声幅
• 4.3.4 不同胶结剂厚度下相对声幅
• 结论
• 附录A 粘砂套管井自由套管段声场势函数的求解系数
• 附录B 胶结良好的粘砂套管井中声场势函数的求解系数
• 附录C 未胶结的粘砂套管井中声场势函数的求解系数
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文、科研情况
• 致谢
• 详细摘要