基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法

摘要

本发明实施例公开了一种基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法，包括对目标油气井的井筒进行完整性检测分析；对目标油气井的升高短节进行完整性检测分析；根据油气井井筒完整性检测分析结果和升高短节进行完整性检测分析结果将目标油气井标记为待封堵或性能正常。该方法可以提供可靠的封堵油气井的方案，对后期废弃井进行准确封堵。

权利要求

1.一种基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法，其特征在于，包括：对目标油气井的井筒进行完整性检测分析；

对目标油气井的升高短节进行完整性检测分析；

根据油气井井筒完整性检测分析结果和升高短节完整性检测分析结果将目标油气井标记为待封堵或性能正常；

对目标油气井的井筒进行完整性检测分析，包括：

基于目标油气井的目标水泥环取样获得水泥石样本，并获取目标水泥环的历史建造信息；

基于所述水泥石样本和所述历史建造信息进行水泥环状态机理分析，包括钻井液、水泥浆、钻井液处理剂的接触分析、含硫气井固井水泥环腐蚀分析、水泥环三轴应力力学性能分析、水泥环力学完整性弹塑性分析；

所述钻井液、水泥浆、钻井液处理剂的接触分析，分析钻井液与水泥浆的接触污染、钻井液处理剂对水泥浆流变性能影响、水泥浆对钻井液性能影响；所述含硫气井固井水泥环腐蚀分析，通过整体腐蚀和界面腐蚀，对水泥石样本进行酸性介质腐蚀规律和腐蚀机理的分析；所述水泥环三轴应力力学性能分析，模拟水泥石样本在地层中所承受的三向应力、地层压力以及温度，获得三轴应力‑应变曲线；所述水泥环力学完整性弹塑性分析，通过套管‑水泥环‑地层组合体弹塑性模型分析水泥环的力学完整性；

基于水泥环状态机理分析结果，对目标水泥环进行质量分析，获取所述目标水泥环的当前状态；

若目标水泥环的当前状态表示其已损坏，将所述目标油气井标记为井筒不完整；

对目标油气井的升高短节进行完整性检测分析，包括：

通过定向测厚仪检测目标油气井的升高短节获得缺陷图像，并基于所述缺陷图像进行数据分析，获得缺陷信息；

通过应变测量装置检测目标油气井的升高短节处主应力大小和方向，进行载荷分布计算分析；

当缺陷信息和载荷分布计算分析结果表示其已损坏，将所述目标油气井标记为升高短节不完整。

2.如权利要求1 所述的基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法，其特征在于，所述通过整体腐蚀，对水泥石样本进行酸性介质腐蚀规律和腐蚀机理的分析，包括：将水泥石样本放入高温高压腐蚀仪中，在酸性气体腐蚀环境中腐蚀预设时间，并以氯化钙和蒸馏水两种水型为基础进行第一腐蚀实验；

根据所述第一腐蚀实验获得第一腐蚀深度数据，并基于所述第一腐蚀深度数据进行综合评价，得到第一分析结果。

3.如权利要求1 所述的基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法，其特征在于，所述通过界面腐蚀，对水泥石样本进行酸性介质腐蚀规律和腐蚀机理的分析，包括：将水泥石样本装入耐腐蚀模具中，并使用环氧树脂密封水泥石和模具未接触部位，抛光水泥石端面，获得处理完成的水泥石样本；

将所述处理完成的水泥石样本放入高温高压腐蚀仪中进行第二腐蚀实验；

根据所述第二腐蚀实验获得第二腐蚀深度数据，并基于所述第二腐蚀深度数据进行综合评价，得到第二分析结果。

4.如权利要求1 所述的基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法，其特征在于，所述水泥环三轴应力力学性能分析，模拟水泥石样本在地层中所承受的三向应力、地层压力以及温度，获得三轴应力‑应变曲线之后，包括：根据所述三轴应力‑应变曲线，计算水泥石样本的杨氏模量、泊松比、屈服强度、屈服应变、极限强度及极限应变。

5.如权利要求4 所述的基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法，其特征在于，所述水泥环三轴应力力学性能分析，模拟水泥石样本在地层中所承受的三向应力、地层压力以及温度之前，包括：设置预设加载速率、预设温度、以及预设围压。

6.如权利要求1 所述的基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法，其特征在于，所述通过套管‑水泥环‑地层组合体弹塑性模型分析水泥环的力学完整性，包括：以所述套管‑水泥环‑地层组合体弹塑性模型为基础，建立地层‑水泥环‑套管二维有限元模型，将水泥环在受力后产生的应变，与极限应变相对比，获得水泥环的力学完整性。

7.一种芯片，其特征在于，包括：第一处理器，用于从第一存储器中调用并运行计算机程序，使得安装有所述芯片的设备执行如权利要求1至6任一项所述的基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法的各个步骤。

8.一种终端，其特征在于，包括第二存储器、第二处理器以及存储在所述第二存储器中并可在所述第二处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述第二处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6中任一项所述的基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法的步骤。

说明书

基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法

技术领域

[0001] 本发明涉及井筒风险评价技术领域，特别是涉及一种基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法、芯片及存储介质。

背景技术

[0002] 油田开发到后期，部分油气井存在套管损坏、井下落物等情况，被迫长期停关井，成为废弃井。对于这些废弃井，之前的工程可能导致密封结构损坏，主要是井筒及升高短节的损坏，井筒损坏将产生油气窜流的通道，升高短节损坏将无法承受井底气体压力，因而需要将具有结构损坏的油气井井口及时进行封堵，否则将严重影响油气安全环保开发。

[0003] 但是，早期的油气井深度浅、封堵材料并不耐久以及弃置标准含糊不清，技术并没有得到较大的发展。因此，亟须一种油气井封堵方法，为油气田后期开发至废弃封堵提供科学依据。

发明内容

[0004] 基于此，本发明提供一种基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法、芯片及存储介质，解决现有技术中没有可靠的用于封堵油气井的方案的问题。

[0005] 第一方面，提供一种基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法，包括：

[0006] 对目标油气井的井筒进行完整性检测分析；

[0007] 对目标油气井的升高短节进行完整性检测分析；

[0008] 根据油气井井筒完整性检测分析结果和升高短节进行完整性检测分析结果将目标油气井标记为待封堵或性能正常。

[0009] 可选地，对目标油气井的井筒进行完整性检测分析，包括：

[0010] 基于目标油气井的目标水泥环取样获得水泥石样本，并获取目标水泥环的历史建造信息；

[0011] 基于所述水泥石样本和所述历史建造信息进行水泥环状态机理分析，包括钻井液、水泥浆、钻井液处理剂的接触分析、含硫气井固井水泥环腐蚀分析、水泥环三轴应力力学性能分析、水泥环力学完整性弹塑性分析；

[0012] 所述钻井液、水泥浆、钻井液处理剂的接触分析，分析钻井液与水泥浆的接触污染、钻井液处理剂对水泥浆流变性能影响、水泥浆对钻井液性能影响；所述含硫气井固井水泥环腐蚀分析，通过整体腐蚀和界面腐蚀，对水泥石样本进行酸性介质腐蚀规律和腐蚀机理的分析；所述水泥环三轴应力力学性能分析，模拟水泥石样本在地层中所承受的三向应力、地层压力以及温度，获得三轴应力‑应变曲线；所述水泥环力学完整性弹塑性分析，通过套管‑水泥环‑地层组合体弹塑性模型分析水泥环的力学完整性；

[0013] 基于水泥环状态机理分析结果，对目标水泥环进行质量分析，获取所述目标水泥环的当前状态；

[0014] 若目标水泥环的当前状态表示其已损坏，将所述目标油气井标记为井筒不完整。

[0015] 可选地，所述通过整体腐蚀，对水泥石样本进行酸性介质腐蚀规律和腐蚀机理的分析，包括：

[0016] 将水泥石样本放入高温高压腐蚀仪中，在酸性气体腐蚀环境中腐蚀预设时间，并以氯化钙和蒸馏水两种水型为基础进行第一腐蚀试验；

[0017] 根据所述第一腐蚀实验获得第一腐蚀深度数据，并基于所述第一腐蚀深度数据进行综合评价，得到第一分析结果。

[0018] 可选地，所述通过界面腐蚀，对水泥石样本进行酸性介质腐蚀规律和腐蚀机理的分析，包括：

[0019] 将水泥石样本装入耐腐蚀模具中，并使用环氧树脂密封水泥石和模具未接触部位，抛光水泥石端面，获得处理完成的水泥石样本；

[0020] 将所述处理完成的水泥石样本放入高温高压腐蚀仪中进行第二腐蚀实验；

[0021] 根据所述第二腐蚀实验获得第二腐蚀深度数据，并基于所述第二腐蚀深度数据进行综合评价，得到第二分析结果。

[0022] 可选地，所述水泥环三轴应力力学性能分析，模拟水泥石样本在地层中所承受的三向应力、地层压力以及温度，获得三轴应力‑应变曲线之后，包括：

[0023] 根据所述三轴应力‑应变曲线，计算水泥石样本的杨氏模量、泊松比、屈服强度、屈服应变、极限强度及极限应变。

[0024] 可选地，所述固井水泥石弹性力学性能分析，模拟水泥石样本在地层中所承受的三向应力、地层压力以及温度之前，包括：

[0025] 设置预设加载速率、预设温度、以及预设围压。

[0026] 可选地，所述通过套管‑水泥环‑地层组合体弹塑性模型分析水泥环的力学完整性，包括：

[0027] 以所述套管‑水泥环‑地层组合体弹塑性模型为基础，建立地层‑水泥环‑套管二维有限元模型，将水泥环在受力后产生的应变，与极限应变相对比，获得水泥环的力学完整性。

[0028] 可选地，对目标油气井的升高短节进行完整性检测分析，包括：

[0029] 通过定向测厚仪检测目标油气井的升高短节获得缺陷图像，并基于所述缺陷图像进行数据分析，获得缺陷信息；

[0030] 通过应变测量装置检测目标油气井的升高短节处主应力大小和方向，进行载荷分布计算分析；

[0031] 当缺陷信息和载荷分布计算分析结果表示其已损坏，将所述目标油气井标记为升高短节不完整。

[0032] 第二方面，提供一种芯片，包括第一处理器，用于从第一存储器中调用并运行计算机程序，使得安装有所述芯片的设备执行如权利要求1至8任一项所述的基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法的各个步骤。

[0033] 第三方面，提供一种终端，包括第二存储器、第二处理器以及存储在所述第二存储器中并可在所述第二处理器上运行的计算机程序，第二处理器执行所述计算机程序时实现如上介绍的基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法的各个步骤。

[0034] 上述基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法、装置、芯片及存储介质，通过根据油气井井筒完整性检测分析结果和升高短节进行完整性检测分析结果，判断目标油气井的密封结构性能是否损坏，进而进行封堵标记或者性能正常的标记，提供可靠的封堵油气井的方案，对后期废弃井进行准确封堵。

附图说明

[0035] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0036] 图1为本发明实施例基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法的基本流程示意图；

[0037] 图2为本发明实施例井筒的完整性检测分析的基本流程示意图；

[0038] 图3为本发明实施例套管‑水泥环‑井壁围岩弹塑性力学耦合模型示意图；

[0039] 图4为本发明实施例地层‑水泥环‑套管二维有限元模型示意图；

[0040] 图5为本发明实施例升高短节的完整性检测分析的基本流程示意图；

[0041] 图6为本发明实施例提供的一种终端的基本结构框图。

具体实施方式

[0042] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

[0043] 在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。

[0044] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0045] 本申请实施例可以基于人工智能技术对相关的数据进行获取和处理。其中，人工智能(AI：Artificial Intelligence)是利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能,感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用系统。

[0046] 人工智能基础技术一般包括如传感器、专用人工智能芯片、云计算、分布式存储、大数据处理技术、操作/交互系统、机电一体化等技术。人工智能软件技术主要包括计算机视觉技术、机器人技术、生物识别技术、语音处理技术、自然语言处理技术以及机器学习/深度学习等几大方向。

[0047] 具体地请参阅图1，图1为本实施例基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法的基本流程示意图。

[0048] 如图1所示，一种基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法，包括：

[0049] S11、对目标油气井的井筒进行完整性检测分析；

[0050] S12、对目标油气井的升高短节进行完整性检测分析；

[0051] S13、根据油气井井筒完整性检测分析结果和升高短节进行完整性检测分析结果将目标油气井标记为待封堵或性能正常。

[0052] 本发明实施例中，上述步骤S11根据油气井井筒完整性检测分析结果，将水泥环不完整的目标油气井进行标记，上述步骤S12根据升高短节进行完整性检测分析结果将升高短节不完整的目标油气井进行标记，然后步骤S13基于步骤S11和S12，将具有任一标记，即井筒不完整和/或升高短节不完整的油气井最终标记为待封堵，将不具有任何标记的油气井最终标记为正常。

[0053] 对于上述步骤S11，井筒属于油气井底部结构，其质量主要取决于水泥环的质量，一旦水泥环不再具有封隔性，井筒不再具备完整性，油气井需要进行封堵。因此，本发明实施例通过水泥环封隔性评价，实现目标油气井的井筒的完整性检测分析，如图2所示，包括但不限于如下步骤：

[0054] S111、对目标水泥环进行取样获得水泥石样本，并获取目标水泥环的历史建造信息。

[0055] 在上述步骤S111中，水泥石样本的制备获取方式示例性的为：按API(American Petroleum Institute，美国石油学会)规范制备和养护现场取样水泥浆，高温高压养护结束后，取心获得水泥石样本。目标水泥环的历史建造信息包括但不限于：最高环境温度、最高围压、钻井液处理剂种类、水泥浆密度、油井水泥外加剂种类、钻井液浓度、油井水泥外加剂等。

[0056] S112、基于所述水泥石样本和所述历史建造信息进行水泥环状态机理分析，包括钻井液、水泥浆、钻井液处理剂的接触分析、含硫气井固井水泥环腐蚀分析、水泥环三轴应力力学性能分析、水泥环力学完整性弹塑性分析。

[0057] 上述步骤S112为目标水泥环的状态机理分析，在本发明实施例中，所述钻井液、水泥浆、钻井液处理剂的接触分析，分析钻井液与水泥浆的接触污染、钻井液处理剂对水泥浆流变性能影响、水泥浆对钻井液性能影响；所述含硫气井固井水泥环腐蚀分析，通过整体腐蚀和界面腐蚀，对水泥石样本进行酸性介质腐蚀规律和腐蚀机理的分析；所述水泥环三轴应力力学性能分析，模拟水泥石样本在地层中所承受的三向应力、地层压力以及温度，获得三轴应力‑应变曲线；所述水泥环力学完整性弹塑性分析，通过套管‑水泥环‑地层组合体弹塑性模型分析水泥环的力学完整性。

[0058] 在实际应用中，即使在固井前设计了良好的水泥浆体系和顶替设计，但是一旦钻井液与水泥浆在井下接触污染，也容易导致固井层间封隔失效，因此，在本发明实施例中，通过钻井液、水泥浆、钻井液处理剂的接触分析，判断目标水泥环是否为环空掺混的流体在环空凝固后所形成的钻井液与水泥浆混浆水泥环，进而完成固井层间封隔失效程度的评价。

[0059] 在本发明实施例中，不同密度水泥石具有不同的酸性介质腐蚀规律和腐蚀机理，含硫气井固井水泥环腐蚀分析确定了不同密度水泥石的酸性介质腐蚀规律和腐蚀机理，并且，整体腐蚀和界面腐蚀适用于不同地区含硫气井的实际情况，如川渝气田含硫气井井下水泥环并非整体同时受到四面八方的腐蚀，而仅气层与水泥环的界面受到持续的酸性腐蚀，因此，对川渝气田此类的含硫气井使用界面腐蚀的试验方法实现酸性介质腐蚀规律和腐蚀机理的分析。

[0060] 在实际应用中，深井、超深井、气井中，水泥环的力学完整性破坏是引起环空气窜等井下事故的一个主要因素。在完井及增产作业等措施中，井内压力会发生一定的变化，如果套管和水泥环此时所承受的压力超过了套管、水泥环自身的承载能力，就会引起套管、水泥环的破坏，也就失去了水泥环的力学完整性。对井筒力学完整性的研究方面，主要注重完井管柱和套管的安全性，而忽略了“井筒第一屏障”—水泥环的力学完整性。本发明实施例延续数学建模的理论研究方法，采用美国MTS公司815多功能岩石力学试验仪，模拟岩心在地层中所承受的三向应力、地层压力以及温度等状况，并按照相关的实验标准进行三轴条件下岩心的强度特征以及变形特征等岩石力学实验，模拟水泥石样本在地层中所承受的三向应力、地层压力以及温度，获得三轴应力‑应变曲线，完成井下水泥环力学完整性的评价。

[0061] 在具体应用中，水泥环的力学完整性还包括弹塑性，因此，本发明实施例还通过套管‑水泥环‑井壁围岩弹塑性力学耦合模型分析水泥环的力学完整性。

[0062] S113、基于水泥环状态机理分析结果，对目标水泥环进行质量分析，获取所述目标水泥环的当前状态。

[0063] 上述步骤S112真实模拟实际水泥环在服役工况下的环境及受力过程，从应力和弹塑性两方面分析水泥环的力学完整性，验证水泥环的力学损坏程度，还对水泥环形成过程进行模拟，完成固井层间封隔失效程度的评价，同时通过整体腐蚀和界面腐蚀实现酸性介质腐蚀规律和腐蚀机理的分析，完成腐蚀程度的评价，由此，上述步骤S113的基于水泥环状态机理分析结果包括水泥环的力学损坏程度、固井层间封隔失效程度的评价、腐蚀程度的评价。

[0064] 在一个实施例中，目标水泥环的当前状态可以用分值表示。

[0065] S114、若目标水泥环的当前状态表示其已损坏，将所述目标油气井标记为井筒不完整。

[0066] 本发明实施例还对步骤S112中，所述钻井液、水泥浆、钻井液处理剂的接触分析进行详细说明，上述接触分析包括：钻井液与水泥浆的接触污染、钻井液处理剂对水泥浆流变性能影响、水泥浆对钻井液性能影响。

[0067] 需要说明的是，水泥浆即水泥环原料，本发明实施例中所述的水泥浆密度，是基于其稠化及硬化之前的状态获得的。

[0068] 其中，钻井液与水泥浆的接触污染，主要分析钻井液与水泥浆的干涉现象。实际应用中，钻井液与水泥浆是两种物理化学性能和用途均不相同的工作流体，两种流体的组分不同，物理化学特征不同，因此在相互接触掺混后就出现不同程度的物理化学反应，产生化学干涉现象。而常规钻井液与水泥浆顶替，钻井液与水泥浆形成混浆在环空内，顶替效率很低，混浆流动能力很差，所以几乎流不动，从而形成环空掺混的流体，其在环空凝固后所形成的钻井液与水泥浆混浆水泥环，这种水泥环的强度很小。一旦形成此种水泥环，即使在固井前设计了良好的水泥浆体系和顶替设计，也容易导致固井层间封隔失效。

[0069] 示例性的，分析钻井液与水泥浆的干涉现象的方法，主要依据SY/T 5546‑92《油井水泥应用性能试验方法》、GB 10238‑2005《油井水泥》、GB/T 19139‑2005《油井水泥试验方法》、GB/T 16783.1‑2006《钻井液现场测试第一部分：水基钻井液》、GB/T 5005‑2010《钻井液材料规范》、API RP 10B《油井水泥试验推荐做法》和川渝地区深井固井相容性常规污染试验方法的相应规定，测试水泥浆、钻井液、混浆的性能。

[0070] 其中，钻井液处理剂对水泥浆流变性能影响，示例性的，本发明实施例选取14种钻井液处理剂，如下表1，按照单一钻井液处理剂评价步骤，对龙002‑4井177.8mm套管的固井缓凝常规密度水泥浆使用钻井液处理剂，实践14种钻井液处理剂对常规密度、高密度水泥浆流动流变性能、稠化时间的影响规律。

[0071] 常规密度水泥浆的常流流动度为25cm，高流流动度为22cm，稠化时间为300min。高密度水泥浆的常流流动度为20cm，高流流动度为19cm，稠化时间为320min。因此，高流实验的实验条件规定为：水泥浆在常压稠化仪90℃下预置2h，测试其流动度值。

[0072]

[0073]

[0074] 表1

[0075] 基于常规密度水泥浆的结论：14种钻井液处理剂中，对常规密度水泥浆流变性能无影响或影响甚微的钻井液处理剂包括HPS、SHR、JN‑A、MG‑1、LS‑2、KR102、RLC‑101；对常规密度水泥浆流变性能影响较大的钻井液处理剂包括SMP‑1、KHM、KPAM、YH‑S，其在水泥浆中的比例应分别控制在1％、1％、0％、1％以内；对常规密度水泥浆流变性能有一定影响的钻井液处理剂包括SMT、SMC、生物增粘剂，其在水泥浆中的比例应分别控制在1.2％、2％、0.5％以内。

[0076] 基于高密度水泥浆的结论：钻井液处理剂对高密度水泥浆流变性能的影响规律与常规密度相比较，变化不大；高密度水泥浆与常规密度水泥浆所用油井水泥、油井水泥外加剂相同，其差异主要在于高密度水泥浆的固相含量高，液固比较低，水泥浆流动性较差。应更加重视钻井液处理剂对高密度水泥浆流动性的影响规律研究。

[0077] 基于稠化时间影响的结论：在前期流变性能实验基础上，将各种钻井液处理剂加入到水泥浆中开展高温高压污染稠化实验，考察钻井液处理剂对常规密度水泥浆稠化时间的影响规律。单一钻井液处理剂对水泥浆稠化实验条件为105℃×60MPa×50min。

[0078] 对常规密度水泥浆，在一定加量范围内，SMC、KHM、HPS、SHR、MG‑1、LS‑2、YH‑S、RLC‑101能够延长水泥浆稠化时间，且对流动度无不良影响；KPAM、生物增粘剂能够急剧缩短水泥浆稠化时间，且这种影响不可控；SMT、SMP‑1、JN‑A能够缩短水泥浆稠化时间，但影响可控。其加量应控制在0.5％、0.3％、0.3％以内。钻井液处理剂对高密度水泥浆稠化时间的影响规律与常规密度相比较，变化不大。

[0079] 上述结论内容在本发明实施例中的应用示例性的为，将水泥浆密度、钻井液处理剂类型、钻井液处理剂用量作为变量，将固井层间封隔失效程度作为结果，构建相应函数或分值表格，当历史建造信息表示目标水泥环的水泥浆密度为常规密度，且钻井液处理剂类型为上述的对流变性能影响较大的钻井液处理剂时，根据钻井液处理剂类型及用量对固井层间封隔失效程度的数值进行调整。

[0080] 其中，水泥浆对钻井液性能影响，示例性的，本发明实施例选取6种油井水泥外加剂，包括SD18、SD12、SDP‑1、SD10、SD32、SD21等；按照单一油井水泥外加剂评价步骤，开展油井水泥外加剂对钻井液的性能影响研究。钻井液密度分别为1.85g/cm3、2.26g/cm3，高流实验条件规定为在常压稠化仪90℃下预置20min，测试其流变性能。

[0081] 基于钻井液密度1.85g/cm3的结论：SD18对钻井液流变性能有较大影响，进行污染原因分析时应重点考察SD18的影响；SDP‑1、SD10、SD32、SD12、SD21等对钻井液流变性能均无明显负面影响。

[0082] 基于钻井液密度2.26g/cm3的结论：SD18、SD12对高密度钻井液流变性能有较大影响，进行污染原因分析时重点考察SD18、SD12的影响；SDP‑1、SD10、SD32等对钻井液流变性能均无明显负面影响。

[0083] 对稠化时间影响的结论：SD18、SD12对混合流体的初稠有较大影响，进行污染原因分析时，重点考察SD18、SD12的影响；SDP‑1、SD10、SD32、SD21等对混合流体的初稠、稠化时间等均无明显负面影响。

[0084] 上述结论内容在本发明实施例中的应用示例性的为，将油井水泥外加剂作为变量，将钻井液流变性能作为第二变量，将固井层间封隔失效程度作为结果，构建相应函数或分值表格，当历史建造信息表示油井水泥外加剂为SD18、SD12时，调整第二变量的值，并根据调整后的第二变量的值，对固井层间封隔失效程度的数值进行调整。

[0085] 本发明实施例还对步骤S112中，含硫气井固井水泥环腐蚀分析进行详细说明，首先，在地层(气层)—水泥环—套管这一井下系统中，固井水泥环是阻止H2S、CO2等酸性介质腐蚀的第一道屏障。因此必须对防腐蚀水泥浆体系进行研究，弄清楚水泥石在酸性环境下腐蚀的本质，有针对性地采取相应的防腐措施，从根本上提高酸性气井的固井质量。采用水泥石完全浸泡的整体腐蚀，以及水泥石局部浸泡的界面腐蚀两种方式对水泥环受CO2、H2S等酸性气体腐蚀的机理进行深入分析。

[0086] 含硫气井固井水泥环腐蚀分析中，所述通过整体腐蚀，对水泥石样本进行酸性介质腐蚀规律和腐蚀机理的分析，包括：

[0087] 将水泥石样本放入高温高压腐蚀仪中，在酸性气体腐蚀环境中腐蚀预设时间，并以氯化钙和蒸馏水两种水型为基础进行第一腐蚀试验；

[0088] 根据所述第一腐蚀实验获得第一腐蚀深度数据，并基于所述第一腐蚀深度数据进行综合评价，得到第一分析结果。

[0089] 需要说明的是，本发明实施例中，整体腐蚀提供的酸性气体腐蚀环境包括单一CO2、单一H2S和CO2、H2S复合酸性气体三种环境。

[0090] 此外，水泥浆体系配方为：G级+高温稳定剂+微硅粉+3％SDP‑1+1.5％SD66+2.7％FS‑31L+5％SD10，水灰比为0.44，密度为1.88g/cm3。且为兼顾常规性能测试、孔隙度渗透率测试和腐蚀养护需要，水泥环样本为两种尺寸，分别为取心大小Φ25mm×25mm和取心大小Φ25mm×50mm。

[0091] 示例性的，上述腐蚀试验共进行了7组实验，实验设计参数如下表2。

[0092]

[0093]

[0094] 表2

[0095] 示例性的，第一腐蚀深度数据包括H2S分压、CO2分压、总压、温度、侵入深度，基于此获得第一分析结果：

[0096] a、在单一H2S、CO2和H2S/CO2混合的腐蚀环境下，随腐蚀气体分压的增加水泥石强度降低，腐蚀深度增加；由于水泥石表面形成致密腐蚀层，腐蚀后水泥石的渗透率和孔隙度不增反降。

[0097] b、在单一CO2腐蚀环境下，水泥石的腐蚀产物以SiO2(无定形)、CaCO3为主；在单一H2S腐蚀环境下，水泥石的腐蚀产物以SiO2(无定形)、CaSO4·2H2O，Aft为主；在H2S/CO2混合的腐蚀环境下，水泥石的腐蚀产物以SiO2(无定形)、CaCO3、CaSO4·2H2O，Aft为主。

[0098] 在含有H2S气体的腐蚀环境下，如下表3。

[0099]

[0100]

[0101] 表3

[0102] 含硫气井固井水泥环腐蚀分析中，所述界面腐蚀，表示仅气层与水泥环的界面受到持续的酸性腐蚀，本发明实施例中，通过界面腐蚀对水泥石样本进行酸性介质腐蚀规律和腐蚀机理的分析，包括：

[0103] 将水泥石样本装入耐腐蚀模具中，并使用环氧树脂密封水泥石和模具未接触部位，抛光水泥石端面，获得处理完成的水泥石样本；

[0104] 将所述处理完成的水泥石样本放入高温高压腐蚀仪中进行第二腐蚀实验；

[0105] 根据所述第二腐蚀实验获得第二腐蚀深度数据，并基于所述第二腐蚀深度数据进行综合评价，得到第二分析结果。

[0106] 其中，水泥石样本的取心大小为Φ25mm×50mm，耐腐蚀模具的内径为26mm，长度为52mm，使用环氧树脂密封水泥石和模具未接触部位，用于保证水泥石与模具之间的密封性，从而模拟地层与水泥环界面的胶结。

[0107] 示例性的，第二腐蚀深度数据包括腐蚀性组分侵入水泥石的深度、腐蚀后水泥石渗透率及孔隙度、腐蚀后水泥石微观结构、腐蚀后水泥石组分等，基于此获得第二分析结果：

[0108] a、在高温高压酸性气体腐蚀条件下，随养护温度和时间的增加，各种水泥石界面腐蚀深度增大，但增加幅度随时间的延长呈减弱趋势；抗压强度值呈降低趋势；孔隙度和渗透率呈下降趋势。在常压地层水浸泡腐蚀的环境下，随养护时间的增加，各种水泥石的强度略有增加，但增加的幅度呈减弱的趋势，分析可能是在7天和14天内，地层水对水泥石的养护作用占主要位置，而腐蚀作用占次要位置的原因。

[0109] b、各种水泥石界面腐蚀深度随硫化氢分压、总压的增加而增加；抗压强度、孔隙率和渗透率随硫化氢分压、总压的增加呈下降趋势。腐蚀介质的分压是影响水泥石腐蚀速率的主要因素，腐蚀环境的总压是次要因素。

[0110] c、在酸性腐蚀环境下，三种体系水泥石的腐蚀产物以S iO2(无定形)、CaCO3、CaSO4·2H2O、Aft为主。

[0111] d、在酸性环境下，由于三种体系的水泥石的内部结构的不同，得出三种水泥石的耐腐蚀能力依次为：高密度水泥石＞常规密度水泥石＞低密度水泥石。

[0112] 利用整体腐蚀和界面腐蚀两种方法，对不同密度水泥石进行了酸性介质腐蚀规律和腐蚀机理的分析，其在本发明实施例中的应用为：在酸性气井井下，H2S、CO2等酸性气体横向上，从产层与水泥环界面向水泥环、套管方向，纵向上，从产层与水泥环界面向气井上部方向对水泥环进行腐蚀。在水泥环与气层接触表面完全腐蚀带，由于酸性气体与水泥环发生化学反应，水泥环的致密性受到破坏而导致水泥环腐蚀表面孔隙度、渗透率增加。随时间的推移，酸性腐蚀介质继续向水泥环内部作用，其腐蚀产物S iO2、AFt、C‑S‑H凝胶、CaCO3、CaSO4·2H2O、CaS等利用水泥环表面完全腐蚀带中的孔隙向表面运移，逐渐形成一致密过渡带。此致密过渡带由于大量腐蚀产物的富集堵塞孔道，反而使得此处孔隙度、渗透率不增反降，并最终使H2S、CO2等酸性腐蚀介质难以在横向和纵向上继续对水泥环展开腐蚀。因此，若当前地区适用整体腐蚀，则水泥环腐蚀程度较高，对水泥环完整性的负面影响较高，若当前地区适用界面腐蚀，则水泥环腐蚀程度较低，对水泥环完整性的负面影响较低。据此，实际应用时，实际数值可以通过建立水泥石密度‑腐蚀时间‑水泥环腐蚀程度的关系模型获得。

[0113] 在一个实施例中，水泥环三轴应力力学性能分析中，模拟水泥石样本在地层中所承受的三向应力、地层压力以及温度，获得三轴应力‑应变曲线之后，还包括：

[0114] 根据所述三轴应力‑应变曲线，计算水泥石样本的杨氏模量、泊松比、屈服强度、屈服应变、极限强度及极限应变。

[0115] 上述的水泥石样本的杨氏模量、泊松比、屈服强度、屈服应变、极限强度及极限应变等数据，用于评价水泥环形变量、恢复形变的能力。

[0116] 实际应用中，加载速率、温度、以及围压会对水泥环三轴应力力学性能分析结果造成影响，因此，在一个实施例中，所述固井水泥石弹性力学性能分析，模拟水泥石样本在地层中所承受的三向应力、地层压力以及温度之前，包括：

[0117] 设置预设加载速率、预设温度、以及预设围压。

[0118] 需要说明的是，在预设加载速率、预设温度、以及预设围压的设置遵循控制变量，即设置不同的预设加载速率后，设置相同的预设温度、以及预设围压，设置不同的预设温度后，设置相同的加载速率、以及预设围压。其中，温度对极限应力的影响较大；围压对极限应变的影响较大，围压对弹性模量的影响较小；在较高围压与较高温度下，水泥石的屈服阶段较为明显。温度对极限应变的影响较大；围压对极限应力和极限应变的影响较大；在较高围压与较低温度下，水泥石的屈服阶段较为明显。

[0119] 在一个实施例中，在较高加载速率下，水泥石应力‑应变曲线平滑，且屈服阶段较明显，交变载荷的最高载荷以计算得到的屈服强度值更能进行不同水泥石数据规律的对比。即交变载荷下，较高的加载速率能较为真实反映水泥石的屈服应变行为，因此，预设加载速率为交变载荷下的较高加载速率，如交变载荷下5.0kN/min为较高加载速率，交变载荷下1.6kN/min为较低加载速率。

[0120] 上述内容在本发明实施例中的应用示例性的为，在交变载荷下的较高加载速率进行水泥环三轴应力力学性能分析，将温度、围压作为变量，获得水泥石应力‑应变曲线，并计算得到的屈服强度值；获取历史建造信息中的最高温度及最高围压，分析是否达到上述水泥环三轴应力力学性能分析中的最大屈服强度值，从而完成基于应力的水泥环力学完整性的判断。

[0121] 本发明实施例还以某井2的3个平行水泥石样本在变量为加载速率的测定，对水泥环三轴应力力学性能分析过程进行说明。设置3个平行水泥石样本的养护条件为58℃×20.7MPa条件下养护7天，实验条件为58℃×20.7MPa，交变载荷下加载速率1.6kN/min，卸载速率3.2kN/min，计算所得实验数据如下表4所示。

[0122]

[0123]

[0124] 表4

[0125] 需要说明的是，上述实验数据所涉及计算有两种方法，一种是以50％的点来计算杨氏模量，另一种是以切线斜率来计算杨氏模量。

[0126] 本发明实施例还对上述步骤S112，通过套管‑水泥环‑地层组合体弹塑性模型分析水泥环的力学完整性，进行详细说明，其包括：

[0127] 以所述套管‑水泥环‑地层组合体弹塑性模型为基础，建立地层‑水泥环‑套管二维有限元模型，将水泥环在受力后产生的应变，与极限应变相对比，获得水泥环的力学完整性。

[0128] 首先对套管‑水泥环‑地层组合体弹塑性模型进行说明，在套管‑水泥环‑地层组合体弹塑性模型中，为便于研究井下套管‑水泥环‑井壁围岩组合体的弹塑性力学耦合情况，有以下假设条件：

[0129] 1、井眼为垂直井眼，且为规则的圆形；

[0130] 2、套管无限长且理想居中，固井过程中水泥浆完全充满环形空间；

[0131] 3、套管、水泥环、井壁围岩均为均质、连续、各向同性的理想弹塑性材料；

[0132] 4、套管无缺陷，水泥环完整、厚度均匀。

[0133] 5、组合体各界面之间紧密连接，无滑动；

[0134] 6、地应力为均匀应力。

[0135] 套管‑水泥环‑井壁围岩弹塑性力学耦合模型的示意图如图3所示，图中虚线为弹塑性区分界线，rp1、rp2、rp3分别为套管、水泥环、井壁围岩的塑性屈服半径，耦合体承受的内、外压力用p表示，界面间作用力用q表示。

[0136] q1至q5有如下关系：

[0137]

[0138]

[0139]

[0140]

[0141]

[0142]

[0143] f1·q1‑f2·q2＝f3·q3‑f4·q4

[0144] f5·q3‑f6·q4＝f7·q5‑f8·p0

[0145] 公式中的有关系数为：

[0146]

[0147]

[0148]

[0149]

[0150]

[0151]

[0152]

[0153]

[0154] 基于图3所示的套管‑水泥环‑井壁围岩弹塑性力学耦合模型，水泥环力学破坏判断准则分为：通过水泥环受力产生的应变判断水泥环的力学破坏，或者通过水泥环的应力状况判断水泥环的力学破坏。

[0155] 其中，通过水泥环受力产生的应变判断水泥环的力学破坏：一方面要分析在井内压力和地层应力作用下，水泥环上的周向应力和径向应力的分布情况，是否有正的周向应力或径向应力出现。根据应力方向定义，正的应力为拉应力或张应力，负的应力为压应力。如果水泥环上有正周向应力出现，那么就是周向张应力，水泥石的抗张或抗拉强度是很小的，周向张应力很容易使水泥环在径向方向产生裂缝，破坏水泥环的力学完整性；如出现正的径向应力，由于水泥环一、二胶结面的胶结强度比水泥环的抗拉强更小，出现径向张应力很容易就使水泥环的一、二胶结面轴向张裂破坏，水泥环的力学完整性被破坏。另一方面要分析的是水泥环未塑性屈服时的最大Tresca应力，或者水泥环已塑性屈服的塑性屈服范围。

[0156] 其中，通过水泥环的应力状况判断水泥环的力学破坏：需先基于套管‑水泥环‑井壁围岩弹塑性力学耦合模型，建立如图4所示的地层‑水泥环‑套管二维有限元模型，此时模型材料设定为弹塑性模型，可采用基于第三强度理论的最大剪应力判定准则，该判定准则认为物体的破坏是由于剪切力造成的，适合于存在塑性变形的材料。由于水泥环实验室力学测试获取的抗压强度以及屈服强度值是针对一定围压和几何形状的测试结果，通过分析套管‑水泥环‑地层的应力分布，计算水泥环在受力后发生的应变，和实验室获取的极限应变值进行比较，以此来判定水泥环是否发生塑性变形和力学破坏。

[0157] 在实际应用中，利用套管‑水泥环‑地层组合体弹塑性模型，计算固井水泥石在压井、试压、酸化、关井、开井等几种工况下的力学完整性，分析结果为6000m处水泥环在不同工况下均能保持力学完整性。而利用套管‑水泥环‑地层组合体有限元模型，对固井水泥石3
在压井、掏空、试压、酸化等工况下的力学完整性进行了探索，认为压井(清水、1.27g/cm)、掏空、试压35MPa工况下，6000m处水泥环能保持力学完整性，而在酸化(井口压力70MPa)工况下，6000m处水泥环完全破碎，但由于酸化时，封隔器以上套管和水泥环不直接承受高压(主要为完井管柱承受)，因此，在酸化时，封隔器以上水泥环能够保持其力学完整性。

[0158] 上述内容在本发明实施例中的应用示例性的为，可采用基于第三强度理论的最大剪应力判定准则，其适合于存在塑性变形的材料。由于水泥环实验室力学测试获取的抗压强度以及屈服强度值是针对一定围压和几何形状的测试结果，通过分析套管‑水泥环‑地层的应力分布，计算水泥环在受力后发生的应变，和实验室获取的极限应变值进行比较，以此来判定水泥环是否发生塑性变形和力学破坏，从而完成基于弹塑性的水泥环力学完整性的判断。

[0159] 需要说明的是，上述两种力学完整性判断结果为水泥环发送塑性变形或力学破坏，均表示水泥环的当前状态为损坏状态，不同于上述的固井层间封隔失效程度的评价和腐蚀程度的评价，需要根据评价结果进一步判断水泥环的状态。

[0160] 上述步骤S111至步骤S114，通过水泥环状态机理分析，即通过水泥环的力学完整性从应力和弹塑性两方面验证水泥环的力学损坏程度；对水泥环形成过程进行模拟，完成固井层间封隔失效程度的评价；同时通过整体腐蚀和界面腐蚀实现酸性介质腐蚀规律和腐蚀机理的分析，充分还原了目标水泥环在实际服役工况下的环境及受力，完成腐蚀程度的评价，然后根据水泥环状态机理分析结果，判断目标水泥环的当前状态，进而判断井筒的完整性。

[0161] 对于上述步骤S12，升高短节属于油气井井口结构，此处结构堆积了井底压力和气体，因此，本发明实施例通过缺陷检测和基于应力的载荷分布计算分析，实现目标油气井的升高短节进行完整性检测分析，如图5所示，包括但不限于如下步骤：

[0162] S121、通过定向测厚仪检测目标油气井的升高短节获得缺陷图像，并基于所述缺陷图像进行数据分析，获得缺陷信息；

[0163] S122、通过应变测量装置检测目标油气井的升高短节处主应力大小和方向，进行载荷分布计算分析；

[0164] S123、当缺陷信息和载荷分布计算分析结果表示其已损坏，将所述目标油气井标记为升高短节不完整。

[0165] 上述步骤S121中，定向测厚仪检测能得到缺陷图像，缺陷图像为二维图像，成像直观、缺陷显示清楚，同时基于缺陷图像进行数据分析，获得全面的缺陷信息，如尺寸、位置、部位损坏程度等。

[0166] 上述步骤S122中，应变测量装置包括应变片、采集仪、测量分析软件，升高短节处主应力大小和方向，载荷分布计算用于计算升高短节的最大综合应力，当升高短节的综合应力小于材料的许用应力，则处于安全状态，升高短节结构完整，性能正常。

[0167] 为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种油气井封堵井筒检测装置，包括：

[0168] 井筒检测模块，用于对目标油气井的井筒进行完整性检测分析；

[0169] 升高短节检测模块，用于对目标油气井的升高短节进行完整性检测分析；

[0170] 封堵标记模块，用于根据油气井井筒完整性检测分析结果和升高短节进行完整性检测分析结果将目标油气井标记为待封堵或性能正常。

[0171] 为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种芯片，该芯片可以为通用处理器，也可以为专用处理器。该芯片包括处理器，处理器用于支持终端执行上述相关步骤，例如从存储器中调用并运行计算机程序，使得安装有所述芯片的设备执行，以实现上述各个实施例中的基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法。

[0172] 可选的在一些示例下，该芯片还包括收发器，收发器用于接受处理器的控制，用于支持终端执行上述相关步骤，以实现上述各个实施例中的基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法。

[0173] 可选的，该芯片还可以包括存储介质。

[0174] 需要说明的是，该芯片可以使用下述电路或者器件来实现：一个或多个现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)、可编程逻辑器件(programmablelogic device，PLD)、控制器、状态机、门逻辑、分立硬件部件、任何其他适合的电路、或者能够执行本申请通篇所描述的各种功能的电路的任意组合。

[0175] 本发明还提供一种终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8中任一项所述的基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法的步骤。

[0176] 具体请参阅图6，图6为示出的一种终端的基本结构框图，该终端包括通过系统总线连接的处理器、非易失性存储介质、存储器和网络接口。其中，该终端的非易失性存储介质存储有操作系统、数据库和计算机可读指令，数据库中可存储有控件信息序列，该计算机可读指令被处理器执行时，可使得处理器实现一种基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法。该终端的处理器用于提供计算和控制能力，支撑整个终端的运行。该终端的存储器中可存储有计算机可读指令，该计算机可读指令被处理器执行时，可使得处理器执行一种基于井筒及升高短节完整性检测分析的油气井封堵方法。该终端的网络接口用于与终端连接通信。本领域技术人员可以理解，图中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的终端的限定，具体的终端可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

[0177] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。