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NB／T 14004.4-2022 页岩气 固井工程 第4部分：水泥环密封性评价方法.*df

NB／T 14004.4-2022 页岩气 固井工程 第4部分：水泥环密封性评价方法.*df简介：

<*>NB/T 14004.4-2022 是中国国家标准，全称为《页岩气固井工程 第4部分：水泥环密封性评价方法》，该标准主要针对页岩气勘探和开发过程中的固井工程，特别是水泥环的密封性评价。水泥环是井壁与套管之间的关键密封部件，其密封性对于防止气井泄漏，保证油井生产效率和环境保护至关重要。<*>该标准的第4部分详细描述了水泥环密封性评价的方法，包括但不限于：<*>1. 密封性检测设备：介绍了用于检测水泥环密封性能的设备和技术，如压力衰减法、声波检测法、渗透率测试等。<*>2. 评价指标：定义了水泥环密封性能的评价指标，如密封压力、泄漏率、渗透率等，这些指标用来判断水泥环的密封效果。<*>3. 测试方法：提供了具体的测试步骤和操作指南，包括如何准备样品、如何进行测试、如何分析结果等。<*>4. 数据分析：阐述了如何根据测试数据进行分析，以判断水泥环的密封性能是否达到设计要求。<*>5. 密封性改进措施：对于测试结果不达标的水泥环，该部分还给出了可能的改进措施和建议。<*>这个标准对于页岩气开采行业来说，具有重要的指导意义，可以确保固井工程的质量，保障井下设备的稳定运行，减少环境影响。

NB／T 14004.4-2022 页岩气 固井工程 第4部分：水泥环密封性评价方法.*df部分内容预览：

<*>本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的 规定起草。 本文件是NB/T14004《页岩气固井工程》的第4部分。NB/T14004已经发布了以下部分： 一第1部分：技术规范； 一第2部分：水泥浆技术要求和评价方法； 第3部分：质量监督及验收要求和方法； 第4部分：水泥环密封性评价方法。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由能源行业页岩气标准化技术委员会（NEA/TC26）提出并归口。 本文件起草单位：中石化石油工程技术研究院有限公司、西南石油大学、中国石油集团工程技术 研究院有限公司、中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司工程技术研究院、中石化江汉石油 工程有限公司、陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院。 本文件主要起草人：周仕明、陶谦、刘仍光、刘健、齐奉忠、辜涛、方晓君、李早元、于永金、 郑友志、张永强、张林海、刘奎。 <*>NB/T 14004.42022 <*>页岩气固井工程 第4部分：水泥环密封性评价方法 <*>页岩气固井工程 第4部分：水泥环密封性评价方法 <*>DB13(J)／T 279-2018标准下载页岩气井水泥环密封性评价装置、测试流程及 于页岩气井钻完井、开采及其他作业过程中水泥 <*>下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适 用于本文件。 GB/T19139一2012油井水泥试验方法 ， NB/T14004.2一2016页岩气固井工程第2部分：水泥浆技术要求和评价方法 SY/T6466一2016油井水泥石性能试验方法 <*>下列术语和定义适用于本文件。 3.1 水泥环密封性sealingca*acity of ce*ent sheath 水泥环对油、气、水等井下流体的封隔能力。 <*>4.2基本力学性能测试<*>4.2.1抗压强度测试<*>9139一2012中相关规定制备水泥浆试样，养护 <*>水泥石抗压强度测试方法按照GB/T19139一2012中相关规定进行。每组水泥石试样数量3个， 以所测全部试样的算术平均值作为该组试样的抗压强度。当所测最大值或最小值有一个超过中间值的 15%，则取中间值作为该组试样的抗压强度。如有两个测值与中间值的差值均超过中间值的15%， 购 该组试样的试验结果无效。 <*>NB/T 14004.4—2022 <*>NB/T14004.4—2022<*>4.2.2抗拉强度测试<*>4.2.3弹性模量测试<*>水泥石弹性模量测试按照NB/T14004.2一2016中规定的方法进行。 <*>水泥环密封性评价装置由模拟井筒、压力模块、温控模块、气窜检测模块、应变测试模块、采 和脱模装置组成，评价装置示意图如图1所示。 <*>内筒采用钢级P110、外径139.7**、壁厚12.34**的套管，长度1200** <*>水泥环密封性评价装置示意图 <*>外筒采用304不锈钢，内径215.9**，长度1200**。外筒尺寸的设计见附录A <*>5.3.1压力模块包括压力自动跟踪泵、压力传感器、空气压缩机和高压管线。<*>NB/T 14004.42022 <*>5.3.1压力模块包括压力自动跟踪泵、压力传感器、空气压缩机和高压管线。 5.3.2压力模块通过下密封端与内筒连接，给内筒加、卸压。最大工作压力120MPa。 <*>5.4.1温控模块包括加热管、冷却管、温度传感器、温度控制器、井筒保温材料和水源。 5.4.2加热管、冷却管、温度传感器固定在下密封端。通过加热内筒中的水升高模拟井筒温度，冷却 管与水源连接，不断循环降低井筒温度。 5.4.3温度控制范围：室温～150℃。 <*>5.5.1 气窜检测模块包括气窜孔、气泡传感器、气体流量计、通讯口、高压气源、气体调压阀、气体 管线。 5.5.2 气体流量计最大量程3000*L/*in <*>采集模块实时采集内筒压力、内筒温度、环空压力、注气压力、注气流量和总量、气窜流量 量 <*>NB/T 14004.42022 <*>6.1.1作业参数：压裂段数、井口压力、压裂段地层温 6.1.2生产参数：开发期间开关井温度、压力变化。 <*>作业参数：压裂段数、井口压力、压裂段地层 生产参数：开发期间开关井温度、压力变化。 <*>6.1.1作业参数：压裂段数、并口压力、压裂段地层温月<*>6.2.1内筒（循环）加卸载，循环次数不少于压裂段数。 6.2.2 压力上限取值压裂井口压力，加卸压速率（3±0.3）MPa/*in，稳压时间宜≥30*in。 <*>6.3.1内筒（循环）升降温，循环次数不少于压裂段数。 6.3.2温度上限取值井底静止温度，升降温速率（2±0.2）C/*in，恒温时间宜≥30*in。 <*>内筒（循环）加卸载和升降温，循环次数不少于压裂段数。 温度上限取值井底静止温度，升降温速率（2±0.2）C/*in；压力上限取值压裂井口压力， 玉速率（3±0.3）MPa/*in，恒温稳压时间宜≥30*in。 <*>6.4.1内筒（循环）加卸载和升降温，循环次数不少于压裂段数。 6.4.2温度上限取值井底静止温度，升降温速率（2±0.2）C/*in；压力上限取值压裂井口压力，加 卸压速率（3±0.3）MPa/*in，恒温稳压时间宜≥30*in。 <*>按下列步骤准备和灌注水泥浆： a）固定内筒和外筒在下密封端； b）连接完好的光栅传感器支架置人模拟井筒环空； c）制备水泥浆注入模拟井筒的环空中至模拟井筒顶端10**以内； d）拍打模拟井筒外侧，除去夹带的空气； e）嵌人上密封端。 <*>7.2.1 ：设定养护温度，加热养护水泥浆72h。 7.2.2养护结束后，由下密封端往水泥环底部注入氮气，注气压力1.0MPa，稳压时间30*in 7.2.3监测有气泡出现，视为密封失效，重新准备实验。 <*>7.3压力变化下密封性测试流程<*>7.3.1设定压力上下限值、上下限持续时间、循环次数、数据采集间隔时间。 7.3.2 启动压力模块、气窜检测模块、应变测试模块和采集模块。 7.3.3 气窜流量达到3000*L/*in，停止测试。 <*>7.4.2启动温控模块、气窜检测模块、应变测试模块和采集模块。 7.4.3气窜流量>3000*L/*in，停止测试。 <*>7.5温压耦合下密封性评价测试流程<*>NB/T 14004.42022 <*>7.5.1设定压力和温度上下限值、上下限持续时间、循环次数、数据采集间隔时间。 7.5.2启动压力、温控、气窜检测、应变测试和采集模块。 7.5.3最大气窜流量>3000*L/*in，停止测试。 <*>拆除与模拟井筒连接的管线，移除上下密封端。 .2 将模拟井筒放置于脱模装置的支架上，启动液压油缸，利用垫块分别将内筒和水泥环脱出， .3 2 将脱模后的内筒外侧和外筒内侧清洗 <*>8.1.1整个实验周期气泡和流量均未检测到可判定为正常。<*>8.1.1整个实验周期气泡和流量均未检测到可判定为正常。 8.1.2整个实验周期只检测到非连续气泡可判定为缓渗。 8.1.3整个实验周期连续两次检测到气窜流量≥10*L/*in可判定为失效。 <*>8.2.1在加载或升温阶段水泥环密封发生失效，可判定水泥环本体密封破坏。<*>8.2.1在加载或升温阶段水泥环密封发生失效，可判定水泥环本体密封破坏。 8.2.2在卸压或降温阶段水泥环密封发生失效DB41／T 2148-2021 特种设备安全隐患排查治理实施规范.*df，可判定水泥环界面胶结破坏。 8.2.3 3水泥环周向应力大于水泥石的抗拉强度，可判定为水泥环本体拉伸破坏 <*>NB/T 14004.42022 <*>附录A （资料性） 模拟井筒设计原理 根据轴对称弹性理论，适当选取金属圆筒的厚度，使其对水泥环的约束作用和半径无限大的地层 相同，即受到同样的内压，金属圆筒内壁的径向位移和井壁的径向位移完全相同。根据井壁围岩的弹 性模量和泊松比，计算出等效金属圆筒的厚度。套管一水泥环一井壁围岩组合体模型如图A.1所示。 <*>根据轴对称弹性理论，适当选取金属圆筒的厚度，使其对水泥环的约束作用和半径无限大的地 ， 即受到同样的内压，金属圆筒内壁的径向位移和井壁的径向位移完全相同。根据井壁围岩的 量和泊松比，计算出等效金属圆筒的厚度。套管一水泥环一井壁围岩组合体模型如图A.1所示 <*>图A.1套管一水泥环一井壁围岩组合体模型 <*>设井眼半径为r3，地层外半径为无穷大。根据平面应变下的轴对称弹性理论陕09J02_屋面.*df，当井壁受到径向应 力*作用时，井壁的径向位移U见公式（A.1）： <*>式中： U一井壁径向位移，单位为毫米（**）； r3一井眼半径，单位为毫米（**）； P一井壁受到的径向应力，单位为兆帕（MPa）； E一一井壁围岩弹性模量，单位为兆帕（MPa）； V一井壁围岩泊松比，无量纲。 采用金属圆筒代替地层，当金属圆筒内壁受到径向应力*作用时，其内壁的径向位移U。见 公式（A.2）：