ICS 75.020 CCS E13
NB
中华人民共和国能源行业标准
NB/T14004.4-—2022
页岩气 固井工程
第4部分：水泥环密封性评价方法
Shale gas--Cementing engineering-
Part 4 : Sealing evaluation method for cement sheath
2022—11—04发布
2023—05—04实施
国家能源局 发布 NB/T14004.4—2022
目 次
前言引言
I
IV
范围 2 规范性引用文件 3
国
术语和定义 4 水泥石力学性能测试 4.1试样制备 4.2 基本力学性能测试 5评价装置 5.1 装置组成 5.2 模拟井筒 5.3 压力模块 5.4 温控模块 5.5 气窜检测模块 5.6 应变测试模块 5.7 采集控制模块 5.8 脱模装置
2
实验方法 6.1 资料收集 6.2 压力变化下密封性实验 6.3 温度变化下密封性评价 6.4 温压耦合变化下密封性评价测试流程 7.1 组装模拟井筒和灌注水泥浆 7.2 养护和初始密封检测 7.3 压力变化下密封性测试流程 7.4 温度变化下密封性评价测试流程 7.5 温压耦合下密封性评价测试流程 7.6 脱模：实验评价
6
7
8
8.1 密封判定
1 NB/T 14004.4—2022
5
8.2 密封失效类型附录A（资料性） 模拟井筒设计原理附录B（资料性） 示例
6 8
000.00
II NB/T14004.4—2022
前言
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：
第1部分：技术规范：第2部分：水泥浆技术要求和评价方法：一第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。
III NB/T14004.4—2022
引言
我国页岩气储量非常丰富，目前已建成多个页岩气产区，产能逐年增长。在我国页岩气建设大力发展的同时，也存在因水泥环密封性失效引起的环空带压问题，影响页岩气的安全高效开发。未来我国将大力发展页岩气产业，为配套页岩气产业政策，支持页岩气开发利用，制定本文件。
本文件规定了固井水泥石的基本性能测试（包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比等）、 水泥环的密封性评价装置和测试方法等。对页岩气井现场应用的水泥浆，在试压、分段压裂和开采等过程中，因温度、压力变化进行密封性评价，可指导设计水泥浆性能，提高水泥环的密封性，保障页岩气的安全高效开发。
本文件在编制过程中注重以下原则：（1）注重可操作性充分查阅国内外有关水泥环密封性评价的文献，调研国内页岩气现场实际情况和整体技术水平，
增强标准的可操作性。
（2）与相关标准相统一、协调性国内水泥环密封评价方法方面，有GB/T19139—2012《油井水泥试验方法》、NB/T14004.2-
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《油气水泥石性能试验方法》，本文件引用以上3项标准内容和条目，做到与现行相关技术标准尽可能统一，对特殊性的要求进行重新规范，并保持好与NB/T14004《页岩气固井工程》的其他部分之间的统一性。
（3）注重科学性和实用性为了科学、准确地评价页岩气井水泥环的密封性，要求评价中使用的水泥浆配方、养护条件等与
现场情况保持一致；密封性评价中加载方式及水泥环受力状况模拟井下实际情况，推荐使用全尺寸水泥环密封评价装置。
IV NB/T14004.4—2022
页岩气固井工程
第4部分：水泥环密封性评价方法
1范围
本文件规范了页岩气井水泥环密封性评价装置、测试流程及评价方法。 本文件适用于页岩气井钻完井、开采及其他作业过程中水泥环的密封性评价。
2规范性引用文件
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—2012油井水泥试验方法 NB/T14004.2—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—2016油井水泥石性能试验方法
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
水泥环密封性sealing capacity of cement sheath 水泥环对油、气、水等井下流体的封隔能力。
4水泥石力学性能测试 4.1试样制备
按照GB/T19139—2012中相关规定制备水泥浆试样，养护72h后脱模。 4.2基本力学性能测试 4.2.1抗压强度测试
水泥石抗压强度测试方法按照GB/T19139-2012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%，则该组试样的试验结果无效。
1 NB/T 14004.4—2022
4.2.2 抗拉强度测试
水泥石抗拉强度测试按照NB/T14004.2—2016中规定的方法进行。 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。 4.2.4泊松比测试
水泥石泊松比测试按照SY/T6466一2016中规定的方法进行。
5评价装置 5.1 装置组成
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、采集模块和脱模装置组成，评价装置示意图如图1所示。
F13
M
标引序号说明：
13- 气泡传感器及流量计； 14 采集模块： 15- 光栅解调仪； 16 高压气源： 17- 压力跟踪泵。
光纤支架：下密封端：上密封端：
一内筒；一水泥环：一外筒；冷却管：温度传感器：一加热管：
1
8- J
2- 3- X 5
10 注气口： 11 气窜孔“ 12 加压孔：
6
图1水泥环密封性评价装置示意图
5.2模拟井筒 5.2.1内筒
内筒采用钢级P110、外径139.7mm、壁厚12.34mm的套管，长度1200mm。 5.2.2外筒
外筒采用304不锈钢，内径215.9mm，长度1200mm。外筒尺寸的设计见附录A。
2 NB/T14004.4—2022
5.2.3密封端
上密封端有气窜孔，与环空连通，下密封端有注气孔，与环空连通，加压孔与内筒连通。 5.3压力模块 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温控模块 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 气窜检测模块 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3000mL/min。 5.6 应变测试模块 5.6.1 应变测试模块包括光栅传感器、光纤、解调仪和传感器支架。 5.6.2 光栅传感器粘贴传感器支架上，通过光纤与解调仪连接。 5.6.3光栅传感器波长精度±5pm，应变范围-3000ug～3000u8。 5.7采集控制模块
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、气窜流量和总量。 5.8脱模装置
脱模装置包括液压油缸、支架、垫块。液压油缸量程不小于200t。脱模装置示意图如图2所示。
d
中
可
一
标引序号说明：
液压油缸一支架；垫块；模拟井筒。
2- 3- 4
图2脱模装置
3