本发明涉及采气工程技术领域，特别涉及一种环空保护液补液方法及装置。
背景技术：
随着天然气快速发展，越来越多的复杂气田投入开发。在含有二氧化碳等腐蚀介质的气井以及储气库注采井中，大多安装井下封隔器，封隔油套环空，避免套管承受高压，并在油套环空加注环空保护液，避免套管遭受腐蚀。现场实践发现，由于管柱或井下工具丝扣或本体发生泄漏，会导致环空保护液的液面降低、甚至全部漏失。如果环空保护液的液面远低于设计高度，液面以上不可避免的充满天然气，天然气中的二氧化碳等腐蚀介质将直接接触液面高度以上的套管内壁和油管外壁，其将得不到环空保护液的保护，存在腐蚀失效风险。此外，如果液面高度太低，环空保护液将不能有效平衡封隔器上下压差和油管内外压力，威胁封隔器和油管安全。对于环空泄漏达到平衡的井，环空液面基本稳定，环空补液可改善环空液面低于设计高度造成的安全隐患。目前加注方式是直接加注原配方环空保护液。但是由于油套环空中进入了天然气，其中的二氧化碳等腐蚀介质会不可避免地与环空保护液中的成分发生反应，从而导致环空保护液的性能的降低或失效，若加注原配方环空保护液，不能确保加注后整个环空中保护液性能与设计指标一致，从而不能很好的对油套管的保护作用。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种环空保护液补液方法及装置，具体计算了所需加注环空保护液的体积和浓度，这样确保了加注后整个环空中保护液性能与设计指标一致，提高环空保护液对油套管的保护作用。
该环空保护液补液方法包括：
获取环空补液井的基础数据；
获取环空保护液的液面高度；
根据所述环空补液井的基础数据和所述环空保护液的液面高度，确定油套环空中天然气体积；
根据所述油套环空中天然气体积，确定所需的环空保护液的体积和浓度；
按照所述所需的环空保护液的体积和浓度进行补液操作。
该环空保护液补液装置包括：
基础数据获取模块，用于获取环空补液井的基础数据；
液面高度获取模块，用于获取环空保护液的液面高度；
天然气体积确定模块，用于根据所述环空补液井的基础数据和所述环空保护液的液面高度，确定油套环空中天然气体积；
保护液的体积和浓度确定模块，用于根据所述油套环空中天然气体积，确定所需的环空保护液的体积和浓度；
补液控制操作模块，用于按照所述所需的环空保护液的体积和浓度进行补液操作。
在本发明实施例中，通过环空补液井的基础数据获取、环空保护液的液面高度测量、环空天然气体积计算、加注保护液体积和浓度计算等步骤，确保加注后整个环空中保护液性能与设计指标一致，提高环空保护液对油套管的保护作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，对于本领域普通技术人员来讲，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。
图1是本发明实施例提供的一种环空保护液补液方法流程图；
图2是本发明实施例提供的一种环空保护液补液装置结构框图。
具体实施方式
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，本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明实施例中，提供了一种环空保护液补液方法，如图1所示，该方法包括：
步骤101：获取环空补液井的基础数据；
步骤102：获取环空保护液的液面高度；
步骤103：根据所述环空补液井的基础数据和所述环空保护液的液面高度，确定油套环空中天然气体积；
步骤104：根据所述油套环空中天然气体积，确定所需的环空保护液的体积和浓度；
步骤105：按照所述所需的环空保护液的体积和浓度进行补液操作。
具体实施时，收集环空补液井的基础数据，包括：井数据、生产数据和保护液数据。井数据主要指井的油管内径、油管外径、套管外径和管壁厚度、环空氮气高度(当储气库井在环空加注氮气垫时)和油套环空压力以及生产流体的组分等；生产数据主要指某一稳定阶段井口温度、井口压力、井底温度、产层深度、产气量及产液量等；保护液数据主要指配方，包括各组分的质量百分比。
具体实施时，在获取完上述数据后，需要测量环空保护液的液面高度(步骤102)。
具体的，在井口，利用液面测试装置，测量环空保护液的液面高度。液面测试装置有很多，采用简便的、满足精度要求的测试装置即可。
具体实施时，采用如下方式计算油套环空中天然气体积(步骤103)。
首先，根据油管外径、套管外径和管壁厚度，可以确定油套环空的横截面积：
其中：a—环空横截面积，m2；
d—套管外径，m；
τ—套管管壁厚度，m；
φt—油管外径，m。
结合测得环空液面高度，可得出环空上部含气空间的体积：
v1＝ah(2)
其中：v1—含气环空体积，m3；
a—环空横截面积，m2；
h—环空液面高度，m。
然后，通过专业多相流计算软件(pipesim等)，利用油管内径、井口温度、井口压力、井底温度、流体组分、产气量及产液量等数据计算油套环空温度。具体的，油套环空温度可以是根据从井口到环空保护液液面的温度剖面确定，也可以是根据从井口到环空保护液液面范围内任一点的温度确定。如果测量温度剖面获取不便，也可采用井口温度代替。取井口压力作为整个含气环空的压力。
最后，根据油套环空压力、油套环空上部含气空间的体积和油套环空温度按照气体状态方程得出含气环空内气体在标况下的体积。由气体状态方程可知，一定物质的量气体在从一个状态变化到另一个状态时，压力和体积的乘积与温度和体积偏差系数乘积的比值保持不变，对应本发明方法，可得：
其中：
p1—环空压力，mpa；
v1—含气环空体积，m3；
z1—体积偏差系数，无因次；
t1—环空温度，k；
p2—大气压，0.1mpa；
v2—标况下体积，m3；
t2—室温，273k；
z2—标况下体积偏差系数，无因次。
计算过程中，如果得出从井口到环空保护液液面的温度变化范围在±10℃，可取平均值作为整个含气环空的温度。如果井口和环空液面出的温度变化较大，可采用积分的方式计算，即分段计算，最后得出整个含气环空内气体在标况下的体积。
上述所述的含气指的只是含有天然气，则含气环空体积指的就是含天然气环空体积，标况下体积指的就是天然气在标况下的体积。当储气库井在环空中加注100-200m左右的氮气垫时，含气环空内的气体就指的是包括由油管泄漏进入环空的天然气和氮气。此时需要利用公式(3)得出氮气垫在标况下的体积。由此可得出含气环空中天然气在标况下的体积：
v＝v2-vn2(4)
其中：v—含气环空内天然气在标况下的体积，m3；
v2—含气环空内气体在标况下的体积，m3；
vn2—氮气垫氮气在标况下的体积，m3。
具体实施时，采用如下方式确定所需的环空保护液的体积和浓度(步骤104)。
当在开始之初不加注氮气垫的话，结合测得环空保护液的液面高度即可得出需要加注保护液的深度；当在开始之初加注氮气垫的话，结合测得环空保护液的液面高度和原设计氮气垫长度，即可得出需要加注保护液的深度；然后，根据油套环空的横截面积和所需加注环空保护液的深度，确定所需加注环空保护液的体积；根据油套环空中天然气在标况下的体积、所需加注环空保护液的体积和所述环空保护液中各组分的质量百分比，确定所需加注环空保护液的浓度。
按照最保守估计，认为含气环空内天然气已经与环空保护液反应并消耗了保护液中的有效成分。这里主要是二氧化碳等腐蚀介质。二氧化碳等腐蚀介质的体积可以根据环空内天然气的体积和气体组分得出。根据环空保护液的配方，计算该体积二氧化碳等腐蚀介质可消耗的有效成分。计算方法按照各成分与二氧化碳等腐蚀介质的化学反应方程式计算。结合原保护液配方，则可得出加注环空保护液的浓度：
其中：η—加注环空保护液某成分浓度，kg/m3；
m1—环空内天然气消耗某成分的质量，kg；
m2—原环空保护液中某成分的质量，kg；
v3—加注环空保护液的体积，m3。
至此，按照计算得出每种成分的浓度，按照需要加注的体积，重新配置环空保护液。
最后，暗照如下方式根据所需的环空保护液的体积和浓度进行补液操作(步骤105)。
采用小排量(低于正替环空保护液的排量)从油套环空加注环空保护液，直至将全部设计的环空保护液加注完成。从环空反打氮气至设计压力(即最终环空需要预留的压力，一般为5mpa左右)，关闭井口阀门，完成保护液加注。该步骤可以是通过控制装置自动完成，也可以是同通过技术人员手工操作完成。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种环空保护液补液装置，如下面的实施例所述。由于环空保护液补液装置解决问题的原理与环空保护液补液方法相似，因此环空保护液补液装置的实施可以参见环空保护液补液方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图2是本发明实施例的环空保护液补液装置的一种结构框图，如图2所示，包括：
基础数据获取模块201，用于获取环空补液井的基础数据；
液面高度获取模块202，用于获取环空保护液的液面高度；
天然气体积确定模块203，用于根据所述环空补液井的基础数据和所述环空保护液的液面高度，确定油套环空中天然气体积；
保护液的体积和浓度确定模块204，用于根据所述油套环空中天然气体积，确定所需的环空保护液的体积和浓度；
补液控制操作模块205，用于按照所述所需的环空保护液的体积和浓度进行补液操作。
下面对该结构进行说明。
具体实施时，所述基础数据包括井数据、生产数据和环空保护液数据；
所述井数据包括油管内径、油管外径、套管外径和管壁厚度、油套环空压力以及生产流体的组分；
所述生产数据包括稳定阶段的井口温度、井口压力、井底温度、产层深度、产气量及产液量；
所述环空保护液数据包括环空保护液中各组分的质量百分比。
具体实施时，所述天然气体积确定模块203具体用于：
根据油管外径、套管外径和管壁厚度，确定油套环空的横截面积；
根据油套环空的横截面积和环空保护液的液面高度，确定油套环空上部含气空间的体积；
根据油管内径和所述生产数据，确定油套环空温度；
根据油套环空压力、油套环空上部含气空间的体积和油套环空温度，确定油套环空中天然气在标况下的体积。
具体实施时，所述保护液的体积和浓度确定模块204具体用于：
根据所述环空保护液的液面高度，确定所需加注环空保护液的深度；
根据油套环空的横截面积和所需加注环空保护液的深度，确定所需加注环空保护液的体积；
根据油套环空中天然气在标况下的体积、所需加注环空保护液的体积和所述环空保护液中各组分的质量百分比，确定所需加注环空保护液的浓度。
具体实施时，当储气库井在环空中加注氮气垫时，所述井数据中还包括油套环空中氮气垫高度，所述油套环空上部含气空间的体积包括天然气体积和氮气垫体积；
所述天然气体积确定模块203具体用于：
根据油套环空压力、油套环空上部含气空间的体积和油套环空的温度，确定含气环空内气体在标况下的体积和氮气垫在标况下的体积；
用含气环空内气体在标况下的体积减去氮气垫在标况下的体积，获得油套环空中天然气在标况下的体积；
所述保护液的体积和浓度确定模块204具体用于：
根据所述环空保护液的液面高度和所述氮气垫高度，确定所需加注环空保护液的深度。
具体实施时，所述天然气体积确定模块203具体用于：按照公式(1)确定油套环空的横截面积；按照公式(2)确定环空上部含气空间的体积。
具体实施时，所述保护液的体积和浓度确定模块204具体用于：按照公式(5)确定所需加注环空保护液的浓度。
综上所述，本发明通过液面测量、环空天然气体积计算、加注保护液浓度和用量计算、环空补液等步骤，确保加注后整个环空中保护液性能与设计指标一致，提高环空保护液对油套管的保护作用，确保气井和注采井管柱安全，保证气田和储气库安全运行，解决了现有环空补液方法不能确保加注后整个环空中保护液性能与设计指标一致的问题。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。