油气井管柱环空极限压力预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及石油天然气工业的油、气井安全生产技术，尤其适用于高温高压高酸 性气井管柱环空极限压力预测W及油气井压裂管柱环空平衡压力确定。
【背景技术】
[0002] 随着天然气勘探开发工作的不断深入，大量高压气井在开发过程中相继出现环空 带压的现象。高压气井油管外环空或套管外环空带压现象非常普遍，引起的问题也日益严 重。美国矿产部统计了美国外大陆架区域环空带压情况，发现该区域有8000多口井存在一 个或多个环空同时带压，并且约50%的环空带压发生在A环空（油管-生产套管之间的环 空），10%环空带压发生在B环空（生产套管-技术套管之间的环空），30%环空带压发生 在C、D环空（两层技术套管之间的环空、技术套管-表层套管之间的环空），并且随着生产 时间的延长，环空带压几率越来越大。据对墨西哥湾OCS地区的统计，开采15年的井地面 能测量出环空带压（一层或几层套管带压）的概率约占到总井数的50%。
[0003] 目前国内在高压气井环空带压管理方面的研究深度还很不够，在确定环空压力安 全范围的方法上还很不完善，例如文献中在管柱环空压力界限预测时只考虑了单向应力， 没有考虑=轴应力，只预测了最大最小压力，没有预测最安全压力。
[0004] 另外，目前，油气井压裂管柱环空平衡压力计算方法也很不完善。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于通过现有数据，合理预测气井管柱环空最小许可压力、最大许 可压力W及最安全压力，用W指导采气工程方案设计W及气井安全生产管理和控制。
[0006] 为达上述目的，本发明具体提供一种油气井管柱环空极限压力预测方法，所述预 测方法包含；获取管柱压力状态信息；当所述管柱压力状态信息中含有给定管柱内压力值 时，通过W下公式获得最安全的管柱外压力模型：
[0007]
【主权项】
1. 一种油气井管柱环空极限压力预测方法，其特征在于，所述预测方法包含： 获取管柱压力状态信息； 当所述管柱压力状态信息中含有给定管柱内压力值时，通过以下公式获得最安全的管 柱外压力模型：
当所述管柱压力状态信息中含有给定管柱外压力值时，通过以下公式获得最安全的管 柱内压力模型：
在上述公式中，相关参数涵义如下：r 一管柱径向任意位置，mm ;p。一管柱外压力，MPa ; Pi -管柱内压力，MPa ;p Mq-最安全的管柱外压力，MPa ;p iaq-最安全的管柱内压力；σ z - 轴向应力，MPa A -管柱内半径，mm ;r。一管柱外半径，mm ; 将所述管柱外压力模型和/或所述管柱内压力模型与所述管柱压力状态信息中管柱 外压力值和/或管柱内压力值进行比较，根据比较结果判断当前管柱是否安全。
2. 根据权利要求1所述的油气井管柱环空极限压力预测方法，其特征在于，在给定管 柱内压力值时，管柱许可最小外压力模型为：
在上述公式中，相关参数涵义如下： nsbz-标准规定的管柱三轴应力安全系数；P i -管柱内压力，MPa ; 〇 s-管材的屈服强 度，MPa ; σ z-轴向应力，MPa ;p Min-管柱外最小压力，MPa心一管柱内半径，mm ;r。一管柱 外半径，mm ; 将所述管柱许可最小外压力模型与所述管柱压力状态信息中管柱外压力值进行比较， 根据比较结果判断当前管柱是否安全，如所述管柱许可最小外压力模型大于所述管柱压力 状态信息中管柱外压力值，则不安全。
3. 根据权利要求1所述的油气井管柱环空极限压力预测方法，其特征在于，在给定管 柱内压力值时，管柱许可最大外压力模型为：
(^s/*^sbz) > 在上述公式中，相关参数涵义如下： nsbz-标准规定的管柱三轴应力安全系数；P i -管柱内压力，MPa ; 〇 s-管材的屈服强 度，MPa ; σ z-轴向应力，MPa ;p。_一管柱外最大压力，MPa ;r i -管柱内半径，mm ;r。一管柱 外半径，mm ; 将所述管柱许可最大外压力模型与所述管柱压力状态信息中管柱外压力值进行比较， 根据比较结果判断当前管柱是否安全，如所述管柱许可最大外压力模型小于所述管柱压力 状态信息中管柱外压力值，则不安全。
4. 根据权利要求1所述的油气井管柱环空极限压力预测方法，其特征在于，在给定管 柱外压力值时，管柱许可最小内压力模型为：
在上述公式中，相关参数涵义如下： Pimin-管柱内最小压力，MPa ;p。一管柱外压力，MPa ;n sbz-标准规定的管柱三轴应力安 全系数；〇 s-管材的屈服强度，MPa ; σ z-轴向应力，MPa ;r i -管柱内半径，mm ;r。一管柱 外半径，mm ; 将所述管柱许可最小内压力模型与所述管柱压力状态信息中管柱内压力值进行比较， 根据比较结果判断当前管柱是否安全，如所述管柱许可最小内压力模型大于所述管柱压力 状态信息中管柱内压力值，则不安全。
5. 根据权利要求1所述的油气井管柱环空极限压力预测方法，其特征在于，在给定管 柱外压力值时，管柱许可最大内压力模型为：
在上述公式中，相关参数涵义如下： Pimax-管柱内最大压力，MPa ;p。一管柱外压力，MPa ;n sbz-标准规定的管柱三轴应力安 全系数；〇 s-管材的屈服强度，MPa ; σ z-轴向应力，MPa ;r i -管柱内半径，mm ;r。一管柱 外半径，mm ; 将所述管柱许可最大内压力模型与所述管柱压力状态信息中管柱内压力值进行比较， 根据比较结果判断当前管柱是否安全，如所述管柱许可最大内压力模型小于所述管柱压力 状态信息中管柱内压力值，则不安全。
【专利摘要】本发明提供了一种油气井管柱环空极限压力预测方法，所述预测方法包含：获取管柱压力状态信息；当所述管柱压力状态信息中含有给定管柱内压力值时，获得最安全的管柱外压力模型；当所述管柱压力状态信息中含有给定管柱外压力值时，获得最安全的管柱内压力模型；将所述管柱外压力模型和/或所述管柱内压力模型与所述管柱压力状态信息中管柱外压力值和/或管柱内压力值进行比较，根据比较结果判断当前管柱是否安全。以此,通过预测气井管柱环空最小许可压力、最大许可压力以及最安全压力，用以指导采气工程方案设计以及气井安全生产管理和控制；通过预测油气井压裂管柱环空平衡压力，确保压裂管柱安全性。
【IPC分类】E21B47-06, G06F19-00
【公开号】CN104533393
【申请号】CN201410775554
【发明人】周广厚
【申请人】中国石油天然气股份有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月15日