一种气井油套环空泄漏速率的确定方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种气井油套环空泄漏速率的确定方法及装置，方法包括：采集气井基础数据和环空泄压数据，所述气井基础数据包括环空井口压力、环空保护液密度；根据环空井口压力和气井基础数据确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力；根据所述环空泄压数据和地面管线小孔泄漏模型确定出井口泄漏速率；根据所述的出井口泄漏速率、油管内泄漏点气体压力确定气井环空泄漏速率方程以确定气井油套环空泄漏速率。本发明利用气井日常生产数据和油套环空泄压参数可以计算油套环空泄漏速率，弥补目前气井油套环空泄漏速率无法计算的不足。
【专利说明】一种气井油套环空泄漏速率的确定方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及采气工程领域，特别涉及一种气井油套环空泄漏速率计算方法。
【背景技术】
[0002]目前，随着天然气勘探开发的不断发展，一大批高温、高压、含酸性介质气井试产或投产，随之而来的气井完整性问题也愈发突出。气井的完整性要求是在整个寿命期间，通过管理和技术手段确保地下流体不发生无控制的溢流。如果发生完整性失效问题，轻则导致井下天然气进入油套环空，即环空带压，严重者可导致环空异常带压，甚至导致井下天然气泄漏至地面、发生爆炸，给人民生命财产安全造成巨大损失，并引发严重的社会负面影响。气井完整性失效最根本的是井屏障组件失效导致天然气发生泄漏，而彻底解决该问题就是进行修井作业，如果不加以区分，对所有环空带压井全部进行修井作业，一方面作业成本太高，例如在塔里木油田，一口气井的修井成本在2000万元人民币以上，另一方面高温、高压、含酸性介质气井的修井作业风险很大。因此，非常有必要评价气井的完整性，按照完整性等级不同区别对待。
[0003]目前，气井完整性评价的主要标准挪威NORSOKD-010《油气井钻井与作业时的完整性要求》和挪威石油联合会(OLF) 117标准《油气井完整性推荐做法指南》都提出了以井屏障组件的泄漏速率作为评价气井完整性最基本的参数。美国石油学会API RP14B明确提出了井下安全阀的泄漏速率标准为:气体0.42m3/min,液体0.41/min,行业内以此标准作为井下管柱的泄漏速率标准。
[0004]现有技术中，计算天然气地面输气管线小孔泄漏，其输气管线内外压力都是已知的，泄漏点的等效泄漏面积也可以得出。确定气井油套环空泄漏时，泄漏点的位置未知、泄漏点内外压力未知，等效泄漏面积未知，这导致了环空泄漏速率的确定非常困难。国内外对于油气井油套环空泄漏速率计算研究较少，仅在API RP14B中提出了井下安全阀的泄漏速率计算公式，但对于天然气地面输气管线的泄漏速率研究较为成熟。在国内外公开的文献资料中，还未有对井下油套环空泄漏速率进行。在国外，挪威的SCANWELL公司开发一套专门的设备，可在井口进行测量井下泄漏点深度及泄漏速率，但成本较高，且仅提供技术服务，目前还未见在中石油范围内应用。
【发明内容】
[0005]本发明实施例提供了一种气井油套环空泄漏速率的确定方法，包括:
[0006]采集气井基础数据和环空泄压数据，所述气井基础数据包括环空井口压力、环空保护液密度；
[0007]根据环空井口压力和气井基础数据确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力；
[0008]根据所述环空泄压数据和地面管线小孔泄漏模型确定出井口泄漏速率；
[0009]根据所述的出井口泄漏速率、油管内泄漏点气体压力确定气井环空泄漏速率方程以确定气井油套环空泄漏速率。
[0010]此外，本发明还提供了一种气井油套环空泄漏速率的确定装置，包括:
[0011]数据采集模块，用于采集气井基础数据和环空泄压数据，所述气井基础数据包括环空井口压力、环空保护液密度；
[0012]油管内泄漏点参数确定模块，用于根据环空井口压力和气井基础数据确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力；
[0013]出井口泄漏速率确定模块，用于根据所述环空泄压数据和地面管线小孔泄漏模型确定出井口泄漏速率；
[0014]环空泄漏速率确定模块，用于根据所述的出井口泄漏速率、油管内泄漏点气体压力确定气井油套环空泄漏速率方程以确定气井环空泄漏速率。
[0015]通过本发明的技术方案，不需要额外的测试设备和作业量，仅依靠气井自身的参数和泄压数据就可以确定井下泄漏点及泄漏速率。本发明利用气井日常生产数据和油套环空泄压参数可以计算油套环空泄漏速率，弥补目前气井油套环空泄漏速率无法计算的不足。
[0016]为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本发明一种气井油套环空泄漏速率的确定方法的流程图；
[0019]图2为本发明实施例中一步骤的流程图；
[0020]图3为本发明实施例中一步骤的流程图；
[0021]图4为本发明实施例中一步骤的流程图；
[0022]图5为本发明一种气井油套环空泄漏速率的确定装置的框图；
[0023]图6为气井环空泄漏模型示意图；
[0024]图7为本发明实施例中XX-1井环空泄压压力恢复曲线。
【具体实施方式】
[0025]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。
[0026]本发明公开了一种气井油套环空泄漏速率的确定方法，如图1所示，该方法包括:
[0027]步骤S101，采集气井基础数据和环空泄压数据，所述气井基础数据包括环空井口压力、环空保护液密度；
[0028]步骤S102，根据环空井口压力和气井基础数据确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力；
[0029]步骤S103，根据所述环空泄压数据和地面管线小孔泄漏模型确定出井口泄漏速率；
[0030]步骤S104，根据所述的出井口泄漏速率、油管内泄漏点气体压力确定气井环空泄漏速率方程以确定气井油套环空泄漏速率。
[0031]其中，如图2所示，步骤S102中根据环空井口压力和气井基础数据确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力包括:
[0032]步骤S1021，根据所述气井的基础数据确定气井的多相管流模型；
[0033]步骤S1022，根据确定的多相管流模型确定气井的压力剖面公式、温度剖面公式；
[0034]步骤S1023，根据所述环空井口压力、环空保护液密度和确定的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力。
[0035]此外，如图3所示，步骤S1023根据所述环空井口压力、环空保护液密度和确定的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力还包括:
[0036]步骤S301，根据环空压力稳定时环空井口压力和环空泄漏点压力相等确定环空泄漏点压力；
[0037]步骤S302，根据所述环空保护液密度、环空压力稳定时的环空泄漏点压力确定环空保护液高度；
[0038]步骤S303，根据所述环空保护液高度和确定的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力。
[0039]如图4所示，步骤S104根据出井口泄漏速率、油管内泄漏点气体压力确定气井环空泄漏速率方程以确定气井油套环空泄漏速率包括:
[0040]步骤S401，根据动量定理建立井下泄露点泄漏速率表达式为:
[0041]
【权利要求】
1.一种气井油套环空泄漏速率的确定方法，其特征在于，所述的方法包括: 采集气井基础数据和环空泄压数据，所述气井基础数据包括环空井口压力、环空保护液密度； 根据环空井口压力和气井基础数据确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力； 根据所述环空泄压数据和地面管线小孔泄漏模型确定出井口泄漏速率； 根据所述的出井口泄漏速率、油管内泄漏点气体压力确定气井环空泄漏速率方程以确定气井油套环空泄漏速率。
2.如权利要求1所述的气井油套环空泄漏速率的确定方法，其特征在于，所述的根据环空井口压力和气井基础数据确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力包括: 根据所述气井的基础数据确定气井的多相管流模型； 根据确定的多相管流模型确定气井的压力剖面公式、温度剖面公式； 根据所述环空井口压力、环空保护液密度和确定的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力。
3.如权利要求2所述的气井油套环空泄漏速率的确定方法，其特征在于，所述的根据所述环空井口压力、环空保护液密度和确定的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力包括: 根据环空压力稳定时环空井口压力和环空泄漏点压力相等确定环空泄漏点压力；根据所述环空保护液 度、环空压力稳定时的环空泄漏点压力确定环空保护液高度；根据所述环空保护液高度和确定的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力。
4.如权利要求3所述的气井油套环空泄漏速率的确定方法，其特征在于，所述的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别为:
P1=A2h2+B2h+C2
T=A1h2+B1h+C1 其中，T:油管内泄漏点气体温度，K ； P1:油管内泄漏点气体压力，Pa; h:环空保护液的闻度，m ； A1:温度剖面公式二项式系数，K/m2 ； B1:温度剖面公式一次项系数，K/m ； C1:温度剖面公式常数项，K; A2:压力剖面公式二项式系数，Pa/m2 ； B2:压力剖面公式一次项系数，Pa/m ； C2:压力剖面公式常数项，Pa。
5.如权利要求4所述的气井油套环空泄漏速率的确定方法，其特征在于，所述的根据所述环空保护液密度、环空压力稳定时的环空泄漏点压力确定环空保护液高度包括: 根据所述环空保护液密度、环空压力稳定时的环空泄漏点压力和下式确定环空保护液高度，Pi=P0=Pa+ P agh=A2h2+B2h+C2
其中，Pa:环空井口处压力，Pa; P。:环空泄漏点处压力，Pa; h:环空保护液的闻度，m ； g:9.8m/S2 ； P a:环空保护液的密度，kg/m3。
6.如权利要求1所述的气井油套环空泄漏速率的确定方法，其特征在于，所述的根据所述的出井口泄漏速率、油管内泄漏点气体压力确定气井环空泄漏速率方程以确定气井油套环空泄漏速率包括: 根据动量定理建立井下泄露点泄漏速率表达式为: ρ = β^1^ρ0 其中，Q:井下泄漏速率，m3/s ； β:为系数； 根据所述油管内泄漏点气体温度、油管内泄漏点气体压力以及出井口泄漏速率确定系数β ； 根据所述环空泄漏点处压力、环空泄漏点处温度和下式确定气井的天然气体积膨胀系数； 根据所述油管内泄漏点气体温度、油管内泄漏点气体压力、出井口泄漏速率以及确定的天然气体积膨胀系数确定气井的环空泄漏速率方程为: Q、=EgQ = E Qs:井口泄漏速率，m3/s。
7.一种气井油套环空泄漏速率的确定装置，其特征在于，所述的装置包括: 数据采集模块，用于采集气井基础数据和环空泄压数据，所述气井基础数据包括环空井口压力、环空保护液密度； 油管内泄漏点参数确定模块，用于根据环空井口压力和气井基础数据确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力； 出井口泄漏速率确定模块，用于根据所述环空泄压数据和地面管线小孔泄漏模型确定出井口泄漏速率； 环空泄漏速率确定模块，用于根据所述的出井口泄漏速率、油管内泄漏点气体压力确定气井油套环空泄漏速率方程以确定气井环空泄漏速率。
8.如权利要求7所述的气井油套环空泄漏速率的确定装置，其特征在于，所述的油管内泄漏点参数确定模块包括: 模型确定单元，用于根据所述气井的基础数据确定气井的多相管流模型； 公式确定单元，用于根据确定的多相管流模型确定气井的压力剖面公式、温度剖面公式； 参数确定单元，用于根据所述环空井口压力、环空保护液密度和确定的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力。
9.如权利要求8所述的气井油套环空泄漏速率的确定装置，其特征在于，所述的参数确定单元包括:环空泄漏点压力确定单元，用于根据环空压力稳定时环空井口压力和环空泄漏点压力相等确定环空泄漏点压力； 环空保护液高度确定单元，用于根据所述环空保护液密度、环空压力稳定时的环空泄漏点压力确定环空保护液高度； 温度压力确定大于，用于根据所述环空保护液高度和确定的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力。
10.如权利要求9所述的气井油套环空泄漏速率的确定装置，其特征在于，所述的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别为:
P1=A2h2+B2h+C2
T=A1h2+B1h+C1 其中，T:油管内泄漏点气体温度，K ； P1:油管内泄漏点气体压力，Pa; h:环空保护液的闻度，m ； A1:温度剖面公式二项式系数，K/m2 ； B1:温度剖面公式一次项系数，K/m ； C1:温度剖面公式常数项，K; A2:压力剖面公式二项式系数，Pa/m2 ； B2:压力剖面公式一次项系数，Pa/m ； C2:压力剖面公式常数项，Pa。
11.如权利要求10所述的气井油套环空泄漏速率的确定装置，其特征在于，所述的根据所述环空保护液密度、环空压力稳定时的环空泄漏点压力确定环空保护液高度包括: 根据所述环空保护液密度、环空压力稳定时的环空泄漏点压力和下式确定环空保护液高度，
Pi=P0=Pa+ P agh=A2h2+B2h+C2
其中，Pa:环空井口处压力，Pa; P。:环空泄漏点处压力，Pa; h:环空保护液的闻度，m ； g:9.8m/S2 ； P a:环空保护液的密度，kg/m3。
12.如权利要求7所述的气井油套环空泄漏速率的确定装置，其特征在于，所述的环空泄漏速率确定模块包括: 泄漏速率表达式确定单元，用于根据动量定理建立井下泄露点泄漏速率表达式: Q = PH 其中，Q:井下泄漏速率，m3/s ； β:为系数； 泄漏速率系数确定单元，用于根据所述油管内泄漏点气体温度、油管内泄漏点气体压力以及出井口泄漏速率确定系数β ； 天然气体积膨胀系数确定单元，用于根据所述环空泄漏点处压力、环空泄漏点处温度和下式确定气井的天然气体积膨胀系数； 环空泄漏速率方程确定单元，用于根据所述油管内泄漏点气体温度、油管内泄漏点气体压力、出井口泄漏速率以及确定的天然气体积膨胀系数确定气井的环空泄漏速率方程为:
【文档编号】G06F19/00GK103745103SQ201310751634
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】王云, 李文魁, 李隽
申请人:中国石油天然气股份有限公司