一种油套环空压力控制方法、装置、电子设备及存储介质与流程

本发明涉及油气井环空压力控制，具体而言，本发明涉及一种油套环空压力控制方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、油气井改造过程中，安全控制至关重要，贯穿于整个改造过程。一旦失控，将造成作业失败甚至灾难性后果。改造作业安全既有赖于装备的质量及工艺措施，也依赖于改造过程管理，如油套环空(指油管柱与生产套管之间的环空)压力控制，对油气井的井筒安全极其重要。因此，预先获取合理的油套环空压力控制值对油气井的安全至关重要。

2、油气井通常采用完井管柱带封隔器、环空加注完井液的方式完井，为了确保作业安全，通常需要对油套环空进行补压。相对于一般油气井(即压力较低)，油气井的作业工况更复杂，通常具有高温高压的影响，即使对于某些低产的高压气藏，改造作业的施工压力也会较高，因此，油套环空压力对作业管柱或生产管柱的安全影响很大。因此，在进入现场作业前的设计阶段，必须全面分析各作业环节油套压力值，以确定合理的压力值，保障作业安全。换言之，确定的油套环空压力控制范围应能使构成油套环空的装置(组件)，包括油管头、生产套管、油管柱和封隔器始终处于安全状态。然而，如何确定油套环空合理压力值以保障改造作业安全，现有技术中并未存在有效的控制油套环空压力的方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供了一种油套环空压力控制方法、装置、电子设备及存储介质，旨在解决上述至少一个技术问题。

2、第一方面，本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种油套环空压力控制方法，油套环空由油管头、油管柱、生产套管、封隔器和井下安全阀组成，该方法包括以下步骤：

3、获取油套环空的环空压力、油管头的试压值、生产套管的抗内压强度、封隔器的工作压差、油管柱的von mises应力、井下安全阀的相关参数，工作压差为封隔器的上部所受压力和下部所受压力之差，油套环空为油管柱与生产套管之间的环空；

4、根据油管头的试压值，确定第一最大允许补压值，根据生产套管的抗内压强度，确定第二最大允许补压值，根据封隔器的工作压差，确定第三最大允许补压值，根据油管柱的von mises应力，确定第四最大允许补压值；

5、将第一最大允许补压值、第二最大允许补压值、第三最大允许补压值和第四最大允许补压值中的最小值确定为目标最大允许补压值；

6、根据封隔器的工作压差，确定第一最小允许补压值，根据油管柱的von mises应力，确定第二最小允许补压值，根据井下安全阀的相关参数，确定第三最小允许补压值；

7、将第一最小允许补压值、第二最小允许补压值和第三最小允许补压值中的最大值确定为目标最小允许补压值；

8、根据目标最小允许补压值和目标最大允许补压值，对环空压力进行控制。

9、本发明的有益效果是：根据油套环空的环空压力与设定值之间的大小关系，采用不同的环空压力控制方法，如果环空压力大于设定值，则根据油管头的试压值、生产套管的抗内压强度、封隔器的工作压差确定目标最大允许补压值，以根据该目标最大允许补压值对环空压力进行控制；如果环空压力不大于设定值，则根据封隔器的工作压差、油管柱的von mises应力和井下安全阀的相关参数，确定目标最小允许补压值，以根据该目标最小允许补压值对环空压力进行控制，通过本发明的方案可以更加精细、更加准确地对环空压力进行控制。

10、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

11、进一步，上述油套环空还包括内层技术套管，根据油管头的试压值，确定第一最大允许补压值，根据生产套管的抗内压强度，确定第二最大允许补压值，根据封隔器的工作压差，确定第三最大允许补压值，根据油管柱的von mises应力，确定第四最大允许补压值，包括：

12、根据油管头的试压值和设定比例的额定强度，确定第一最大允许补压值；

13、获取油套环空的完井液密度、第一环空的保护液密度和生产套管对应的第一预设深度，第一环空为生产套管与内层技术套管间的环空；

14、根据生产套管的抗内压强度、第一环空的完井液密度、保护液密度和第一预设深度，确定第二最大允许补压值；

15、获取封隔器的坐封深度、油管柱的内流体密度、封隔器的油压和封隔器的额定工作压力；

16、根据封隔器的工作压差、油套环空的完井液密度、封隔器的油压、封隔器的额定工作压力、封隔器的坐封深度和油管柱的内流体密度，确定第三最大允许补压值；

17、获取不同的环空压力，根据每个环空压力对应的油管柱的von mises应力，确定各个环空压力中，von mises应力满足设定von mises应力安全条件时最小的环空压力，将最小的环空压力确定为第四最大允许补压值。

18、采用上述进一步方案的有益效果是，在确定各个最大允许补压值的过程中，可考虑油管头、生产套管、封隔器和油管柱各自对应的有关压力的参数对环空压力的影响，可分别根据油管头、生产套管、封隔器和油管柱各自对应的有关压力的参数确定第一最大允许补压值至第四最大允许补压值，使得最终确定目标最大允许补压值更加准确。

19、进一步，上述von mises应力是通过以下方式确定的：

20、获取第二环空的完井液密度、油管柱的计算点深度、油管柱的内压力、油管柱的油管柱外半径、油管柱的油管柱内半径和油管柱的初始轴向载荷；

21、根据环空压力、第二环空的完井液密度和油管柱的计算点深度，确定油管柱的外挤力；

22、根据油管柱的外挤力、油管柱的内压力、油管柱的油管柱外半径、油管柱的油管柱内半径和油管柱的初始轴向载荷，确定油管柱的轴向应力，油管柱的周向应力和油管柱的径向应力；

23、根据轴向应力、周向应力和径向应力，确定von mises应力。

24、采用上述进一步方案的有益效果是，在确定von mises应力的过程中，可先根据环空压力、第二环空的完井液密度和油管柱的计算点深度，确定油管柱的外挤力，然后再根据油管柱的外挤力、油管柱的内压力、油管柱的油管柱外半径、油管柱的油管柱内半径和油管柱的初始轴向载荷，确定油管柱的轴向应力，油管柱的周向应力和油管柱的径向应力，以从油管柱的各个不同的方向准确反映油管柱的受力情况，因此，使得根据轴向应力、周向应力和径向应力确定的von mises应力更加准确。

25、进一步，上述根据生产套管的抗内压强度、完井液密度、保护液密度和第一预设深度，确定第二最大允许补压值，包括：

26、根据生产套管的抗内压强度、完井液密度、保护液密度和第一预设深度，通过第一公式确定第二最大允许补压值，其中，第一公式为：

27、

28、其中，第一公式中的ptmax为第二最大允许补压值，ρa为完井液密度，ρb为保护液密度，g为重力加速度，第一公式中的h为第一预设深度；

29、上述根据封隔器的工作压差、油套环空的完井液密度、封隔器的油压、封隔器的额定工作压力、封隔器的坐封深度和油管柱的内流体密度，确定第三最大允许补压值，包括：

30、根据封隔器的工作压差、油套环空的完井液密度、封隔器的油压、封隔器的额定工作压力、封隔器的坐封深度和油管柱的内流体密度，通过第二公式确定第三最大允许补压值，其中，第二公式为：

31、ptmax＝pt+ρtghp×10-3+ppe-ρaghp×10-3

32、其中，第二公式中的ptmax为第三最大允许补压值，pt为工作压差，ρt为油管柱的内流体密度，ρa为完井液密度，hp为坐封深度，ppe为封隔器的额定工作压力，g为重力加速度；

33、上述根据环空压力、第二环空的完井液密度和油管柱的计算点深度，确定油管柱的外挤力，包括：

34、根据环空压力、第二环空的完井液密度和油管柱的计算点深度，通过第三公式确定油管柱的外挤力，其中，第三公式为：

35、pt0＝pa+ρagh×10-3

36、其中，pt0为油管柱的外挤力，pa为环空压力，ρa为第二环空的完井液密度，第三公式中的h为计算点深度；

37、上述根据油管柱的外挤力、油管柱的内压力、油管柱的油管柱外半径、油管柱的油管柱内半径和油管柱的初始轴向载荷，确定油管柱的轴向应力，油管柱的周向应力和油管柱的径向应力，包括：

38、根据根据油管柱的外挤力、油管柱的内压力、油管柱的油管柱外半径、油管柱的油管柱内半径和油管柱的初始轴向载荷，分别通过第四公式确定油管柱的径向应力，通过第五公式确定油管柱的周向应力，通过第六公式确定油管柱的轴向应力，其中，上述第四公式为：

39、

40、上述第五公式为：

41、

42、上述第六公式为：

43、

44、其中，σz为轴向应力，σθ为周向应力，σr为径向应力，pt0为油管柱的外挤力，pti为油管柱的内压力，rt0为油管柱外半径，rti为油管柱的内半径，fa为初始轴向载荷；

45、上述根据轴向应力、周向应力和径向应力，确定von mises应力，包括：

46、根据轴向应力、周向应力和径向应力，通过第七公式确定von mises应力，其中，上述第七公式为：

47、

48、其中，σvme为油管柱的von mises应力。

49、采用上述进一步方案的有益效果是，结合与各个最大允许补压值相关的参数，采用各个不同的公式分别确定第二最大允许补压值和第三最大允许补压值，可使得确定的第二最大允许补压值和第三最大允许补压值更加准确，另外，根据轴向应力、周向应力、径向应力和von mises应力之间对应的第七公式确定von mises应力，使得确定的von mises应力更加准确，根据第四公式至第六公式确定轴向应力、周向应力和径向应力，可使得确定的轴向应力、周向应力和径向应力更加准确。

50、进一步，上述生产套管的抗内压强度是通过以下方式确定的：

51、获取生产套管的内压值和外压值；

52、根据内压值和外压值，确定满足生产套管抗内压安全条件的生产套管的抗内压强度；

53、上述封隔器的工作压差是通过以下方式确定的：

54、获取作用在封隔器上部的第一压力和作用在封隔器下部的第二压力；

55、根据第一压力、第二压力和封隔器的额定工作压力，确定封隔器的工作压差。

56、采用上述进一步方案的有益效果是，生产套管的抗内压强度的确定是根据生产套管的内压值、外压值和生产套管抗内压安全条件确定的，可以保证生产套管可以正常工作，同理，封隔器的工作压差是根据第一压力、第二压力和封隔器的额定工作压力确定的，使得封隔器可以正常工作。

57、进一步，上述井下安全阀的相关参数包括井下安全阀的额定工作压力、井下安全阀的施工泵压、井下安全阀的额定工作压力安全系数、油管内流体密度、第一环空的保护液密度和井下安全阀深度；

58、上述根据封隔器的工作压差，确定第一最小允许补压值，根据油管柱的von mises应力，确定第二最小允许补压值，根据井下安全阀的相关参数，确定第三最小允许补压值，包括：

59、获取封隔器的坐封深度、油管柱的内流体密度和封隔器的油压；

60、根据封隔器的工作压差、油套环空的完井液密度、封隔器的油压、封隔器的额定工作压力、封隔器的坐封深度和油管柱的内流体密度，确定第一最小允许补压值；

61、获取不同的环空压力，根据每个环空压力对应的油管柱的von mises应力，确定各个环空压力中，von mises应力满足设定von mises应力安全条件时最大的环空压力，将最大的环空压力确定为第二最小允许补压值；

62、根据井下安全阀的额定工作压力、井下安全阀的施工泵压、井下安全阀的额定工作压力安全系数、油管内流体密度、第一环空的保护液密度和井下安全阀深度，确定第三最小允许补压值。

63、采用上述进一步方案的有益效果是，在确定第一最小允许补压值至第三最小允许补压值的过程中，结合了与封隔器相关的参数、设定von mises应力安全条件和井下安全阀的相关参数等参数，可以更加准确的确定第一最小允许补压值至第三最小允许补压值。

64、进一步，上述根据封隔器的工作压差、油套环空的完井液密度、封隔器的油压、封隔器的额定工作压力、封隔器的坐封深度和油管柱的内流体密度，确定第一最小允许补压值，包括：

65、根据封隔器的工作压差、油套环空的完井液密度、封隔器的油压、封隔器的额定工作压力、封隔器的坐封深度和油管柱的内流体密度，通过第八公式确定第一最小允许补压值，其中，上述第八公式为：

66、pamin1＝pt+ρtghp*10-3-ppe-ρaghp*10-3

67、其中，pamin1为第一最小允许补压值，pt为工作压差，ρt为油管柱的内流体密度，ρa为完井液密度，hp为坐封深度，ppe为封隔器的额定工作压力，g为重力加速度；

68、上述根据井下安全阀的额定工作压力、井下安全阀的施工泵压、井下安全阀的额定工作压力安全系数、油管内流体密度、第一环空的保护液密度和井下安全阀深度，确定第三最小允许补压值，包括：

69、根据井下安全阀的额定工作压力、井下安全阀的施工泵压、井下安全阀的额定工作压力安全系数、油管内流体密度、第一环空的保护液密度和井下安全阀深度，通过第九公式确定第三最小允许补压值，其中，上述第九公式为：

70、pamin2＝pje/sj+pn+(ρtghj-ρbghj)*10-3

71、其中，pamin2为第三最小允许补压值，pje为井下安全阀的额定工作压力，pn为施工泵压，sj为井下安全阀额定工作压力安全系数，ρt为内流体密度，ρb为环空保护液密度，g为重力加速度，hj为井下安全阀深度。

72、采用上述进一步方案的有益效果是，通过第八公式和第九公式确定第一最小允许补压值和第三最小允许补压值，可以使得确定的第一最小允许补压值和第三最小允许补压值加准确。

73、第二方面，本发明为了解决上述技术问题还提供了一种油套环空压力控制装置，油套环空由油管头、油管柱、生产套管、封隔器和井下安全阀组成，该装置包括：

74、参数获取模块，用于获取油套环空的环空压力、油管头的试压值、生产套管的抗内压强度、封隔器的工作压差、油管柱的von mises应力、井下安全阀的相关参数，工作压差为封隔器的上部所受压力和下部所受压力之差，油套环空为油管柱与生产套管之间的环空；

75、最大允许补压值确定模块，用于根据油管头的试压值，确定第一最大允许补压值，根据生产套管的抗内压强度，确定第二最大允许补压值，根据封隔器的工作压差，确定第三最大允许补压值，根据油管柱的von mises应力，确定第四最大允许补压值；

76、第一确定模块，用于将第一最大允许补压值、第二最大允许补压值、第三最大允许补压值和第四最大允许补压值中的最小值确定为目标最大允许补压值；

77、最小允许补压值确定模块，用于根据封隔器的工作压差，确定第一最小允许补压值，根据油管柱的von mises应力，确定第二最小允许补压值，根据井下安全阀的相关参数，确定第三最小允许补压值；

78、第二确定模块，用于将第一最小允许补压值、第二最小允许补压值和第三最小允许补压值中的最大值确定为目标最小允许补压值；

79、控制模块，用于根据目标最小允许补压值和目标最大允许补压值，对环空压力进行控制。

80、第三方面，本发明为了解决上述技术问题还提供了一种电子设备，该电子设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行该计算机程序时实现本技术的油套环空压力控制方法。

81、第四方面，本发明为了解决上述技术问题还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本技术的油套环空压力控制方法。

82、本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。