盐穴储气库密封性测试方法及系统与流程

本发明属于油气资源开发领域，具体地涉及一种盐穴储气库密封性测试的方法及测试系统。

背景技术：

目前国内地下天然气储库处于发展初期，该领域的技术研究还不成熟。在储气库建设方面，很多技术需要依赖国外咨询技术公司提供支持。在盐穴储气库密封性测试方面，目前国内没有较为成熟的标准规范。

地下天然气储库市场相对较小，对于密封性测试目前没有成熟的方法。目前国际上应用较为广泛、可靠度较高的是基于气体质量平衡的盐穴储气库密封性测试，其中技术较为成熟的咨询公司主要有geostock公司、deep公司等，这些公司只提供最终的计算结果，不提供相关计算过程以及盐穴储气库密封性测试软件，因此目前国内缺乏成熟的盐穴储气库密封性测试方法及系统。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种盐穴储气库密封性测试的方法及系统，实现盐穴储气库密封性测试的快速、准确计算，克服国外一些公司对密封性测试的垄断。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种盐穴储气库密封性测试方法，以氮气作为测试介质，通过测井工具测得不同时间气水界面深度、温度和压力，由这些数据计算出不同时间的氮气质量，根据氮气质量的变化来判断井内泄露量，进而得到储气库是否满足气密性要求。

进一步的，所述氮气质量的测试方法包括：

s01、由于氮气作为可压缩流体，在垂直方向上存在着密度梯度，由于测试空间的垂直跨度达上千米，因此该密度梯度不可忽略，同时测试空间内的氮气也会由于地层传热而在垂直方向上存在温度梯度，因此为保证测试空间内氮气质量计算的准确性，将测试空间沿垂直方向划分为若干区间；

s02、根据井口压力、测井温度，得到井口相邻区间的压缩因子，其计算公式如下所示：

ρm＝pwh/(zrt)

式中：

z为氮气压缩因子，无量纲，ρm为氮气摩尔密度，单位kmol·m^-3，b、c为维利系数，无量纲；pwh为井口压力，单位bar，r为气体常数，单位j/(mol*k)，t为相邻区间氮气温度，单位k；

以此递推，得到井内任意区间的氮气压缩因子；

s03、根据井口压力、测井温度、压缩因子，得到相邻区间的井内压力，其计算公式如下所示：

式中：

pi为井口相邻区间的压力，单位bar，g为重力加速度，单位m/s²，d为井口与相邻区间的间隔，单位m；

以此递推，得到井内任意区间的压力；

s04、根据测井界面位置以及套管参数等得到任意区间的氮气质量，其计算公式如下：

式中，

mi为任意区间的氮气质量，单位kg，pi为井内任意区间的压力，单位bar，v为井内任意区间的体积，单位m³；

s05、根据任意区间的氮气质量计算得到界面测井时井内的氮气质量，其计算公式如下：

式中，

m为界面测井时井内的氮气质量，单位kg，n是指将测试空间划分为n个区间。

进一步的，所述井内泄露量的判断方法为：根据两次测井时的温度、压力、压缩因子等参数得到氮气质量，计算得到质量泄露率，根据两次测井时套管鞋处的测井温度、压力、压缩因子，计算出井内的体积泄露率，其中质量泄露率和体积泄露计算公式如下：

式中：

δm为质量泄露率，单位kg/天，m1为第一次界面测井时井内的氮气质量，单位kg/天，m2为第二次测井时井内的氮气质量，单位kg/天，t为时间，单位天；

式中：l为体积泄露率，单位l/天，rm为氮气气体常数，单位j(kg·k)，为两次界面测井时套管鞋处的平均氮气压缩因子，无量纲，为两次界面测井时套管鞋处的平均氮气温度，单位k，为两次界面测井时套管鞋处的平均氮气压力，单位bar。

进一步的，所述井内泄露量的判断方法还包括：根据测试误差公式得到泄露率的测试误差，其计算公式如下：

式中，

ul为体积泄露率的测试误差，单位l/天，为井头压力测量误差，单位bar，为氮气压缩因子误差，无量纲，为温度测量误差，单位k，uδm为质量泄露率误差。

进一步的，步骤s01所述将测试空间沿垂直方向划分为若干区间，划分方法是以每1m为一区间。

本发明的另一方面，还提供了一种盐穴储气库密封性测试系统，包括：

氮气质量计算模块，用于通过测井工具测得不同时间气水界面深度、温度和压力，由这些数据计算出不同时间的氮气质量；

井内泄露量计算模块，用于根据氮气质量的变化来判断井内泄露量，进而得到储气库是否满足气密性要求。

进一步的，所述氮气质量计算模块包括：

氮气压缩因子计算单元，用于根据井口压力、测井温度，得到相邻区间的压缩因子，以此递推，得到井内任意区间的氮气压缩因子；

井内压力计算单元，用于根据井口压力、测井温度、压缩因子，得到相邻区间的井内压力，以此递推，得到井内任意区间的井内压力；

氮气质量计算单元，用于根据测井界面位置以及套管参数等得到任意区间的氮气质量，根据任意区间的氮气质量、压力、测井温度、压缩因子计算得到测井时的氮气质量。

进一步的，井内泄露量计算模块包括：

质量泄露率单元，根据两次测井时的温度、压力、压缩因子等参数得到氮气质量，计算得到质量泄露率；

体积泄露率单元，用于根据两次测井时套管鞋处的测井温度、压力、压缩因子，计算出井内的体积泄露率。

更进一步的，井内泄露量计算模块还包括测试误差单元，用于根据测试误差公式得到泄露率的测试误差。

进一步的，所述系统还包括区间划分模块，将测试空间沿垂直方向划分为若干区间，用以提高计算精度。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明适用于地下天然气储库密封性测试的计算；本发明的密封性测试系统计算方便、计算结果准确；适用于机械完整性测试、气体密封性测试以及腔体接收测试等密封性测试；应用灵活，操作方便，对技术人员要求低，有利于在工程项目上推广和使用。

附图说明

图1为盐穴储气库密封性测试计算的流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

结合图1，本发明提出的具体方法及系统功能如下：

(1)根据井口压力、测井温度，可以得到相邻区间的压缩因子，

其计算公式如下所示：

ρm＝pwh/(zrt)

式中：

z为氮气压缩因子，无量纲，ρm为氮气摩尔密度，单位kmol·m^-3，b、c为维利系数，无量纲；pwh为井口压力，单位bar，r为气体常数，单位j/(mol*k)，t为相邻区间氮气温度，单位k；

以此递推，可以得到井内任意区间的氮气压缩因子；

(2)根据井口压力、测井温度、压缩因子，可以得到相邻区间的井内压力，

其计算公式如下所示：

式中：

pi为井口相邻区间的压力，单位bar，g为重力加速度，单位m/s²，d为井口与相邻区间的间隔，单位m；

以此递推，可以得到井内任意区间的井内压力；

(3)根据第一次的测井界面位置以及套管参数等可以得到任意区间的氮气质量，

其计算公式如下：

式中，

mi为任意区间的氮气质量，单位kg，pi为井内任意区间的压力，单位bar，v为井内任意区间的体积，单位m³；

根据任意区间的氮气质量、压力、测井温度、压缩因子即可计算得到第一次测井时的测试氮气质量；

其计算公式如下：

式中，

m为界面测井时井内的氮气质量，单位kg，n是指将测试空间划分为n个区间；

(4)同理，根据第二次的测井数据可以得到第二次测井时的测试氮气质量；

(5)根据两次的测试氮气质量，即可计算得到质量泄露率，根据两次测井时套管鞋处的测井温度、压力、压缩因子，即可计算出井内的体积泄露率；

其中质量泄露率和体积泄露计算公式如下：

式中：

δm为质量泄露率，单位kg/天，m1为第一次界面测井时井内的氮气质量，单位kg/天，m2为第二次测井时井内的氮气质量，单位kg/天，t为时间，单位天；

式中：l为体积泄露率，单位l/天，rm为氮气气体常数，单位j(kg·k)，为两次界面测井时套管鞋处的平均氮气压缩因子，无量纲，为两次界面测井时套管鞋处的平均氮气温度，单位k，为两次界面测井时套管鞋处的平均氮气压力，单位bar；

(6)根据测试误差公式得到泄露率的测试误差，

其计算公式如下：

式中，

ul为体积泄露率的测试误差，单位l/天，为井头压力测量误差，单位bar，为氮气压缩因子误差，无量纲，为温度测量误差，单位k，uδm为质量泄露率误差；

(7)根据上述方法制作计算然间，将井口压力、测井温度、测试体积等输入到计算软件中，即可准确、快速的得到井内的体积泄露率以及测试误差。

通过一个应用实例进一步说明。

以一次盐穴储气库的机械完整性测试、气体密封性测试和腔体接收测试为例。机械完整性测试：生产套管内径0.30885m，外溶腔管柱外径0.27305m，气水界面由脉冲中子测井得到，裸眼段数据由井径测井得到，第一次测井时井口压力为180.28bar，气水界面深度1124.37m，四天后第二次测井时井口压力为180.37bar，气水界面深度1124.13m，地表到测试深度的温度为测井温度，通过本发明方法及系统计算得到的泄露率为6.4l/天，测试误差为±15.2l/天，成熟的技术咨询公司deep公司计算的泄露率结果为5.5l/天，测试误差为±17.2l/天，结果相一致，达到测试标准±150l/天，盐腔机械完整性测试合格；气体密封性测试：生产套管内径0.30885m，气水界面由somit脉冲中子测井得到，裸眼段数据由声呐测井得到，第一次测井时井口压力为175.73bar，气水界面深度1124.82m，四天后测井时井口压力为176.99bar，气水界面深度1124.12m，地表到测试深度的温度为测井温度，由本发明方法及系统计算得到的泄露率为9.4l/天，测试误差为±19.4l/天，成熟的技术咨询公司deep公司计算的泄露率结果为11.2l/天，测试误差为±20.9l/天，结果相一致，达到测试标准±150l/天，盐腔气密性测试合格；腔体接收测试，生产套管内径0.30885m，注采气管柱内、外径为0.22244m、0.24450m，排卤管柱外径0.1397m，气水界面由脉冲中子测井得到，裸眼段数据由声呐测井得到，第一次测井时井口压力为174.4bar，气水界面深度1125.4m，四天后第二次测井时井口压力为175.73bar，气水界面深度1125.1m，地表到测试深度的温度为测井温度，由本发明方法及系统计算得到的泄露率为-12.5l/天，测试误差为±22.6l/天，成熟的技术咨询公司deep公司计算的泄露率结果为-11.3l/天，测试误差为±21.9l/天，结果相一致，达到测试标准±150l/天，腔体接收测试合格。

通过以上实例和附图所示进一步表明，本发明的盐穴储气库密封性测试的方法及系统能够准确方便的得到储气库密封性测试结果，能够为盐穴储气库建设提供技术支持。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。