专利名称：储存天然气的盐穴井注采能力下降概率计算方法
技术领域：
本发明涉及盐穴型天然气地下储气库完整性管理技术领域，特别涉及一种储存天然气的盐穴井注采能力下降概率计算方法。
背景技术：
盐穴井是将气体通过井筒注入到盐丘或盐层上的废弃盐穴或水溶建造的盐穴内而储存，并可采出来满足市场需求的一种地下储气设施(如图I所示，其中I为井口，2为表层套管，3为生产套管，4为环空保护液，5为井下安全阀，6-注采管，7为封隔器8-套管鞋9-天然气10-残余卤水)。考虑天然气具有易燃、易爆的特性和盐穴井为用户安全供气的功能要求，盐穴井应具备两种能力其一，储存天然气并阻止天然气释放到周围环境的能力；其二，以有效速率为用户提供储存天然气的能力。盐穴井丧失以上两种或其中一种能力，即定义为失效，失效模式包括泄漏和注采能力下降两种，并均已被国外事故报道证实。盐穴井注采能力下降一旦发生，将大大影响其调峰和运行效率，严重的将造成运行中断或盐穴井·报废，带来不必要的经济损失。盐穴井注采能力决定着其是否能够安全高效经济运行，已成为盐穴井风险评估重点研究对象之一。评估注采能力下降风险大小关键是解决注采能力下降概率和产生的不良后果的计算问题。然而，目前针对注采能力下降风险评估仍无具体的报道。因此，建立盐穴井注采能力下降的概率计算方法迫在眉睫，是建立盐穴型地下储气库风险评估技术的关键点之一，对于预防盐穴型地下储气库注采能力下降发生和确保其安全高效经济运行具有重要意义。
发明内容
本发明旨在提供一种储存天然气的盐穴井注采能力下降概率计算方法，用于判断盐穴井发生注采能力下降的可能性，为盐穴井风险评估提供失效概率数据。本发明可解决盐穴型天然气地下储气库风险评估中失效概率计算的关键问题之一，为预防盐穴地下储气库注采能力下降发生提供技术手段，从而确保盐穴地下储气库安全高效经济运行。为实现上述发明目的，提供一种储存天然气的盐穴井注采能力下降概率计算方法，所述方法包括步骤步骤I、获取待评价盐穴井的信息资料，所述信息资料包括盐穴井基本信息、盐穴井几何形状参数、盐岩特性参数、运行参数和维护/维修历史资料；步骤2、识别引发盐穴井注采能力下降的风险因素；所述风险因素归类为设备失效、运行相关、水合物生成及机械损伤四类；步骤3、基于故障树方法建立盐穴井注采能力下降的故障树逻辑，以注采能力下降事件作为顶事件，确定次级事件、基本事件和引起顶事件的割集；步骤4、确定步骤3的基本事件与步骤2的各类风险因素的关系；步骤5、基于历史统计数据和工程评价模型，计算各类风险因素引起相关联的基本事件发生概率；步骤6、确定各类风险因素引起注采能力下降的不同影响模式发生的概率分布规律；步骤7、根据步骤5的基本事件发生概率和步骤6中的概率分布，计算不同影响模式的基本事件发生概率；步骤8、根据步骤7确定的不同影响模式基本事件发生概率，计算不同影响模式的割集发生概率；步骤9、根据步骤8的不同影响模式的割集发生概率和步骤3建立的故障树逻辑，计算不同影响模式的次级事件发生概率；
步骤10、根据步骤3建立的故障树逻辑和步骤9的不同影响模式的次级事件发生概率，确定不同影响模式的注采能力下降事件的发生概率。所述步骤I中的待评价盐穴井的信息资料包括盐穴井基本信息、盐穴井几何形状参数、盐岩特性参数、运行参数和维护/维修历史资料；其中，盐穴井基本信息包括盐穴井所属储气库名称、储气库类型、盐穴井编号、盐穴井设计寿命、盐穴井服役时间和储存介质特性参数；盐穴井几何形状参数包括盐穴体积、库容量、工作气量、垫气量和管柱尺寸；盐岩特性参数包括参考应力、参考应力下的盐岩蠕变率、静岩压力梯度以及幂指数；运行参数包括井口最大运行压力、井口最小运行压力、盐穴最大设计压力、盐穴最小设计压力、盐穴温度、注入气体温度和最大生产率；维护/维修历史资料包括已发生的泄漏事件、已发生的盐穴失稳事件和维修历史。所述步骤2中的引发盐穴井注采能力下降的主要风险因素归类为设备失效、运行相关、水合物生成及机械损伤四类。所述步骤3中的基于故障树方法建立盐穴井注采能力下降的故障树，以注采能力下降事件作为顶事件、确定次级事件(包括运行减缓和运行中断)、基本事件和引起顶事件的割集；从注采能力下降程度上而言，盐穴井注采能力下降可能包括运行减缓和运行中断两种情况，因此，建立故障树以注采能力下降为顶事件，将运行减缓和运行中断作为顶事件的次级事件。所述步骤4中的基本事件发生概率受各种风险因素的交互影响，不同风险因素对其影响程度不同。根据工程经验确定步骤(3)中的基本事件与步骤(2)的各类风险因素的影响关系。所述步骤5中的各类风险因素引起相关联的基本事件发生概率基于历史统计方法和工程评价模型来确定。工程评价模型包括井口设备故障概率计算模型、盐穴闭合导致盐穴坍塌、上覆层运动和盖层坍塌的概率计算模型。所述步骤5中的井口设备故障概率计算模型，根据各元件对注采能力下降的影响程度，考虑紧急关闭阀、主阀和翼阀的开关失效问题，按以下公式计算井口设备故障概率
叹―=I-FIo-C1其中PfwellhMd为井口设备故障概率，次/年；i为元件，例如I为紧急关闭阀，2为主阀，3为翼阀，Hi为井口设备中元件i的个数；Pfi为元件i的开/关失效概率，次/年。所述步骤5中的盐穴闭合导致盐穴坍塌、上覆层运动和盖层坍塌的概率计算模型。该模型基于两个假设(1)与盐穴稳定性相关的事件包括套管泄漏和盐穴顶板泄漏，以及能引起注采能力下降的盐穴坍塌、上覆层运动和盖层坍塌事件。(2)盐穴闭合引起套管泄漏、盐穴顶板泄漏以及注采能力下降的概率均等，同时假设盐穴坍塌、上覆层运动和盖层坍塌事件引起注采能力下降的概率均等。基于以上两假设，根据盐穴闭合导致套管失效概率可确定盐穴闭合导致盐穴坍塌、上覆层运动和盖层坍塌的概率，计算过程包括a)预测盐穴闭合率
权利要求
1.一种储存天然气的盐穴井注采能力下降概率计算方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤I、获取待评价盐穴井的信息资料，所述信息资料包括盐穴井基本信息、盐穴井几何形状参数、盐岩特性参数、运行参数和维护/维修历史资料； 步骤2、识别引发盐穴井注采能力下降的风险因素；所述风险因素归类为设备失效、运行相关、水合物生成及机械损伤四类； 步骤3、基于故障树方法建立盐穴井注采能力下降的故障树逻辑，以注采能力下降事件作为顶事件，确定次级事件、基本事件和引起顶事件的割集； 步骤4、确定步骤3的基本事件与步骤2的各类风险因素的关系； 步骤5、基于历史统计数据和工程评价模型，计算各类风险因素引起相关联的基本事件发生概率； 步骤6、确定各类风险因素引起注采能力下降的不同影响模式发生的概率分布规律；步骤7、根据步骤5的基本事件发生概率和步骤6中的概率分布，计算不同影响模式的基本事件发生概率； 步骤8、根据步骤7确定的不同影响模式基本事件发生概率，计算不同影响模式的割集发生概率； 步骤9、根据步骤8的不同影响模式的割集发生概率和步骤3建立的故障树逻辑，计算不同影响模式的次级事件发生概率； 步骤10、根据步骤3建立的故障树逻辑和步骤9的不同影响模式的次级事件发生概率，确定不同影响模式的注采能力下降事件的发生概率。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于步骤I中的盐穴井基本信息包括盐穴井所属储气库名称、储气库类型、盐穴井编号、盐穴井设计寿命、盐穴井服役时间和储存介质特性参数；盐穴井几何形状参数包括盐穴体积、库容量、工作气量、垫气量和管柱尺寸；盐岩特性参数包括参考应力、参考应力下的盐岩蠕变率、静岩压力梯度以及幂指数；运行参数包括井口最大运行压力、井口最小运行压力、盐穴最大设计压力、盐穴最小设计压力、盐穴温度、注入气体温度和最大生产率；维护/维修历史资料包括已发生的泄漏事件、已发生的盐穴失稳事件和维修历史。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于步骤3中从注采能力下降程度上而言，所述盐穴井注采能力下降包括运行减缓和运行中断两种情况，因此，建立故障树以注采能力下降为顶事件，将运行减缓和运行中断作为顶事件的次级事件； 所述基本事件如表I所示 表I
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于步骤4中确定步骤3的基本事件与步骤2的各类风险因素的关系是通过表3确定，所述表3为 表3
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于步骤5中工程评价模型包括井口设备故障概率计算模型，盐穴闭合导致盐穴坍塌、上覆层运动和盖层坍塌的概率计算模型； 其中，所述井口设备故障概率计算模型通过下式得到
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于步骤6中，根据注采能力下降事件发生对盐穴井运行效率的影响程度大小，将注采能力下降事件划分为较小运行减缓、较大运行减缓、临时中断和长期中断四种影响模式，次级事件-运行减缓对应较小运行减缓和较大运行减缓两种影响模式，而次级事件-运行中断则对应临时中断和长期中断两种影响模式；各类风险因素引起不同影响模式发生的概率不同，概率分布可按表4计算 表4每类风险因素引起不同影响模式的概率分布
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于步骤7中，根据以下计算公式计算不同影响模式的基本事件发生概率 Pfki = 1-Π (I-PflmAmk)，其中Pfkl为基本事件I的影响模式为k的发生概率；Pflm为基本事件I在风险因素m影响下的发生概率;Amk为风险因素m引起影响模式为k发生的概率。
8.根据权利要求7所述的盐穴型天然气地下储气库注采能力下降的概率计算方法，其特征在于步骤8中，割集中包含的基本事件之间是与门关系，因此按以下计算公式计算不同影响模式的割集发生概率 Pfko = IIPfkl，其中Pfk。为影响模式为k，割集为ο的发生概率；Pfkl为基本事件I的影响模式为k的发生概率。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于步骤9中计算次级事件在不同影响模式下的发生概率，可按所述步骤8中的割集发生概率代入以下公式进行计算 Pfkq = 1-Π (1-Pfk。)，其中Pfkq为次级事件q的影响模式为k的发生概率；Pfk。为影响模式为k，割集为ο的发生概率。
10.根据权利要求I所述的方法，其特征在于步骤10中不同影响模式的顶事件发生概率可根据所述步骤9中的次级事件发生概率确定；较小运行减缓、较大运行减缓、临时中断和长期中断影响模式下的顶事件发生概率分别等于对应影响模式下的次级事件发生概率。
全文摘要
本发明公开提供一种储存天然气的盐穴井注采能力下降概率计算方法，基于故障树方法对盐穴井注采能力下降风险进行测定，用于判断盐穴井发生注采能力下降的可能性。本发明建立了盐穴井注采能力下降的故障树，采用历史统计法和建立的工程评价模型，确定了引起盐穴井注采能力下降的基本事件发生概率，并将各类风险因素对基本事件发生概率的影响作用以修正系数的形式引入基本事件概率计算中，同时根据故障树逻辑，建立了较小运行减缓、较大运行减缓、临时中断和长期中断四种影响模式的盐穴井注采能力下降的概率计算方法，解决了盐穴井风险评估中失效概率计算的关键问题之一，可为储气库管理者开展控制及预防盐穴井注采能力下降风险提供技术依据。
文档编号G06F19/00GK102779236SQ20121025138
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月19日 优先权日2012年7月19日
发明者张广利, 李丽锋, 王珂, 罗金恒, 蔡克, 赵新伟 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油天然气集团公司管材研究所