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申请/专利权人：西南石油大学

摘要：本发明提供一种超深井油套环空液面高度的确定方法，该方法包括：建立井筒压力场模型；建立油套环空液面高度确定模型；模型求解；基于井筒压力场模型、油套环空液面高度确定模型和模型求解方案，利用数值求解方法求解油套环空液面高度。该方法确定的油套环空液面高度是该油套持续环空压力井的油套环空液面高度，随后企业即根据该方法得到的油套环空液面高度来进行油套持续环空压力井评价，进而保障超深井完整性。本发明方法够准确确定油套环空液面高度。

主权项：1.一种超深井油套环空液面高度的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：建立井筒压力场模型；获取油套环空和“B”环空的压力场，根据所述压力场得到油管柱内外壁压力，生产套管柱内外壁压力和油套环空压力数值大小；所述“B”环空是生产套管与中间套管之间的环空；步骤二：建立油套环空液面高度确定模型；根据步骤一获取的结果来获取泄压前后油套环空中气柱体积与液体体积，得到泄压前后油套环空内气体体积的变化量；步骤三：模型求解；根据步骤二建立的模型来获取泄压前后油套环空内气体物质量的变化量，从而得到超深井油套环空液面高度；步骤四：模拟数值计算，根据步骤一至步骤三的结果得到超深井油套环空液面高度的具体数值；所述步骤一包括：1建立井筒压力场模型：油套环空到“B”环空从内向外分别为油管6、油套环空液体7、生产套管4、水泥3和中间套管5；获取准确的井筒压力场是进行超深井油套环空液面高度确定的基础；根据井筒气体受力平衡条件，得出气体在油管柱内流动的压降为： 式中：f为壁面摩阻系数；l为油管柱长度，单位：m；ρ为气体密度，kgm3；v为气体流速，ms；d为油管柱内径，m；△p为气体在油管柱内流动的压降，MPa；对于气体在油套环空内流动，半径取水力相当半径，则气体在油套环空内流动的压降由下式计算： 式中：dci为生产套管柱内径，m；dto为油管柱外径，m；针对气柱段的油套环空压力计算，气柱在单元密封油套环空长度内的压力计算为： 式中，h为井的垂深，m；g是重力加速度，ms2；Pgas为针对气柱段的油套环空压力，MPa；针对液柱段的油套环空压力计算需要考虑液柱重力压力，为：Pliquid＝Pct+ρlgHliquid4式中，Pct为气柱在油套环空液面的压力，MPa；Hliquid为油套环空中液柱长度，m；ρl为油套环空液体密度，kgm3；Pliquid为针对液柱段的油套环空压力，MPa；对于气体相对密度的计算需要考虑气体状态方程： 式中：γg为气体相对密度；Zg为气体偏差因子，无因次；R为气体常数，MPa.m3kmol.K；p为井筒压力，MPa；Tg为井筒温度，℃；根据以上计算公式，结合泄压前的井口压力，便得出整个井筒的压力分布；所述步骤二包括：假设：①油管柱和油套环空内的气体沿井筒轴线向井口流动；②井筒温度场不随时间变化；③各时间段内，油管柱内气体泄漏为稳定的渗流过程；④气体泄漏过程中，储层压力不变；⑤泄压前井筒内的油管柱和套管柱已发生变形；⑥“B”环空内存在气体；首先考虑超深井油套环空泄压前，根据油管柱-油套环空液体-多层套管柱系统力学特性分析，考虑温度和压力共同作用，油套环空中气柱体积与液体体积的计算公式为： 式中，H0为坐封封隔器的井深，m；Vyz为油套环空液体的体积，m3；Vgz为油套环空中气柱的体积，m3；ttub为油管柱内半径，m；ccas为生产套管柱外半径，m；Rto1为泄压前油管柱外半径径向变化量，m；Rpci1为泄压前生产套管柱内半径径向变化量，m；H1为泄压前的油套环空液面高度，m；Hi为油套环空位置，m；若油管柱和生产套管柱发生变形，造成油套环空体积变化，则假设水泥、油套环空液体及油管柱和生产套管柱为线弹性材料，根据弹性力学理论得到油管柱和生产套管柱的径向位移，Rto1和Rpci1的计算如下： 式中，ε为油管柱和生产套管柱的泊松比；τ为油管柱和生产套管柱的热膨胀系数，K-1；btub为油管柱外半径，m；E为油管柱和生产套管柱的弹性模量，MPa；bcas为生产套管柱内半径，m；ΔTt为油管柱内外壁温差，K；Pt1、Pt2为油管柱内外壁压力，MPa；ΔTc为生产套管柱内外壁温差，K；Pc1、Pc2为生产套管柱内外壁压力，MPa；r为油管柱和生产套管柱的半径，m；经过t时刻泄压后，此时油套环空压力改变，考虑到油套环空液体受到的压缩力较小，从而引起油套环空液面高度下降，导致油套环空液体体积改变；在考虑温度和压力对油套环空液体压缩系数的影响下，将整个油套环空液体分成n份微元段，计算每段油套环空液体压缩系数，同时计算油套环空液体体积变化量为： 式中，ΔVys为油套环空液体在压缩力作用下的体积变化，m3；Pa2i为第i微元段的油套环空液体所受泄压后的油套环空压力，MPa；Pa1i为第i微元段的油套环空液体所受泄压前的环空压力，MPa；Ci为第i微元段的油套环空液体压缩系数，MPa-1；ΔViyz为第i微元段的油套环空液体体积，m3；考虑到温度和压力的共同作用，油套环空液体压缩系数与水相似，因此油套环空液体压缩系数表达为： 式中，C为油套环空液体压缩系数，MPa-1；Tc是油套环空温度，K；Pc是油套环空压力，MPa；若将油套环空液体的密度表示为温度和压力的函数，则利用二维拉格朗日插值法得到密度关于P和T的多项式： 式中，fkT、fnP分别为温度、压力的差值函数；a，b表示不同油套环空位置；通过求解式11得到不同温度及压力下的油套环空液体压缩系数；而针对油套环空泄压后，油管柱和生产套管柱发生变形引起的径向位移为： 式中，Rto2为泄压后油管柱外半径径向变化量，m；Rpci2为泄压后生产套管柱内半径径向变化量，m；此时油套环空液面高度为： 式中，H2为泄压后的油套环空液面高度，m；A1为泄压前的油套环空面积，m2；A2为泄压后的油套环空面积，m2；泄压后，油套环空中气柱体积与液体体积为： 对于“B”环空中气柱体积与“B”环空液体体积的计算方法与油套环空一致。

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