[发明专利]一种深水高温高压井固井环空油气窜流的数值模拟方法、系统及存储介质

说明书

本发明公开了一种深水高温高压井固井环空油气窜流的数值模拟方法、系统及存储介质。所述方法包括如下步骤：根据深水高温高压井水泥环密封失效工况，建立环空油气窜流几何模型，确定模型各材料区域模型参数及界面参数；根据环空油气窜流几何模型，进行网格划分、确定载荷及边界条件，并开展有限元仿真计算，获取不同时间条件下环空窜流高度数值模拟计算结果；根据有限元仿真计算结果，分别获得不同流体性质条件下、不同界面胶结强度条件下和不同窜流流量条件下环空窜流高度数值模拟计算结果。本发明方法能够准确还原深水高温高压条件下井筒内环空油气窜流现象，为深入分析深水高温高压井水泥环密封失效工况下环空油气窜流问题提供了有效的研究手段。

技术领域

本发明涉及一种深水高温高压井环空油气窜流的数值模拟方法、系统及存储介质，属于能源行业石油固井技术领域。

背景技术

在油气井开采过程中，固井是钻完井作业中不可或缺的一个关键性环节。随着深水及超深水油气资源的不断勘探开发，深水油钻完井工作量越来越大，而深水高温高压等复杂作业条件对固井作业提出了非常高的要求。众所周知，深水固井的主要目的是保护作业管柱以及有效封堵相邻的油、气、水层。在固井注水泥后会凝固形成一个完整的封隔系统，该系统要在整个深水油气井作业期间乃至报废之后均可以实现不同层位的有效封隔。一旦深水固井作业水泥环发生密封失效现象，会引起环空带压或油气水窜问题。例如，在深水作业现场套管试压过程中，当套管内压力升高到一定值时会引起水泥环的脆性破坏，导致其密封失效引发流体窜流，严重时会使油气井报废，造成严重的经济损失，同时也会对深水现场作业带来巨大的安全风险。

随着我国南海地区深水开发的不断进行，发现部分井的温度和压力都非常高，属于典型的高温高压条件，水泥环在如此恶劣的环境下工作很容易出现水泥环密封失效问题，引起环空油气窜流。目前，虽然研究人员针对高温高压条件下固井水泥环密封失效问题展开了大量研究，但还是比较缺乏有效的研究深水高温高压井环空油气窜流的方法，特别是在数值模拟方面，需要探索形成一套准确合理的深水高温高压井环空油气窜流数值模拟方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种深水高温高压井固井环空油气窜流的数值模拟方法，以为高温高压条件下环空油气窜流问题提供有效的研究手段。

本发明提供的深水高温高压井固井环空油气窜流的数值模拟方法，包括如下步骤：

S1、根据深水高温高压井水泥环密封失效工况，建立环空油气窜流几何模型，确定模型各材料区域模型参数及界面参数；

S2、根据所述环空油气窜流几何模型，进行网格划分、确定载荷及边界条件，并开展有限元仿真计算，获取不同时间条件下环空窜流高度数值模拟计算结果；

S3、根据有限元仿真计算结果，获取不同流体性质条件下环空窜流高度数值模拟计算结果；

S4、根据有限元仿真计算结果，获取不同界面胶结强度条件下环空窜流高度数值模拟计算结果；

S5、根据有限元仿真计算结果，获取不同窜流流量条件下环空窜流高度数值模拟计算结果。

上述的数值模拟方法中，步骤S1按照下述步骤进行：

基于深水高温高压井水泥环密封失效工况，根据环空油气上窜的特点，建立所述环空油气窜流数值几何模型；

根据实验室测试以及现场资料，确定套管、水泥环和地层的材料参数；

根据深水高温高压井固井作业实际工况，确定固井一和固井二的界面的参数。

上述的数值模拟方法中，步骤S2照下述步骤进行：

根据所述环空油气窜流几何模型，进行网格划分，确定最小网格数；

根据所述环空油气窜流网格模型，确定初始条件及边界条件，并模拟真实地应力情况；