[发明专利]一种环空圈闭压力预测方法

说明书

本发明公开了一种环空圈闭压力预测方法，包括以下步骤：1)根据生产工况建立环空温度剖面；2)计算环空流体热物性参数；3)利用套管变形公式建立套管变形模型；4)计算环空体积变化；5)利用环空圈闭压力计算方程建立环空圈闭压力计算模型并求解。

技术领域

本发明涉及一种预测方法，特别涉及一种环空圈闭压力预测方法。

背景技术

环空圈闭压力是指在油气井开采过程中，由于油管内高温流体加热密闭环空内流体，使密闭环空内流体发生膨胀引起的压力。环空圈闭压力值与环空内流体热物性、流体温度变化、环空体积变化等有关，过高环空圈闭压力会造成套管挤毁，1999年，BP墨西哥湾Marlin油田A-2井在投产数小时后，生产套管被挤毁。在陆地和浅水井，环空圈闭能够在井口释放，而在深水井，除了油管和油层套管之间的环空外，其它套管环空圈闭压力无法通过井口释放。

精确计算环空圈闭压力能够合理地优选套管尺寸，制定适合的环空圈闭压力防治方案，从而控制圈闭压力，保证油气井生产安全。目前，环空圈闭压力预测方法主要考虑流体膨胀压缩效应和套管自由段变形进行计算，代表性的商业软件为Landmark的Wellcat模块，流体膨胀压缩效应的热物性参数选取存在误差、未考虑套管封固段的变形等因素使得该方法和软件计算的圈闭压力比现场实测值高10-30％，无法正确指导油气井套管的选型和圈闭压力的防治方案的制定。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种预测准确的环空圈闭压力预测方法，该预测方法能够为海上油气井套管柱设计及圈闭压力防治方案制定提供支持。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种环空圈闭压力预测方法，包括以下步骤：1)根据生产工况建立环空温度剖面；2)计算环空流体热物性参数；3)利用套管变形公式建立套管变形模型；4)计算环空体积变化；5)利用环空圈闭压力计算方程建立环空圈闭压力计算模型并求解。

在所述步骤2)中，所述环空流体热物性参数通过实验测得，其过程包括：

①测定在不同环空温度剖面下和不同压力下的实验流体体积变化；

②根据环空流体状态方程可得实验流体体积变化与所述流体热物性参数的方程式，方程式如下：

ΔV₁＝αV₀ΔT₁

ΔV₁＝k_tV₀ΔP₁

式中ΔV₁为实验流体体积变化，m³；α为膨胀系数,℃^-1；ΔT₁为实验流体温度变化，℃；V₀为实验流体体积，m³；k_t为压缩系数，MPa^-1；ΔP₁为实验流体压力变化，MPa；

③根据步骤②中的两方程式导出不同环空温度剖面和不同压力下的所述流体热物性参数计算公式如下：

在所述步骤2)中，所述环空流体热物性参数通过密度反算法测得，其过程包括：

①已知不同温度压力下的流体密度；

②根据流体膨胀前后流体质量守恒原则可得质量守恒方程如下：

ρ_T,P(V₂+ΔV₂)＝ρ₀V₂

由上式导出