[发明专利]深水油气生产井环空密闭压力调控管柱系统

摘要

本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种深水油气生产井环空密闭压力调控管柱系统。深水油气井环空密闭压力调控管柱系统，包括：表层套管、技术套管、油管管柱、生产套管管柱、封隔器；油管管柱由普通油管与隔热油管构成，隔热油管位于整个油管管柱上方，普通油管位于油管管柱下方；生产套管管柱由生产套管与隔热套管构成，隔热套管位于整个生产套管管柱上方，生产套管位于生产套管管柱下方。本发明不受地层条件、深水环境的限制，仅通过下入隔热管材来增加井筒的径向的导热热阻，即可实现对密闭环空压力的控制；且不会增加额外的施工程序和工作量；因其隔热管材只应用于部分井段，亦不会增加过多额外施工成本，有利于广泛推广应用。

主权项

1.一种隔热油管与隔热套管下入深度确定方法,用于确定深水油气井环空密闭压力调控管柱系统中隔热油管与隔热套管下入深度，所述深水油气井环空密闭压力调控管柱系统，包括：表层套管、技术套管、油管管柱、生产套管管柱、封隔器；表层套管位于技术套管外侧，技术套管位于生产套管管柱外侧，生产套管管柱位于油管管柱外侧，封隔器位于油管管柱底端，油管管柱与生产套管管柱之间；表层水泥环位于表层套管与地层之间；第三环空水泥环位于技术套管与表层套管及地层构成的环形空间底部，第三环空水泥环上部为环空；第二环空水泥环位于生产套管管柱与技术套管及地层构成的环形空间底部，第二环空水泥环上部为环空；油管管柱与生产套管管柱之间为环空；所述的油管管柱由普通油管与隔热油管构成，隔热油管位于整个油管管柱上方，普通油管位于油管管柱下方，油管管柱位于井筒中心，地层流体通过油管系统提升到地面；所述的生产套管管柱由生产套管与隔热套管构成生产套管管柱，隔热套管位于整个生产套管管柱上方，生产套管位于生产套管管柱下方；其特征在于，步骤如下：(1)、获取地层参数、环空液体参数、地层流体参数、井身参数和最大生产时间，基于上述参数确定环空最大允许压力；地层参数包括：地温梯度、地层比热容、地层导热系数和地层密度；环空液体参数包括：等温压缩系数和等压膨胀系数、导热系数；地层流体参数包括：日产量、比热容和含水率变化；井身参数包括：各环空水泥返高、水泥环导热系数和套管导热系数、泊松比以及线性膨胀系数；环空最大允许压力依据API RP90标准确定；(2)、选择最低等级的隔热油管和普通生产套管,绘制该条件下环空压力随隔热油管下入深度的变化曲线；(3)、计算上述管柱结构内的环空温度变化值，公式为：上式中，环空温度为：无因次地层温度为：(4)、把环空温度变化代入体积平衡矩阵计算得出环空压力值，具体公式为：其中环空体积变化为：上面两个公式中：Z₀—环空顶部位置，m；Z_i—环空底部位置，m；T_an—环空温度，℃；T_ani—环空初始平均温度，℃；T_f—油管内流体温度，℃；λ_e—地层导热系数，W/(m·℃)；T_e—地层温度，℃；R_to—径向传热总热阻，m·℃/W；R_an—环空热阻，m·℃/W；T_D为无因次生产时间，tD＝tα_e/rw²；t为生产时间，s；α_e为地层热扩散系数，m2/s；r_w为井筒半径，m；Δr_ti—温度引起的内径变化，m；Δr_pi—压力引起的内径变化，m；Δr_to—温度引起的内径变化，m；Δr_po—压力引起的内径变化，m；(5)、选取压力等于最大允许压力所对应的深度作为隔热油管的下入深度，设计结束，得出隔热油管下入深度及其隔热参数；若压力始终大于最大允许压力，提高油管隔热等级，重复(3)至(4)；当油管隔热等级达到最高时，选择最低等级的隔热套管和最高等级的隔热油管，设定隔热油管下入深度等于环空水泥返高，绘制该条件下环空压力随隔热套管套管下深的变化曲线；(6)、在曲线上选取压力等于最大允许压力所对应的深度作为隔热套管的下入深度，设计结束，获取隔热套管下入深度及其隔热参数，此时隔热油管下入深度等于环空水泥返高，隔热等级为最高级；若压力始终大于最大允许压力，提高套管隔热等级，重复(5)，(6)；若套管隔热等级达到最时，仍无法满足设计条件，则降低日产液量1t/d，重复(5)、(6)直至满足要求。