(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111620467.2 (22)申请日 2021.12.27 (71)申请人 西南石油大 学 地址 610500 四川省成 都市新都区新都大 道8号 (72)发明人 丁亮亮　陈文康　刘军严　朱海　 廖涛　张强　 (74)专利代理 机构 成都知棋知识产权代理事务 所(普通合伙) 51325 代理人 马晓静 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) E21B 47/047(2012.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种超深井油套环空液面高度的确定方法 (57)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。 权利要求书4页 说明书11页 附图1页 CN 114254520 A 2022.03.29 CN 114254520 A 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。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 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， kg/m3； v为气体流速， m/ s； 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， m/s2； 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+ρlgHliquid      (4) 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， kg/m3； 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.m3/ (kmol.K)； p为井筒压力， MPa； Tg为井筒温度， ℃；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114254520 A 2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。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特 征在于， 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； bcac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微元段的油套环权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114254520 A 3