[發明專利]一種氣藏型儲氣庫注采管柱沖蝕失效風險測定方法

有效

• 申請號: 202010081980.8
• 申請日: 2020-02-06
• 公開（公告）號: CN111222281B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 李麗鋒;羅金恒;趙新偉;武剛;王珂;朱麗霞
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F113/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

1.一種氣藏型儲氣庫注采管柱沖蝕失效風險測定方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)獲取待測定注采井的初始狀態參數；

步驟1)中獲取的參數包括：

注采管下入深度、彈性模量和內壁粗糙度、完井液密度、環空保護液密度、注采管導熱系數、套管導熱系數、地層導熱系數、地層熱擴散系數、環境溫度、地溫梯度、天然氣相對密度、天然氣臨界壓力、天然氣臨界溫度、最大采氣量、氣庫上限運行壓力和最大采氣量下的運行時間；

2)計算注采管柱微元段平均溫度和平均壓力；

步驟2)的計算過程為：

201)根據所述初始狀態參數確定第i個微元段內的天然氣入口端的壓力初值p_i、溫度初值T_i、微元段長度ΔL；

p_i取注采管柱下入深度H處的壓力p_H，T_i取注采管柱下入深度H處溫度T_H；

202)賦值第i個微元段內的壓力變化量初值為ΔP_i、溫度變化量初值為ΔT_i和總傳熱系數初值為NU2_i，計算出口端的壓力p_i+1和溫度T_i+1，再計算第i個微元段的平均溫度T_i+1/2和平均壓力p_i+1/2；

其中，p_i+1＝p_i+ΔP_i，T_i+1＝T_i+ΔT_i；

203)將NU2_i、T_i+1/2和ΔL代入式(3)中計算微元段內的熱量損失值ΔQ_i，并計算基于ΔQ_i的新的總傳熱系數NU2_i+1/2；

當|NU2_i+1/2-NU2_i|≤ε₁時，則輸出新的總傳熱系數NU2_i+1/2；

否則，將NU2_i+1/2賦給NU2_i，代入式(3)得到新的熱量損失值，將新的熱量損失值代入式(4)重新進行計算，直至|NU2_i+1/2-NU2_i|≤ε₁，迭代結束，輸出新的總傳熱系數NU2_i+1/2；

式中，為注采管柱外半徑，m；為水泥環外緣溫度，℃；為井眼半徑，m；為套管外半徑，m；為環空液體對流系數，W/(m²·K)；為環空液體輻射傳熱系數，W/(m²·K)，與ΔQ_i相關；K_cem為水泥環的導熱系數，W/(m²·K)；

204)將步驟203)中的新的總傳熱系數NU2_i+1/2代入式(3)計算微元段內新的熱量損失值ΔQ_i+1/2，基于所述ΔQ_i+1/2根據式(5)計算溫度變化量ΔT_i+1/2；

當|ΔT_i+1/2-ΔT_i|≤ε₂時，輸出第i個微元段內的溫度變化量ΔT_i+1/2；

否則，將ΔT_i+1/2賦給ΔT_i，代入式(3)計算微元段內新的熱量損失值，將新的熱量損失值代入式(5)重新進行計算，直至|ΔT_i+1/2-ΔT_i|≤ε₂，輸出結果ΔT_i+1/2；

式中：θ_i+1/2為井斜角，為定壓熱容，J/(kg·℃)；

205)將步驟204)中的ΔT_i+1/2，計算新的微元段出口端溫度值T_i+1，并按照井筒壓力降方程式(6)計算新的壓力變化量ΔP_i+1/2；

式中：ΔP_i+1/2為微元段內壓力變化量，MPa；為摩擦阻力系數；

若|ΔP_i+1/2-ΔP_i|≤ε₃時，輸出第i個微元段內的壓力變化量ΔP_i+1/2；

否則，將ΔP_i+1/2賦給ΔP_i，并按照步驟202)、步驟203)和步驟204)重新計算，直至|ΔP_i+1/2-ΔP_i|≤ε₃；

206)將ΔT_i+1/2、ΔP_i+1/2、V_i+1/2，作為第i+1個微元段的入口端壓力和溫度，計算第i+1個微元段出口端的溫度T_i+1、壓力p_i+1，重復步驟201)-205)，依次計算每個微元段的平均溫度、平均壓力和流動速度；

3)計算微元段平均溫度和平均壓力下天然氣流動速度；

步驟3)中天然氣流動速度V_i+1/2和密度ρ_i+1/2為：

式中，V_i+1/2為天然氣流動速度，m/s；q_g為天然氣采期流量，m³/d；為注采管柱內半徑，m；ρ_i+1/2為天然氣密度，g/cm³；γ_g為天然氣相對密度；Z_i+1/2為天然氣壓縮因子；

4)計算微元段沖蝕失效概率；

步驟4)的微元段沖蝕發生概率為：

式中：W為沙子流速，kg/d；S_k為幾何形狀參數；t_i+1/2為第i段注采管柱壁厚，mm；T為以最大采氣量運行的時間，A_f為地層出砂修正系數；5)計算全井段注采管柱沖蝕失效概率。