[發明專利]一種深水高溫高壓井固井環空油氣竄流的數值模擬方法、系統及存儲介質

在審

• 申請號: 202111158477.9
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113898312A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 幸雪松;李中;吳怡;武治強;范白濤;謝仁軍;楊向前;郭華;殷志明;岳家平;徐國賢;張興全;郭宗祿;龐照宇;趙以鵬
• 申請（專利權）人: 中海石油（中國）有限公司;中海石油（中國）有限公司北京研究中心
• 主分類號: E21B33/13
• 分類號: E21B33/13;E21B47/00;G06F30/27;G06Q50/02
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 王春霞

本發明公開了一種深水高溫高壓井固井環空油氣竄流的數值模擬方法、系統及存儲介質。所述方法包括如下步驟：根據深水高溫高壓井水泥環密封失效工況，建立環空油氣竄流幾何模型，確定模型各材料區域模型參數及界面參數；根據環空油氣竄流幾何模型，進行網格劃分、確定載荷及邊界條件，并開展有限元仿真計算，獲取不同時間條件下環空竄流高度數值模擬計算結果；根據有限元仿真計算結果，分別獲得不同流體性質條件下、不同界面膠結強度條件下和不同竄流流量條件下環空竄流高度數值模擬計算結果。本發明方法能夠準確還原深水高溫高壓條件下井筒內環空油氣竄流現象，為深入分析深水高溫高壓井水泥環密封失效工況下環空油氣竄流問題提供了有效的研究手段。

技術領域

本發明涉及一種深水高溫高壓井環空油氣竄流的數值模擬方法、系統及存儲介質，屬于能源行業石油固井技術領域。

背景技術

在油氣井開采過程中，固井是鉆完井作業中不可或缺的一個關鍵性環節。隨著深水及超深水油氣資源的不斷勘探開發，深水油鉆完井工作量越來越大，而深水高溫高壓等復雜作業條件對固井作業提出了非常高的要求。眾所周知，深水固井的主要目的是保護作業管柱以及有效封堵相鄰的油、氣、水層。在固井注水泥后會凝固形成一個完整的封隔系統，該系統要在整個深水油氣井作業期間乃至報廢之后均可以實現不同層位的有效封隔。一旦深水固井作業水泥環發生密封失效現象，會引起環空帶壓或油氣水竄問題。例如，在深水作業現場套管試壓過程中，當套管內壓力升高到一定值時會引起水泥環的脆性破壞，導致其密封失效引發流體竄流，嚴重時會使油氣井報廢，造成嚴重的經濟損失，同時也會對深水現場作業帶來巨大的安全風險。

隨著我國南海地區深水開發的不斷進行，發現部分井的溫度和壓力都非常高，屬于典型的高溫高壓條件，水泥環在如此惡劣的環境下工作很容易出現水泥環密封失效問題，引起環空油氣竄流。目前，雖然研究人員針對高溫高壓條件下固井水泥環密封失效問題展開了大量研究，但還是比較缺乏有效的研究深水高溫高壓井環空油氣竄流的方法，特別是在數值模擬方面，需要探索形成一套準確合理的深水高溫高壓井環空油氣竄流數值模擬方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種深水高溫高壓井固井環空油氣竄流的數值模擬方法，以為高溫高壓條件下環空油氣竄流問題提供有效的研究手段。

本發明提供的深水高溫高壓井固井環空油氣竄流的數值模擬方法，包括如下步驟：

S1、根據深水高溫高壓井水泥環密封失效工況，建立環空油氣竄流幾何模型，確定模型各材料區域模型參數及界面參數；

S2、根據所述環空油氣竄流幾何模型，進行網格劃分、確定載荷及邊界條件，并開展有限元仿真計算，獲取不同時間條件下環空竄流高度數值模擬計算結果；

S3、根據有限元仿真計算結果，獲取不同流體性質條件下環空竄流高度數值模擬計算結果；

S4、根據有限元仿真計算結果，獲取不同界面膠結強度條件下環空竄流高度數值模擬計算結果；

S5、根據有限元仿真計算結果，獲取不同竄流流量條件下環空竄流高度數值模擬計算結果。

上述的數值模擬方法中，步驟S1按照下述步驟進行：

基于深水高溫高壓井水泥環密封失效工況，根據環空油氣上竄的特點，建立所述環空油氣竄流數值幾何模型；

根據實驗室測試以及現場資料，確定套管、水泥環和地層的材料參數；

根據深水高溫高壓井固井作業實際工況，確定固井一和固井二的界面的參數。

上述的數值模擬方法中，步驟S2照下述步驟進行：

根據所述環空油氣竄流幾何模型，進行網格劃分，確定最小網格數；

根據所述環空油氣竄流網格模型，確定初始條件及邊界條件，并模擬真實地應力情況；