[发明专利]一种火烧油层驱油注气井套管柱服役安全评价方法

说明书

本发明公开了一种火烧油层驱油注气井套管柱服役安全评价方法，首先确定火驱注气井套管柱的工况极限载荷，包括套管管柱受力载荷和地应力载荷，套管管柱受力载荷包括有效外挤、有效内压、轴向载荷及温度引起的热应力载荷；地应力载荷包括垂向地应力、水平地应力及岩石强度；然后基于腐蚀/蠕变损伤预测套管材料强度损失，计算服役套管剩余强度，从套管柱工况极限载荷、服役套管的承载能力建立套管柱服役安全评价。

技术领域

本发明属于油气开采工程技术领域，具体涉及一种火烧油层驱油注气井套管柱服役安全评价方法。

背景技术

稠油、超稠油是我国油气资源开发的主要对象之一，主要分布在新疆、辽河、吐哈、胜利、环渤海湾等地区，2007年以来，中石油新疆、吐哈油田及中海油环渤海湾地区累计发现数个整装区块，可开采稠油储量逾20亿吨，是我国未来油气增产的主要方向之一。火驱采油技术是重要的稠油开采工艺，采收率高、适用范围广等，既适合一次采油、二次采油和三次采油，也适合开发后期高含水油藏，因而，火驱采油技术是实现油田上产、增产的重要的二次开采工艺。调研表明：注气井套管损坏(简称套损)问题严重，以辽河油田杜66区块为例，截止2015年，火驱92井组中共有43口注气井在转驱后发现28口井出现了新增套损，占比65％。

火烧油层注气井套管本身的服役性能和承受的工况载荷具有动态特征。一方面，火驱工况涉及富氧介质、持续高温环境及复杂载荷作用，氧腐蚀失重、蠕变损伤、相变诱发材质突变等因素引起套管本身的服役性能持续弱化。另一方面，火烧油层温度场引起的热应力随火线的推进不断变化，同时地层上覆岩层压力及水平主应力，井下套管处于热-力耦合场，承受复杂的工况载荷。目前火驱注气井套管柱设计缺少下井前的服役安全性评价，从失效控制与完整性管理的角度缺少安全性评价环节，导致火驱井大量套损失效问题的发生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种火烧油层驱油注气井套管柱服役安全评价方法，针对稠油火驱注气井套损失效问题，一方面，考虑氧腐蚀、蠕变损伤、金属相变三类主要因素引起套管材料强度损失，另一方面，考虑火烧油层热-力耦合场复杂工况载荷，形成套管柱服役安全性评价方法，为火烧油层驱油注气井套管柱安全服役及失效预防奠定坚实的基础。

本发明采用以下技术方案：

一种火烧油层驱油注气井套管柱服役安全评价方法，首先确定火驱注气井套管柱的工况极限载荷，包括套管管柱受力载荷和地应力载荷，套管管柱受力载荷包括有效外挤、有效内压、轴向载荷及热应力载荷；地应力载荷包括垂向地应力、水平地应力及岩石强度；然后基于腐蚀/蠕变损伤预测套管材料强度损失，计算服役套管剩余强度，根据套管柱工况极限载荷、服役套管的承载能力建立套管柱服役安全评价，确定套管柱工况极限载荷、服役套管承载能力和套管管柱安全风险。

具体的，井下套管柱有效外挤载荷具体为：

p_ce＝G_w1H(H≤H_lost)

p_ce＝G_w1H+G_S(H-H_lost)(H＞H_lost)

其中，P_ce为井深H处的有效外挤压力；G_w1为计算外挤压力时的管外液柱当量压力梯度；G_s为盐水柱当量压力梯度；H_lost为漏失液面的深度。

具体的，不考虑气柱重量时的有效内压力计算如下：

p_be＝p_bh-G_wH

其中，p_s为井口压力；p_be为任意深度处套管的有效内压力；