[发明专利]一种基于油套环空动液面监测的油井套管防挤毁预警系统

说明书

本发明提供一种基于油套环空动液面监测的油井套管防挤毁预警系统，包括油套环空动液面测深仪，压力计，流量计，预警计算装置，报警器，油嘴控制器。本发明通过考虑井下套管实际外挤压力、井口套压和油井产量变化等因素，实时评估全井筒生产套管动态允许极限掏空深度并与实时监测的油套环空液面深度对比，从而快速经济实现油井套管防挤毁实时预警和自动反馈降低油套环空液面深度，确保套管安全，可靠性高。

技术领域

本发明属于油气井管柱完整性与安全技术领域，具体涉及一种基于油套环空动液面监测的油井套管防挤毁预警系统。

背景技术

套管柱是深部高温高压油井的重要安全屏障，防止深井套管柱发生变形和挤毁对于油气井高效安全生产至关重要。然而，油井生产后期由于地层能量不足需要对油井下泵深抽，深抽阶段地层压力的衰减和生产制度的变化都将导致油套环空动液面波动变化，从而影响套管柱有效支撑内压力。当油套环空动液面下降至油井允许极限掏空深度时，套管面临挤压失效风险。

由于现有套管柱结构与强度设计规范中均按考虑管内一固定掏空深度值来设计生产套管最大外挤载荷并进行套管抗外挤强度校核和套管选型，因此油井转抽后目前现场也多将该固定掏空深度值作为深抽泵下深设计和油套环空液面管理的依据参数，而没有考虑井下套管实际外挤压力、井口套压和油井产量变化等因素对全井筒生产套管动态允许极限掏空深度和套管挤毁失效风险的影响，加之现场缺乏一套油套环空液面自动监测与套管失效风险动态评估预警机制，导致油井转抽后生产套管挤毁事故时有发生。因此，建立基于油套环空动液面监测的油井套管防挤毁预警系统，实时评估全井筒生产套管动态允许极限掏空深度并与实时监测的油套环空液面深度对比，从而快速经济实现油井套管防挤毁实时预警和自动反馈降低油套环空液面深度，对于确保全井筒套管柱全生命周期安全服役至关重要。

发明内容

本发明的发明目的是，提供一种基于油套环空动液面监测的油井套管防挤毁预警系统，克服现有技术采用生产套管柱设计时的固定掏空深度管理油套环空液面无法开展套管失效风险动态评估和预警的缺陷。

本发明提供一种基于油套环空动液面监测的油井套管防挤毁预警系统，其特征在于，包括油套环空动液面测深仪，压力计，流量计，预警计算装置，报警器，油嘴控制器；

所述预警计算装置分别与油套环空动液面测深仪，压力计，流量计，报警器，油嘴控制器有线或/和无线连接；

所述油套环空动液面测深仪实时获取油套环空液面深度数据，并将所述油套环空液面深度数据实时发送至预警计算装置；

所述压力计实时获取油套环空井口套压数据并将所述油套环空井口套压数据实时发送至预警计算装置；

所述流量计实时获取油井产量数据并将所述油井产量数据实时发送至预警计算装置；

所述预警计算装置存储油井资料基础数据；

所述预警计算装置按照一定时间间隔，重复执行以下步骤：

步骤一：采用以下公式计算井深h处油层套管外压力当量密度曲线ρ_e(h)

式中：h为井深，单位为m，ρ_e(h)为井深h处油层套管外压力当量密度，单位为g/cm³，ν(h)为井深h处地层岩石静态泊松比，单位为无量纲，ρ_r为上覆岩层压力平均当量密度，单位为g/cm³，ρ_m(h)为井深h处油层套管固井时钻井液密度，单位为g/cm³，ρ_p(h)为井深h处实钻地层孔隙压力当量密度，单位为g/cm³，max为最大值函数；

步骤二：采用以下公式实时计算生产套管允许掏空深度曲线H_t(h)