【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钻井井筒压力控制，具体涉及一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测方法及系统。
技术介绍
1、随着持续增长的油气需求，油气资源的获取由浅层迈向深层。而深井开采面临众多的工程问题，其中，环空圈闭压力上升是影响深层油气安全高效开采的主要问题之一。环空圈闭压力上升是指在生产测试过程中，油管中开采的高温流体通过多层管壁、环空以及水泥环向地层径向传热，致使环空流体受热膨胀引起密闭环空压力升高的现象，是环空带压的主要形式。在巴西、西非和墨西哥湾等油田，环空圈闭压力上升可能导致套管挤毁或胀破，威胁井筒安全。由于地层破裂压力低、安全窗口窄，固井设计一般未将水泥浆上返至井口，形成一段较长的自由段套管(环空充满液体)。同时，井底高温流体与环空自由段流体的温差造成了环空圈闭压力上升。而一些高含硫气井，由于井底高温以及固井质量差引起的环空自由段存在环空圈闭压力上升的风险。考虑到温度是引起环空圈闭压力上升的主要因素，有必要对高温高压井筒温度场开展研究。进一步形成环空圈闭压力治理方案，在固井前实施以保证井筒安全。
2、当前，井筒温度的研究方法根据在建模过程中是否考虑时间分为拟稳态法和瞬态法。其中，拟稳态法是指将井筒中的传热视为稳态，而将地层中的传热视为瞬态，进而通过能量守恒对井筒温度进行求解的方法。ramey首次提出了基于简化能量平衡的井筒温度半稳态计算方法。willhite详细介绍了蒸汽注水井和热水注水井的传热系数的计算方法。基于研究ramey和willhite的研究，拟稳态法广泛应用于的注蒸汽井，两相流井和油气生产测试井的井筒温度
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：现有的拟稳态法在初始生产时间上存在较大误差，大量的假设和通过经验公式获得的参数，很难准确得到，本专利技术提供了解决上述问题的一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测方法及系统，弥补了环空圈闭压力模型生产初期精度较差的不足，对环空圈闭压力预防及治理方案的设计具有重要意义。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测方法，包括以下步骤：
4、s1.根据井身结构，进行单元划分；
5、s2.根据能量守恒原理建立生产管柱流体传热控制方程；
6、s3.建立生产管柱传热控制方程；
7、s4.建立近井壁控制单元的传热控制方程；近井壁控制单元包括套管、环空流体、水泥环以及地层；
8、s5.将步骤s2至步骤s4的传热控制方程转换成有限体积法的通用格式；
9、s6.将步骤s5中的瞬态项、对流项、扩散项及源项进行离散；
10、s7.将步骤s6中的对流项采用有限差分处理；
11、s8.建立对流扩散方程离散方程；
12、s9.采用欠松弛迭代方法对步骤s8中的离散方程进行求解，得到随时间变化的井筒温度分布模型；
13、s10.采用环空圈闭压力方法对井筒温度分布模型进行求解，获得环空圈压力。
14、进一步可选地，步骤s2中，生产管柱流体传热控制方程为：
15、
16、其中，ρ1为产出液密度，kg/m3；t1为产出液温度，℃；t2为生产管柱壁温度，℃；cp1为产出液比热，j/(kg·℃)；h1为钻柱内表面对流换热系数，w/(m2·℃)；rti为钻住内径，m；v1为产出液流速，m/s；t为时间，s；z为井深，m。
17、进一步可选地，步骤s3中，生产管柱传热控制方程为：
18、
19、
20、其中，r为井眼轴线到地层的径向距离，m；ρ2为生产管柱密度，kg/m3；cp2为生产管柱比热容，j/(kg·℃)；t2为环空内流体温度，℃；rto为生产管柱柱外径，m；ktub为生产管柱柱导热系数，w/(m·℃)。
21、进一步可选地，步骤s4中，近井壁控制单元的传热控制方程为：
22、
23、其中，ρj为第j层单元密度，kg/m3；tj为第j层单元温度，℃；cpj为第j层单元比热容，j/(kg·℃)。
24、进一步可选地，步骤s5中，有限体积法的通用格式为：
25、
26、即：
27、
28、其中，为是广义变量；γ为相应于的广义扩散系数；s为与对应的广义源项；
29、ρ为密度，kg/m3；t为；x为控制单元的x方向；u为沿x方向的流速，m/s；v为沿y方向的流速，m/s；y为控制单元的y方向；为矢量速度，m/s。
30、进一步可选地，步骤s6中，
31、对瞬态项离散，假设物理量在整个控制体积p上均具相同的值则瞬态项变为：
32、
33、其中，上标0表示物理量在t时刻的值，下标p表示物理量在控制体积p处的值，δv为控制容积的体积；
34、对对流项离散，由gauss散度定理可知，体积积分可以转变为面积分，则对流项可表示为：
35、
36、其中，a为控制体积界面的面积，m3；
37、对扩散项离散，同样采用gauss散度定理，将体积积分转变为面积分，则扩散项可表示为：
38、
39、其中，a为控制单元不同方向的面积；下标e为控制单元的东面；下标w为控制单元的西面；下标n为控制单元的北面；下标s为控制单元的南面。对源项离散，源项表示为：
40、
41、其中，s为控制单元热源，下标c为中间控制单元，下标p为控制节点中点。
42、进一步可选地，步骤s7中，中的对流项采用二阶迎风格式。
43、当流动沿着正方向时，uw>0,ue>0时，存在：
44、
45、当流动沿着反方向时，uw<0,ue<0时，存在：
46、
47、其中，和分别为控制单元界面上东、西、北、南方向的流通热量；分别为控制单元节点上中间、北、南、西、西西、北北、南南、东东的流通热量。
48、进一步可选地，步骤s8中，对流扩散方程离散方程为：
49、当u>0时：
50、apφp＝annφnn+anφn+awφw+asφs+aeφe+b (26)；
51、其中
52、
53、ann＝-0.5fn (28)；
54、an＝1.5fn+0.5fs+dn (29)；
55、
56、
57、当u<0时：
58、apφp＝as本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测方法，其特征在于，步骤S2中，生产管柱流体传热控制方程为：
3.根据权利要求1所述的一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测方法，其特征在于，步骤S3中，生产管柱传热控制方程为：
4.根据权利要求1所述的一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测方法，其特征在于，步骤S4中，近井壁控制单元的传热控制方程为：
5.根据权利要求1所述的一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测方法，其特征在于，步骤S5中，有限体积法的通用格式为：
6.根据权利要求5所述的一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测方法，其特征在于，步骤S6中，
7.根据权利要求1所述的一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测方法，其特征在于，步骤S7中，中的对流项采用二阶迎风格式。
8.根据权利要求1所述的一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测方法，其特征在于，步骤S8中，对流扩散方程离散方程为：
9.根据权利要求8所
10.根据权利要求1所述的一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测方法，其特征在于，步骤S9中，求解得到随时间变化的井筒温度分布模型为：
11.根据权利要求1所述的一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测方法，其特征在于，初始条件是指：在初始时刻，生产管柱内流体、油套管柱、环空内流体的初始温度与原始地层温度相同，因此井筒温度场计算模型的初始条件为：
12.一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测系统，其特征在于，用于实现权利要求1至11任一项所述的一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测方法，包括
...【技术特征摘要】
1.一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测方法，其特征在于，步骤s2中，生产管柱流体传热控制方程为：
3.根据权利要求1所述的一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测方法，其特征在于，步骤s3中，生产管柱传热控制方程为：
4.根据权利要求1所述的一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测方法，其特征在于，步骤s4中，近井壁控制单元的传热控制方程为：
5.根据权利要求1所述的一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测方法，其特征在于，步骤s5中，有限体积法的通用格式为：
6.根据权利要求5所述的一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测方法，其特征在于，步骤s6中，
7.根据权利要求1所述的一种基于瞬态温度法的环空圈闭压力预测方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐宜家，李文哲，马天寿，胡锡辉，郭建华，王秋彤，何丹，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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