【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于石油工程固井领域，具体涉及一种储库固井水泥环临界渗流参数设计方法。
技术介绍
1、储库是将地面天然气或其他气体重新注入地下并可长期封存的气藏。地下储库主要包括四种类型：枯竭油气藏储气库、含水层储气库、岩穴储气库和矿坑及岩洞地下储气库，主要用于解决调峰、应急安全供气等问题，可优化管道运行、提高经济效益、用于战略储备。通常，储库要求在其服役期内不发生气体泄露，固井水泥环位于套管和地层间的环形空间，是保障储库长效密封的关键屏障。储库运行期间，井筒内变化的压力载荷极易导致水泥环发生损伤失效，并在固井环空(套管-地层间环形空间)形成潜在的气体渗流通道，引发地下气体泄露。
2、早年，国内外学者针对储库固井水泥环长效密封问题，大多聚焦固井水泥环本体的损伤失效研究，通过模拟井下套管-水泥环-地层结构开展室内水泥环承载试验，评判水泥环本体能否满足储库实际工况的要求，探明了水泥环在储库注采载荷作用下会发生轴向破坏、拉伸破坏和疲劳损伤等失效。后有学者发现，由于套管-水泥环-地层的变形参数不同，套管-水泥环-地层在工况载荷作用下变形程度不一致，储库运行期间，套管-水泥环或水泥环-地层界面还可能发生界面剥离，并卸载时产生界面微环隙。也有学者通过实验发现，作用于水泥环界面处的流体载荷还将导致界面裂缝裂隙的持续扩展，造成流体沿界面的窜流。对此，学者们针对性提出了改善水泥环抗压、抗拉强度以及弹性模量等性能参数提高储库固井水泥环长效密封能力的技术措施。
3、可以发现，当前学者们开展的相关研究均聚焦于储库固井水泥环本体和界面的
4、因此，针对上述难题，需要针对性建立一个储库固井水泥环临界渗流参数设计方法，以确定在储库服役期间，气体沿固井水泥环渗流的主控因素与临界指标，以降低气体沿水泥环渗流、导致储库密封失效的风险。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种储库固井水泥环临界渗流参数设计方法，基于该方法可建立气体开始沿水泥环渗流及以水泥环有效封隔段长(盖层厚度)为依据的临界参数图版，对储库固井水泥环参数设计与工况优化提供指导。
2、为了达到上述目的，本专利技术提供了一种储库固井水泥环临界渗流参数设计方法，该方法包含：
3、(s100)获取储库固井水泥环、地层基本参数，井筒工况及地下气体物理化学性质；
4、(s200)分析气体在储库固井水泥环中的渗流形式；
5、(s300)评判水泥环是否会发生气体渗流，分析储库固井水泥环在服役期工况下，是否存在某个时间节点上储气压力pe超过固井水泥环内部毛管力pf和连通孔隙内水柱压力pg之和；若存在，则判断气体有沿固井水泥环渗流的风险；在有渗流的风险情况下，基于气体沿水泥环渗流的长度计算模型，分析气体沿水泥环渗流长度；
6、其中，所述气体沿水泥环渗流的长度计算模型为：
7、
8、式(13)中，l为气体沿水泥环渗流的渗流长度；ka为表观渗透率；μ为气体粘度；tsc为标准状态下气体的温度；zsc为标准状态下气体压缩因子；t为温度；z为气体压缩因子；psc为标准压强；pe为储气压力；pw为出口压力；t为储气时间；
9、pw＝pf+pg (14)
10、式(14)中，pf为水泥环内部阻力或毛管力；pg为连通孔隙内水柱压力；
11、(s400)依据上述建立的渗流的长度计算模型，开展敏感性分析，获取气体沿水泥环渗流的主控参数是通过改变渗流的长度计算模型中可能影响结果的参数，来分析各参数对结果的影响程度，进而确定各参数的权重，获取气体沿水泥环渗流的主控参数；
12、(s500)在确定各参数对渗流长度的影响程度后，改变其中一个主控参数的值，其他参数的值不变，分析主控参数对气体渗流的影响规律，获得储库固井水泥环气体临界渗流参数并建立相应图版；其中，储库固井水泥环气体临界渗流参数是在规定某一储气时间节点下，气体开始沿水泥环渗流时对应的各主控参数的值。
13、优选地，在步骤(s100)中，所述储库固井水泥环的基本参数包括：水泥环孔隙度、平均孔隙半径、内部孔隙压力；其中，所述平均孔隙半径为水泥环连通孔平均孔隙半径。
14、优选地，在步骤(s100)中，所述地层基本参数包括：围压、初始地层压力。
15、优选地，在步骤(s100)中，所述井筒工况包括：井下温度、井深、储气压力。
16、优选地，在步骤(s100)中，所述气体物理化学性质包括：气体粘度、气体摩尔质量、气体分子直径。
17、优选地，在步骤(s200)中，所述气体渗流形式，是基于克努森数计算模型，计算不同条件下的克努森数，明确气体在固井水泥环中的渗流形式；
18、所述克努森数计算模型为：
19、
20、式(1)中，kn为克努森数；λ为分子平均自由程；r为水泥环连通孔平均孔隙半径。
21、所述λ表示为：
22、
23、式(2)中，kb为玻尔兹曼常数；t为井下温度；p为水泥环内部孔隙压力；d为气体分子直径。
24、优选地，所述不同条件是气体分子直径、固井水泥环内部孔隙压力、平均孔隙半径不同；所述渗流形式包括：达西流动、滑移流动、过渡流动和克努森扩散。
25、优选地，在步骤(s300)中，所述气体沿水泥环渗流的长度计算模型，是基于beskok-karniadakis渗透率计算模型，同时考虑了外载条件对固井水泥环孔隙度和平均孔隙半径的影响，并通过平面单向流动假设，引入时间维度推导而来的渗流长度计算模型；
26、所述beskok-karniadakis渗透率计算模型为：
27、
28、式(3)中，ka为表观渗透率；α为理想气体稀薄系数；k∞为绝对渗透率；b为滑移系数；
29、其中，α和k∞表示为：
30、
31、式(4)中，为水泥环孔隙度；τ为迂曲度；
32、其中，τ表示为：
33、
34、式(5)中，为水泥环孔隙度。
35、考虑外载条件对固井水泥环孔隙度和平均孔隙半径影响是引用了水泥环动态孔隙度、水泥环动态平均孔隙半径计算方法，水泥环动态孔隙度、动态平均孔隙半径计算方法表示为：
36、
37、式(6)中，为水泥环动态孔隙度；rin为水泥环动态半径；为水泥环初始孔隙度；rini为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种储库固井水泥环临界渗流参数设计方法，其特征在于，该方法包含：
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，在步骤(S100)中，所述储库固井水泥环的基本参数包括：水泥环孔隙度、平均孔隙半径、内部孔隙压力；其中，所述平均孔隙半径为水泥环连通孔平均孔隙半径。
3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，在步骤(S100)中，所述地层基本参数包括：围压、初始地层压力。
4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，在步骤(S100)中，所述井筒工况包括：井下温度、井深、储气压力。
5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，在步骤(S100)中，所述气体物理化学性质包括：气体粘度、气体摩尔质量、气体分子直径。
6.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，在步骤(S200)中，所述气体渗流形式，是基于克努森数计算模型，计算不同条件下的克努森数，明确气体在固井水泥环中的渗流形式；
7.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，所述不同条件是气体分子直径、固井水泥环内部孔隙压力、平均孔隙半径不同；所述渗流
8.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，在步骤(S300)中，所述气体沿水泥环渗流的长度计算模型，是基于Beskok-Karniadakis渗透率计算模型，同时考虑了外载条件对固井水泥环孔隙度和平均孔隙半径的影响，并通过平面单向流动假设，引入时间维度推导而来的渗流长度计算模型；
9.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，在步骤(S400)中，在其他参数不变的前提下，将某个参数值在原有数值上提高或降低20％，在将所有可能影响结果的参数值提高或降低20％后，对比各参数计算的渗流长度值，即可确定各参数对渗流长度值的影响程度，获得气体沿水泥环渗流的主控参数。
10.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，在步骤(S500)中，所述储库固井水泥环气体临界渗流参数图版，是以盖层厚度为依据，明确不同储气压力下，保障气体密封的水泥环临界渗透率和孔隙度，当不同储气压力下的水泥环孔隙度和渗透率位于安全区间，即可保障储库固井水泥环气体密封；其中，所述盖层是位于储集层之上能够封隔储集层使其中的气体免于向上逸散的保护层；所述安全区间是气体渗流的长度位于盖层顶部以下，能够保障气体不向上溢出的区域。
...【技术特征摘要】
1.一种储库固井水泥环临界渗流参数设计方法，其特征在于，该方法包含：
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，在步骤(s100)中，所述储库固井水泥环的基本参数包括：水泥环孔隙度、平均孔隙半径、内部孔隙压力；其中，所述平均孔隙半径为水泥环连通孔平均孔隙半径。
3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，在步骤(s100)中，所述地层基本参数包括：围压、初始地层压力。
4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，在步骤(s100)中，所述井筒工况包括：井下温度、井深、储气压力。
5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，在步骤(s100)中，所述气体物理化学性质包括：气体粘度、气体摩尔质量、气体分子直径。
6.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，在步骤(s200)中，所述气体渗流形式，是基于克努森数计算模型，计算不同条件下的克努森数，明确气体在固井水泥环中的渗流形式；
7.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，所述不同条件是气体分子直径、固井水泥环内部孔隙压力、平均孔隙半径不同；所述渗流形式包括：达西流动、滑移流动、过渡流动和克努森...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄盛，毛涛，苏东华，李早元，刘健，孙劲飞，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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