本發(fā)明屬于采油采氣領(lǐng)域，涉及一種在氯離子腐蝕環(huán)境下110h套管安全服役時間的計算方法。

背景技術(shù)：

1、井筒完整性是保障油氣安全順利生產(chǎn)的先決條件，若注采井井筒因外部地層環(huán)境或內(nèi)部注采工況等因素導(dǎo)致發(fā)生套損套變，必然破壞井筒完整性，影響注采井運行，甚至引起重大安全事故。

2、在部分油田中，淺層地層水中的氯離子含量較高，以遼河油田為例，淺層地層水處于平原組，深度在150-200m，氯離子含量約17400mg/l。當(dāng)注采井因固井質(zhì)量不佳或地層蠕動等原因?qū)е略跍\層區(qū)域的水泥環(huán)發(fā)生微隙，套管與淺層地層水發(fā)生接觸，在淺層地層水氯離子腐蝕環(huán)境下，套管壁厚逐漸減薄，加上注采工況壓力、溫度的影響，套管發(fā)生穿孔、破裂，其安全使用時間極大縮短。

3、目前針對110h套管，缺乏其在氯離子腐蝕環(huán)境下安全使用時間的計算方法，無法對在役套管的完整性做出定量評價。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明通過實際室內(nèi)實驗擬合回歸110h套管在不同氯離子濃度、不同溫度下的腐蝕速率，結(jié)合厚壁筒及熱應(yīng)力理論，形成能夠計算出110h套管安全服役時間的計算方法，為井筒完整性及注采井運行維護提供依據(jù)。

2、本發(fā)明針對采用110h套管完井的注采井，構(gòu)建110h套管在氯離子腐蝕環(huán)境下的腐蝕速率計算模型，結(jié)合厚壁筒及熱應(yīng)力理論，考慮不同注采工況壓力、溫度對110h套管徑向應(yīng)力、周向應(yīng)力及軸向應(yīng)力的影響，進一步計算110h套管所受的等效應(yīng)力并與其屈服強度對比，以此計算110h套管的安全服役時間，該方法能夠定量判斷110h套管在氯離子腐蝕環(huán)境及不同注采工況下的完整性并預(yù)測其安全使用壽命，可為井筒完整性及注采井運行維護提供依據(jù)。

3、本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

4、1、基本假設(shè)

5、(1)模型系統(tǒng)中的彈性模型、泊松比等熱物性參數(shù)是溫度的函數(shù)，可通過文獻資料查找相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式；

6、2、110h套管在氯離子腐蝕環(huán)境下的腐蝕速率計算模型

7、

8、式中：cor_sp—110h套管在氯離子腐蝕環(huán)境下的腐蝕速率，mm/年；

9、c(cl-)—套管接觸流體位置處流體中的氯離子濃度，mg/l；

10、t—110h套管接觸流體位置處的溫度，℃。

11、3、計算思路

12、(1)根據(jù)注采井所處地質(zhì)狀況，判斷與110h套管所接觸的淺層地層水(即氯離子腐蝕環(huán)境)的地層位置，設(shè)定該位置為110h套管的腐蝕核心位置。

13、(2)設(shè)定單位時間節(jié)點間隔(“天”、“小時”等)。

14、(3)設(shè)定初始時間節(jié)點。

15、(4)根據(jù)腐蝕核心位置處在該時間節(jié)點下的氯離子濃度及溫度，利用110h套管在氯離子腐蝕環(huán)境下的腐蝕速率計算模型，計算110h套管腐蝕核心位置在該時間節(jié)點下的壁厚腐蝕量及外半徑。

16、(5)根據(jù)注采井在該時間節(jié)點下的注采工況及110h套管腐蝕核心位置處的溫度，計算套管及圍巖在該時間節(jié)點下的彈性模量、泊松比、屈服強度等屬性參數(shù)，應(yīng)用厚壁筒及熱應(yīng)力理論，計算110h套管腐蝕核心位置在該時間節(jié)點下所受到的總徑向應(yīng)力、總周向應(yīng)力及總軸向應(yīng)力。

17、(a)總徑向應(yīng)力參照公式(2)計算

18、σr＝σr′+σr″?(2)

19、式中：σr—110h套管腐蝕核心位置處所在該時間節(jié)點下受到的總徑向應(yīng)力，mpa；

20、σr′—110h套管腐蝕核心位置處在該時間節(jié)點下由于內(nèi)壓力和外擠力產(chǎn)生的徑向應(yīng)力，mpa；

21、σr″—110h套管腐蝕核心位置處在該時間節(jié)點下由于熱作用產(chǎn)生的徑向應(yīng)力，mpa；

22、其中，σr′參照公式(3)計算，σr″參照公式(4)計算。

23、

24、式中：pi—110h套管腐蝕核心位置處在該時間節(jié)點下的外擠力，mpa；

25、po—110h套管腐蝕核心位置處在該時間節(jié)點下的內(nèi)壓力，mpa；

26、rci—110h套管腐蝕核心位置處在該時間節(jié)點下的套管內(nèi)半徑，mm；

27、rco—110h套管腐蝕核心位置處在該時間節(jié)點下的套管外半徑，mm；

28、r—110h套管腐蝕核心位置處在該時間節(jié)點下的套管內(nèi)外半徑平均值，mm。

29、

30、式中：αc—110h套管在該時間節(jié)點下的線性熱膨脹系數(shù)，m/(m·℃)；

31、ec—110h套管在該時間節(jié)點下的彈性模量，mpa；

32、uc—110h套管在該時間節(jié)點下的泊松比；

33、δt—110h套管腐蝕核心位置在該時間節(jié)點下的溫度與初始時間節(jié)點溫度的變化量，℃；

34、cc1—計算系數(shù)，參照公式(5)計算。

35、

36、式中：ef—110h套管腐蝕核心位置圍巖在該時間節(jié)點下的彈性模量，mpa；

37、uf—110h套管腐蝕核心位置圍巖在該時間節(jié)點下的泊松比；

38、(b)總周向應(yīng)力參照公式(6)計算

39、σθ＝σθ′+σθ″?(6)

40、式中：σθ—110h套管腐蝕核心位置處在該時間節(jié)點下所受到的總周向應(yīng)力，mpa；

41、σθ′—110h套管腐蝕核心位置處在該時間節(jié)點下由于內(nèi)壓力和外擠力產(chǎn)生的周向應(yīng)力，mpa；

42、σθ″—110h套管腐蝕核心位置處在該時間節(jié)點下由于熱作用產(chǎn)生的周向應(yīng)力，mpa。

43、其中，σr′參照公式(7)計算，σr″參照公式(8)計算。

44、

45、

46、(c)總軸向應(yīng)力參照公式(9)計算

47、σz＝σzo+σzb+σz′+σz″?(9)

48、式中：σz—110h套管腐蝕核心位置處在該時間節(jié)點下所受到的總軸向應(yīng)力，mpa；

49、σzo—110h套管腐蝕核心位置處在該時間節(jié)點下由于自重與所受浮力產(chǎn)生的初始軸向應(yīng)力，mpa；

50、σzb—110h套管腐蝕核心位置處在該時間節(jié)點下由于管柱彎曲產(chǎn)生的軸向應(yīng)力，mpa；

51、σz′—110h套管腐蝕核心位置處在該時間節(jié)點下由于內(nèi)壓力和外擠力產(chǎn)生的軸向應(yīng)力，mpa；

52、σz″—110h套管腐蝕核心位置處在該時間節(jié)點下由于熱作用產(chǎn)生的軸向應(yīng)力，mpa。

53、其中，σzo參照公式(10)計算進，σzb參照公式(11)計算，σz′參照公式(12)計算，σz″參照公式(13)計算。

54、σzo＝(ρclc-ρlll)g·10-6?(10)

55、式中：ρc—110h套管的密度，kg/m3；

56、ρl—鉆井泥漿的密度，kg/m3；

57、lc—110h套管腐蝕核心位置處至井底的套管長度，m；

58、ll—完井時鉆井泥漿頂液面至井底的套管長度，m

59、g—重力加速度，取9.8n/kg。

60、σzb＝0.060156dlegdis?(11)

61、式中：dleg—110h套管腐蝕核心位置處的彎曲度，°/30m；

62、dis—110h套管管體的名義內(nèi)徑，mm。

63、σz′＝uc(σr′+σθ′)?(12)

64、

65、(6)計算110h套管腐蝕核心位置在該時間節(jié)點下所受到的等效應(yīng)力。其中等效應(yīng)力參照公式(14)計算。

66、

67、式中：σequ—110h套管腐蝕核心位置處在該時間節(jié)點下所受到的等效應(yīng)力，mpa。

68、(7)判斷110h套管在該時間節(jié)點下等效應(yīng)力與屈服強度的大小，若等效應(yīng)力小于屈服強度，則套管未失效，進入下一時間節(jié)點計算；若等效應(yīng)力大于屈服強度，則視為套管失效，計算結(jié)束。

69、(8)初始時間節(jié)點至計算結(jié)束的累計節(jié)點數(shù)與單位時間節(jié)點間隔的乘積即為110h套管的安全服役時間。

70、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

71、本發(fā)明所涉及的計算方法具有較高的現(xiàn)場適用性，通過該方法，可以快速準(zhǔn)確地計算110h套管在氯離子腐蝕環(huán)境及不同注采工況下的安全服役時間，能夠判斷110h套管目前是否失效及預(yù)測未來服役壽命，為井筒完整性及注采井運行維護提供依據(jù)。