一种高压气井油管漏点位置确定方法及装置

1.本发明涉及油气井井筒完整性评价技术领域，具体涉及一种高压气井油管漏点位置确定方法及装置。

背景技术：

2.近年来，伴随着石油与天然气不断开发，高温高压气井相继出现，此类气井大多含高腐蚀性气体。由于开发环境的恶劣性，气井固井后持续环空压力问题日益突出，成为制约气井安全高效生产的重要因素。
3.持续环空压力是指环空内压力经泄压阀泄放到大气后，短时间内又恢复到泄压前水平的现象。其产生主要原因为油管损坏，从而引发泄漏。持续环空压力不仅增加了气井管理难度、影响气井采收率，严重时甚至会导致井口装置破损失效，造成巨大经济损失及安全事故。
4.研究发现持续环空压力预测是开展持续环空压力井评价、管理的关键技术手段。只有准确预测气井固井后井口环空压力才能为后续环空带压井风险评估、管理及是否修井提供理论基础及依据。然而，油管漏点位置是进行环空压力预测基础性、关键性参数。目前缺乏一种油管漏点位置理论预测及装置。
5.现有技术中，油管漏点位置主要通过示踪剂及声波探测仪进行探测，但示踪剂探测技术工艺流程繁琐、费用昂贵。利用声波探测仪进行油管漏点探测时气井需处于关井状态，严重影响气井生产效率，此外，声波探测仪装置巨大且笨重。两种方法均无法实现便捷地、高效地、经济确定油管漏点位置。因此，设计一种便捷、经济、高效的高压气井油管漏点位置确定方法是很有必要的。

技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种高压气井油管漏点位置确定方法，解决了现有方法均无法实现便捷地、高效地、经济确定油管漏点位置的问题，本发明的方法相比现有技术，更加便捷、经济和高效。
7.为了达到上述目的，本发明提供了一种高压气井油管漏点位置确定方法及装置，其特征在于，该方法针对的高压气井中竖直设置有：生产套管及油管，待检测的油管竖直置于所述生产套管内，该待检测的油管的下部设置有封隔器，且所述封隔器与生产套管密封连接，使得所述油管与生产套管之间的间隙形成气井油套环空；用于漏点位置确定的装置包含有：压力温度监测仪和流量计；
8.所述方法包含以下步骤：
9.s1：利用压力温度监测仪获取环空井口压力和温度数据，根据环空井口压力和温度数据进行环空压力泄放测试，在环空压力泄放测试时利用流量计确定气体泄放量；
10.s2：根据气体泄放量数据，利用液面高度预测模型确定环空液面高度；所述环空液面高度预测模型基本原理为：根据高压气井井口泄压过程及气体泄放守恒原则，利用pvt状
态方程，迭代计算高压气井井口实测气体泄放量与理论计算环空气体体积变化量，当两者满足一定精度时，确定油套环空液面高度，为：
[0011][0012]
式中：h
l
为油套环空液面高度，单位为m；vz为气体总体积，单位为m3；
△vz
为泄压前后环空总体积变化量；r
pci
为生产套管内半径，单位为m；u
pci1j
为第j段生产套管径向位移，单位为m；r
to
为油管外半径，单位为m；油管或生产套管不同位置内外壁压力并不相同，因此为了更准确的计算油管及生产套管径向位移导致环空体积变化量，将整个管柱分为n段，u
to1j
为第j段油管柱径向位移，单位为m；
[0013]
s3：根据环空液面高度数据进行环空压力恢复测试，利用压力温度监测仪监测环空压力变化直至环空压力稳定；
[0014]
s4：根据环空压力稳定数据，利用井筒温压场预测模型确定油管内外壁压力剖面，根据压力剖面确定油管漏点位置；
[0015]
井筒温压场分布是获取漏点位置的基础参数，采用网格划分方式将整个井筒划分为n个网格，网格长度为dz，井筒温压场预测模型为：
[0016][0017]
其中，参数a可通过下式
⑩
计算：
[0018][0019]
式中，hf为地层传热系数，单位为w/(m.c)；td为无因次生产时间，无量纲；tf为地层温度，单位为k；ρ
t
为流体密度，单位为kg/m3；v
t
为流体流速，单位为m/s；g为重力加速度，单位为kg/m3；θ为井深轴线与水平面的夹角，单位为
°
；f
t
为流体摩擦阻力系数，无量纲；r
ti
为管柱内径，单位为m；c
t
为流体比热容，单位为j/(kg
·
k)；q
t
为流体质量流速，单位为kg/s；q为流体径向传热量，单位为j/s；t
t
为井筒温度，单位为k；
[0020]
根据以上公式，结合环空压力稳定数据，便得到油管内外壁压力分布曲线，油管内外壁环空压力分布曲线交点即为漏点位置。
[0021]
优选地，所述环空液面高度预测模型的构建方法为：建立模型时假设泄压时间非常短，忽略泄压过程中油管漏点补压对环空体积的影响，则影响环空体积变化的因素包括由于压差导致的管柱径向变形量及环空保护液体积变化量，假设油管及生产套管均为线弹性材料，根据弹塑性力学理论可知油管管柱内外壁压差导致油管管柱径向变形量为：
[0022][0023]
式中：u为管柱径向位移，单位为m；r为管柱横截面上任意一点到管柱中心的距离，单位为m；e为管柱弹性模量，单位为mpa；v为管柱泊松比，无量纲；α为管柱热膨胀系数，单位为k-1
；ao为管柱外半径，单位为m；ai为管柱内半径，单位为m；p1、p2分别为管柱内外壁压力，单位为mpa；
[0024]
在高压气井井口泄压过程中，井口环空压力不断减小，根据环空保护液压缩性质，由于井口环空压力改变导致环空保护液体积变化δvm为：
[0025]
δvm＝c
mvm
(p
a1-p
a2
)
ꢀꢀꢀ②
[0026]
式中：p
a1
、p
a2
分别为泄压前后环空压力，单位为mpa；cm为环空保护液压缩系数，单位为mpa-1
；vm为泄压前环空保护液体积，单位为m3；
[0027]
油管或生产套管不同位置内外壁压力并不相同，因此为了更准确的计算油管及生产套管径向位移导致环空体积变化量，将整个管柱分为n段，则由于管柱变形量计算导致环空体积变化量为：
[0028][0029]
式中：
△vt
为管柱变形量导致体积变化总量，单位为m3；r
pci
为生产套管内半径，单位为m；u
pci1j
为第j段生产套管径向位移，单位为m，通过式
①
计算；r
to
为油管外半径，单位为m；u
to1j
为第j段油管柱径向位移，单位为m，通过式
①
计算；
△hj
为第j段网格长度，单位为m；
[0030]
根据体积守恒原则，泄压前后环空总体积变化量
△vz
为：
[0031]
δvz＝δv
t
+δvmꢀꢀꢀ④
。
[0032]
优选地，所述井筒温压场预测模型的构建方法为：井筒温压场分布是获取漏点位置的基础参数，采用网格划分方式将整个井筒划分为n个网格，网格长度为dz，迭代方式计算井筒温压场分布，根据井筒传热理论网格内流体满足动量及质量守恒定律，如下式
⑥
所示：
[0033][0034]
式中：ρ
t
为流体密度，单位为kg/m3；v
t
为流体流速，单位为m/s；g为重力加速度，单位为kg/m3；θ为井深轴线与水平面的夹角，单位为
°
；f
t
为流体摩擦阻力系数，无量纲；r
ti
为管柱内径，单位为m；c
t
为流体比热容，单位为j/(kg
·
k)；q
t
为流体质量流速，单位为kg/s；q为流体径向传热量，单位为j/s；t
t
为井筒温度，单位为k；
[0035]
流体摩擦阻力系数可通过下式
⑦
求解：
[0036]ft
＝[1/(1.14-2lg(e/r
to
+21.25/r
e0.9
))]2ꢀꢀꢀ⑦
[0037]
式中：e为管壁的绝对粗糙度，单位为m；r
to
为管柱外径，单位为m；re为雷诺数，无量纲；
[0038]
井筒径向传热至地层的热量损失可通过下式
⑧
计算；
[0039][0040]
式中：hf为地层传热系数，单位为w/(m.c)；td为无因次生产时间，无量纲；tf为地层温度，单位为k。
[0041]
将式
⑧
代入式
⑥
得到dz长度井筒温度及压力变化量计算表达式，如下式
⑨
所示：
[0042][0043]
优选地，所述装置包括：压力与温度检测部件，其包含泄压管一、泄压阀一和泄压阀二，所述泄压管一的一端与气井油套环空连通，另一端与泄压阀一连接，所述压力温度监测仪的两端分别和泄压阀一、泄压阀二连接，所述压力与温度检测部件用于监测气井油套环空基础参数；气体泄放量测量部件，其包含电加热器、泄压管二和阀门三，所述电加热器的一端与泄压阀二连接，另一端与泄压管二连接，所述流量计的一端与泄压管二连接，另一端与阀门三连接，所述气体泄放量测量部件用于根据压力与温度监测数据开展环空压力泄放测试，根据环空压力泄放测试测量环空压力变化内气体泄放量；以及数据采集与分析部件，其包含电脑、plc控制器和仪器连接线，所述plc控制器通过仪器连接线分别与压力温度监测仪和电加热器、流量计电连接，所述电脑与plc控制器信号连接，所述数据采集与分析部件用于采集压力、温度监测数据及气体泄放量。
[0044]
优选地，所述压力与温度检测部件监测的气井油套环空基础参数包括：环空井口温度、环空泄压数据、环空压力恢复数据。
[0045]
本发明的高压气井油管漏点位置确定方法及装置，解决了无法实现便捷地、高效地、经济确定油管漏点位置问题，具有以下优点：首先采用压力温度监测仪监测环空井口压力温度并进行环空压力泄放测试，测量井口气体泄放量；随后建立了环空液面高度及井筒温压场预测模型，根据井口泄放气体量、液面高度及环空压力稳定值确定油管内外壁压力剖面，压力剖面交点即为油管漏点位置，相比现有技术，该装置及方法更加便捷、经济和高效。
附图说明
[0046]
图1为本发明高压气井油管柱柱漏点位置确定方法流程图。
[0047]
图2为本发明高压气井油管柱柱漏点位置确定方法模块框图。
[0048]
图3为本发明高压气井油管柱漏点确定装置组成示意图。
[0049]
图4为本发明实施例中某高压气井与一种高压气井油管柱漏点确定装置连接示意图。
[0050]
图5为本发明实施例中某高压气井油管柱内外壁压力剖面示意图。
[0051]
图中：1、技术套管；2、环空保护液一；3、生产套管；4、环空保护液二；5、油管；6、气泡；7、水泥环；8、漏点；9、封隔器；10、气井油套环空；11、套管环空；501、压力与温度检测部件；5011、泄压管一；5012、泄压阀一；5013、压力温度监测仪；5014、泄压阀二；502、气体泄放量测量部件；5021、电加热器；5022、泄压管二；5023、流量计；5024、阀门三；503、数据采集与分析部件；5031、电脑；5032、plc控制器；5033、仪器连接线。
具体实施方式
[0052]
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0053]
请参阅图1-5，本发明提供技术方案：一种高压气井油管漏点位置确定方法及装置，该方法针对的高压气井中竖直设置有：生产套管3及油管5，待检测的油管5竖直置于生产套管3内，该待检测的油管5的下部设置有封隔器9，且封隔器9与生产套管3密封连接，使得油管5与生产套管3之间的间隙形成气井油套环空10；用于漏点位置确定的装置包含有：压力温度监测仪5013和流量计5023；该方法包含以下步骤：
[0054]
s1：利用压力温度监测仪5013获取环空井口压力和温度数据，根据环空井口压力和温度数据进行环空压力泄放测试，在环空压力泄放测试时利用流量计5023确定气体泄放量；
[0055]
s2：根据气体泄放量数据，利用液面高度预测模型确定环空液面高度；环空液面高度预测模型基本原理为：根据高压气井井口泄压过程及气体泄放守恒原则，利用pvt状态方程，迭代计算高压气井井口实测气体泄放量与理论计算环空气体体积变化量，当两者满足一定精度时，确定油套环空液面高度，为：
[0056][0057]
式中：h
l
为油套环空液面高度，单位为m；vz为气体总体积，单位为m3；
△vz
为泄压前后环空总体积变化量；r
pci
为生产套管3内半径，单位为m；u
pci1j
为第j段生产套管3径向位移，单位为m；r
to
为油管5外半径，单位为m；油管5或生产套管3不同位置内外壁压力并不相同，因此为了更准确的计算油管5及生产套管3径向位移导致环空体积变化量，将整个管柱分为n段，u
to1j
为第j段油管5柱径向位移，单位为m；
[0058]
s3：根据环空液面高度数据进行环空压力恢复测试，利用压力温度监测仪5013监测环空压力变化直至环空压力稳定；
[0059]
s4：根据环空压力稳定数据，利用井筒温压场预测模型确定油管5内外壁压力剖面，根据压力剖面确定油管5漏点位置；
[0060]
井筒温压场分布是获取漏点位置的基础参数，采用网格划分方式将整个井筒划分为n个网格，网格长度为dz，井筒温压场预测模型为：
[0061][0062]
其中，参数a可通过下式
⑩
计算：
[0063][0064]
式中，hf为地层传热系数，单位为w/(m.c)；td为无因次生产时间，无量纲；tf为地层温度，单位为k；ρ
t
为流体密度，单位为kg/m3；v
t
为流体流速，单位为m/s；g为重力加速度，单位为kg/m3；θ为井深轴线与水平面的夹角，单位为
°
；f
t
为流体摩擦阻力系数，无量纲；r
ti
为管柱内径，单位为m；c
t
为流体比热容，单位为j/(kg
·
k)；q
t
为流体质量流速，单位为kg/s；q为流体径向传热量，单位为j/s；t
t
为井筒温度，单位为k；
[0065]
根据以上公式，结合环空压力稳定数据，便得到油管5内外壁压力分布曲线，油管5内外壁环空压力分布曲线交点即为漏点位置。
[0066]
此方法采用的位置确定装置包括：
[0067]
压力与温度检测部件501，其包含泄压管一5011、泄压阀一5012和泄压阀二5014，泄压管一5011的一端与气井油套环空10连通，另一端与泄压阀一5012连接，压力温度监测仪5013的两端分别和泄压阀一5012、泄压阀二5014连接，压力与温度检测部件501用于监测气井油套环空10基础参数；
[0068]
气体泄放量测量部件502，其包含电加热器5021、泄压管二5022和阀门三5024，电加热器5021的一端与泄压阀二5014连接，另一端与泄压管二5022连接，流量计5023的一端与泄压管二5022连接，另一端与阀门三5024连接，气体泄放量测量部件502用于根据压力与温度监测数据开展环空压力泄放测试，根据环空压力泄放测试测量环空压力变化内气体泄放量；以及
[0069]
数据采集与分析部件503，其包含电脑5031、plc控制器5032和仪器连接线5033，plc控制器5032通过仪器连接线5033分别与压力温度监测仪5013和电加热器5021、流量计5023电连接，电脑5031与plc控制器5032信号连接，数据采集与分析部件503用于采集压力、温度监测数据及气体泄放量。
[0070]
其中，压力与温度检测部件501监测的气井油套环空10基础参数包括：环空井口温度、环空泄压数据、环空压力恢复数据。
[0071]
其中，环空液面高度预测模型的构建方法为：建立模型时假设泄压时间非常短，忽略泄压过程中油管5漏点补压对环空体积的影响，则影响环空体积变化的因素包括由于压差导致的管柱径向变形量及环空保护液体积变化量，假设油管5及生产套管3均为线弹性材料，根据弹塑性力学理论可知油管5管柱内外壁压差导致油管管柱径向变形量为：
[0072][0073]
式中：u为管柱径向位移，单位为m；r为管柱横截面上任意一点到管柱中心的距离，单位为m；e为管柱弹性模量，单位为mpa；v为管柱泊松比，无量纲；α为管柱热膨胀系数，单位为k-1
；ao为管柱外半径，单位为m；ai为管柱内半径，单位为m；p1、p2分别为管柱内外壁压力，单位为mpa；
[0074]
在高压气井井口泄压过程中，井口环空压力不断减小，根据环空保护液压缩性质，由于井口环空压力改变导致环空保护液体积变化δvm为：
[0075]
δvm＝c
mvm
(p
a1-p
a2
)
ꢀꢀꢀ②
[0076]
式中：p
a1
、p
a2
分别为泄压前后环空压力，单位为mpa；cm为环空保护液压缩系数，单位为mpa-1
；vm为泄压前环空保护液体积，单位为m3；
[0077]
油管5或生产套管3不同位置内外壁压力并不相同，因此为了更准确的计算油管5及生产套管3径向位移导致环空体积变化量，将整个管柱分为n段，则由于管柱变形量计算导致环空体积变化量为：
[0078][0079]
式中：
△vt
为管柱变形量导致体积变化总量，单位为m3；r
pci
为生产套管3内半径，单位为m；u
pci1j
为第j段生产套管3径向位移，单位为m，通过式
①
计算；r
to
为油管5外半径，单位为m；u
to1j
为第j段油管5柱径向位移，单位为m，通过式
①
计算；
△hj
为第j段网格长度，单位为m；
[0080]
根据体积守恒原则，泄压前后环空总体积变化量
△vz
为：
[0081]
δvz＝δv
t
+δvmꢀꢀꢀ④
。
[0082]
其中，井筒温压场预测模型的构建方法为：井筒温压场分布是获取漏点位置的基础参数，采用网格划分方式将整个井筒划分为n个网格，网格长度为dz，迭代方式计算井筒温压场分布，根据井筒传热理论网格内流体满足动量及质量守恒定律，如下式
⑥
所示：
[0083][0084]
式中：ρ
t
为流体密度，单位为kg/m3；v
t
为流体流速，单位为m/s；g为重力加速度，单位为kg/m3；θ为井深轴线与水平面的夹角，单位为
°
；f
t
为流体摩擦阻力系数，无量纲；r
ti
为管柱内径，单位为m；c
t
为流体比热容，单位为j/(kg
·
k)；q
t
为流体质量流速，单位为kg/s；q为流体径向传热量，单位为j/s；t
t
为井筒温度，单位为k；
[0085]
流体摩擦阻力系数可通过下式
⑦
求解：
[0086]ft
＝[1/(1.14-2lg(e/r
to
+21.25/r
e0.9
))]2ꢀꢀꢀ⑦
[0087]
式中：e为管壁的绝对粗糙度，单位为m；r
to
为管柱外径，单位为m；re为雷诺数，无量纲；
[0088]
井筒径向传热至地层的热量损失可通过下式
⑧
计算；
[0089][0090]
式中：hf为地层传热系数，单位为w/(m.c)；td为无因次生产时间，无量纲；tf为地层温度，单位为k。
[0091]
将式
⑧
代入式
⑥
得到dz长度井筒温度及压力变化量计算表达式，如下式
⑨
所示：
[0092][0093]
以下通过实施例1对本发明提供的一种高压气井油管漏点位置确定方法进一步详细阐述：
[0094]
实施例1：
[0095]
如图4所示，生产套管3置于技术套管1内且之间有间隙，技术套管1与生产套管3的下部之间的间隙内填充有水泥环7，技术套管1与生产套管3之间的间隙和水泥环7围成的空间内含有环空保护液一2；套管环空11由技术套管1、生产套管3、环空保护液一2及水泥环7围成的空间构成；油管5置于生产套管3内且之间有间隙，油管5的下端设置有封隔器9，气井油套环空10由生产套管3、环空保护液二4、油管5及封隔器9围成的空间构成，封隔器9用于将气井油套环空10底部封闭，8为油管5上的漏点，6为漏点8产生的气泡；生产套环3与油管5之间的间隙和封隔器9围成的空间内含有环空保护液二4。
[0096]
以某高压气井为例，该井完井深度6746.5m，地温梯度2.52℃/100m，发生持续环空带压，对油管漏点位置进行确定。
[0097]
1)将油管漏点位置确定装置与气井油套环空10连接，示意图如图4所示；利用压力温度监测仪5013监测泄压前环空井口压力为19.89mpa、温度为56℃，随后进行环空压力泄放测试，环空压力泄压至9.78mpa，利用流量计5023测量气体泄放量为105.87m3；数据采集与分析部件采集环空井口泄压前后压力温度数据和气体泄放量数据；
[0098]
2)在电脑5031的数据采集与分析模块的操作界面输入油管外径114.3mm、生产套管外径196.85mm、生产套管内径171.45mm、封隔器位置6474.15m、初始液面高度32.91m、初始环空压力9.78mpa、环空保护液压缩系数5.21
×
10-4
mpa-1
、环空保护液热膨胀系数4.84
×
10-4
℃-1
、环空保护液密度1.43g/cm3、井口温度58.56℃、漏点温度150.38℃、天然气绝热指数1.28、壁面摩阻系数0.3、气体偏差因子0.92、天然气相对密度0.58、油管柱和生产套管柱的泊松比0.3、油管柱和生产套管柱的热膨胀系数17
×
10-6
m/℃、油管柱和生产套管柱的弹性模量2.05
×
10-5
mpa；
[0099]
3)根据基础参数，数据采集与分析模块确定泄压后液面高度为32.91m，随后根据环空液面高度数据，进行环空压力恢复测试，环空压力稳定值为46.7mpa，压力温度测量仪5013监测环空压力变化过程并将压力变化数据传入数据采集与分析模块；
[0100]
4)数据采集与分析模块根据环空压力稳定数据及基本参数，确定油管内外壁压力剖面，压力坡面曲线如图5所示。根据压力剖面确定油管漏点位置。计算结果将在数据采集与分析模块操作界面显示。
[0101]
计算结果如表1所示，实测与计算误差为2.26％，满足现场要求，说明了本发明的正确性；随后企业即根据该方法得到的油管漏点位置来进行油套持续环空压力井评价，进而保障高压气井完整性。
[0102]
表1实测与计算误差对比
[0103][0104]
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

技术特征：

1.一种高压气井油管漏点位置确定方法及装置，其特征在于，该方法针对的高压气井中竖直设置有：生产套管(3)及油管(5)，待检测的油管(5)竖直置于所述生产套管(3)内，该待检测的油管(5)的下部设置有封隔器(9)，且所述封隔器(9)与生产套管(3)密封连接，使得所述油管(5)与生产套管(3)之间的间隙形成气井油套环空(10)；用于漏点位置确定的装置包含有：压力温度监测仪(5013)和流量计(5023)；所述方法包含以下步骤：s1：利用压力温度监测仪(5013)获取环空井口压力和温度数据，根据环空井口压力和温度数据进行环空压力泄放测试，在环空压力泄放测试时利用流量计(5023)确定气体泄放量；s2：根据气体泄放量数据，利用液面高度预测模型确定环空液面高度；所述环空液面高度预测模型基本原理为：根据高压气井井口泄压过程及气体泄放守恒原则，利用pvt状态方程，迭代计算高压气井井口实测气体泄放量与理论计算环空气体体积变化量，确定油套环空液面高度，为：式中：h
l
为油套环空液面高度，单位为m；v
z
为气体总体积，单位为m3；
△vz
为泄压前后环空总体积变化量；r
pci
为生产套管(3)内半径，单位为m；u
pci1j
为第j段生产套管(3)径向位移，单位为m；r
to
为油管(5)外半径，单位为m；油管(5)或生产套管(3)不同位置内外壁压力并不相同，因此为了更准确的计算油管(5)及生产套管(3)径向位移导致环空体积变化量，将整个管柱分为n段，u
to1j
为第j段油管(5)柱径向位移，单位为m；s3：根据环空液面高度数据进行环空压力恢复测试，利用压力温度监测仪(5013)监测环空压力变化直至环空压力稳定；s4：根据环空压力稳定数据，利用井筒温压场预测模型确定油管(5)内外壁压力剖面，根据压力剖面确定油管(5)漏点位置；井筒温压场分布是获取漏点位置的基础参数，采用网格划分方式将整个井筒划分为n个网格，网格长度为dz，井筒温压场预测模型为：其中，参数a可通过下式
⑩
计算：式中，h
f
为地层传热系数，单位为w/(m.c)；t
d
为无因次生产时间，无量纲；t
f
为地层温
度，单位为k；ρ
t
为流体密度，单位为kg/m3；v
t
为流体流速，单位为m/s；g为重力加速度，单位为kg/m3；θ为井深轴线与水平面的夹角，单位为
°
；f
t
为流体摩擦阻力系数，无量纲；r
ti
为管柱内径，单位为m；c
t
为流体比热容，单位为j/(kg
·
k)；q
t
为流体质量流速，单位为kg/s；q为流体径向传热量，单位为j/s；t
t
为井筒温度，单位为k；根据以上公式，结合环空压力稳定数据，便得到油管(5)内外壁压力分布曲线，油管(5)内外壁环空压力分布曲线交点即为漏点位置。2.根据权利要求1所述的高压气井油管漏点位置确定方法，其特征在于，所述环空液面高度预测模型的构建方法为：建立模型时假设泄压时间非常短，忽略泄压过程中油管(5)漏点补压对环空体积的影响，则影响环空体积变化的因素包括由于压差导致的管柱径向变形量及环空保护液体积变化量，假设油管(5)及生产套管(3)均为线弹性材料，根据弹塑性力学理论可知油管(5)管柱内外壁压差导致油管(5)管柱径向变形量为：式中：u为管柱径向位移，单位为m；r为管柱横截面上任意一点到管柱中心的距离，单位为m；e为管柱弹性模量，单位为mpa；v为管柱泊松比，无量纲；α为管柱热膨胀系数，单位为k-1
；a
o
为管柱外半径，单位为m；a
i
为管柱内半径，单位为m；p1、p2分别为管柱内外壁压力，单位为mpa；在高压气井井口泄压过程中，井口环空压力不断减小，根据环空保护液压缩性质，由于井口环空压力改变导致环空保护液体积变化δv
m
为：δv
m
＝c
mvm
(p
a1-p
a2
)
ꢀꢀꢀꢀꢀ②
式中：p
a1
、p
a2
分别为泄压前后环空压力，单位为mpa；c
m
为环空保护液压缩系数，单位为mpa-1
；v
m
为泄压前环空保护液体积，单位为m3；油管(5)或生产套管(3)不同位置内外壁压力并不相同，因此为了更准确的计算油管(5)及生产套管(3)径向位移导致环空体积变化量，将整个管柱分为n段，则由于管柱变形量计算导致环空体积变化量为：式中：
△vt
为管柱变形量导致体积变化总量，单位为m3；r
pci
为生产套管(3)内半径，单位为m；u
pci1j
为第j段生产套管(3)径向位移，单位为m，通过式
①
计算；r
to
为油管(5)外半径，单位为m；u
to1j
为第j段油管(5)柱径向位移，单位为m，通过式
①
计算；
△
h
j
为第j段网格长度，单位为m；根据体积守恒原则，泄压前后环空总体积变化量
△vz
为：δv
z
＝δv
t
+δv
m
ꢀꢀꢀꢀꢀ④
。3.根据权利要求1所述的高压气井油管漏点位置确定方法，其特征在于，所述井筒温压场预测模型的构建方法为：井筒温压场分布是获取漏点位置的基础参数，采用网格划分方式将整个井筒划分为n个网格，网格长度为dz，迭代方式计算井筒温压场分布，根据井筒传热理论网格内流体满足动量及质量守恒定律，如下式
⑥
所示：
式中：ρ
t
为流体密度，单位为kg/m3；v
t
为流体流速，单位为m/s；g为重力加速度，单位为kg/m3；θ为井深轴线与水平面的夹角，单位为
°
；f
t
为流体摩擦阻力系数，无量纲；r
ti
为管柱内径，单位为m；c
t
为流体比热容，单位为j/(kg
·
k)；q
t
为流体质量流速，单位为kg/s；q为流体径向传热量，单位为j/s；t
t
为井筒温度，单位为k；流体摩擦阻力系数可通过下式
⑦
求解：式中：e为管壁的绝对粗糙度，单位为m；r
to
为管柱外径，单位为m；r
e
为雷诺数，无量纲；井筒径向传热至地层的热量损失可通过下式
⑧
计算；式中：h
f
为地层传热系数，单位为w/(m.c)；t
d
为无因次生产时间，无量纲；t
f
为地层温度，单位为k。将式
⑧
代入式
⑥
得到dz长度井筒温度及压力变化量计算表达式，如下式
⑨
所示：4.一种采用如权利要求1-3中任意一项所述的方法确定高压气井油管漏点位置的装置。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置包括：压力与温度检测部件(501)，其包含泄压管一(5011)、泄压阀一(5012)和泄压阀二(5014)，所述泄压管一(5011)的一端与气井油套环空(10)连通，另一端与泄压阀一(5012)连接，所述压力温度监测仪(5013)的两端分别和泄压阀一(5012)、泄压阀二(5014)连接，所述压力与温度检测部件(501)用于监测气井油套环空(10)基础参数；气体泄放量测量部件(502)，其包含电加热器(5021)、泄压管二(5022)和阀门三(5024)，所述电加热器(5021)的一端与泄压阀二(5014)连接，另一端与泄压管二(5022)连接，所述流量计(5023)的一端与泄压管二(5022)连接，另一端与阀门三(5024)连接，所述气体泄放量测量部件(502)用于根据压力与温度监测数据开展环空压力泄放测试，根据环空压力泄放测试测量环空压力变化内气体泄放量；以及数据采集与分析部件(503)，其包含电脑(5031)、plc控制器(5032)和仪器连接线
(5033)，所述plc控制器(5032)通过仪器连接线(5033)分别与压力温度监测仪(5013)和电加热器(5021)、流量计(5023)电连接，所述电脑(5031)与plc控制器(5032)信号连接，所述数据采集与分析部件(503)用于采集压力、温度监测数据及气体泄放量。6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述压力与温度检测部件(501)监测的气井油套环空(10)基础参数包括：环空井口温度、环空泄压数据、环空压力恢复数据。

技术总结

本发明公开了一种高压气井油管漏点位置确定方法及装置，其特征在于，该方法包含以下步骤：S1：利用压力温度监测仪获取环空井口压力和温度数据，根据环空井口压力和温度数据进行环空压力泄放测试，在环空压力泄放测试时利用流量计确定气体泄放量；S2：根据气体泄放量数据，利用液面高度预测模型确定环空液面高度；S3：根据环空液面高度数据进行环空压力恢复测试，利用压力温度监测仪监测环空压力变化直至环空压力稳定；S4：根据环空压力稳定数据，利用井筒温压场预测模型确定油管内外壁压力剖面，根据压力剖面确定油管漏点位置。本发明具有便捷、经济和高效的特点。经济和高效的特点。经济和高效的特点。