CN103745103A - 一种气井油套环空泄漏速率的确定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气井油套环空泄漏速率的确定方法及装置，方法包括：采集气井基础数据和环空泄压数据，所述气井基础数据包括环空井口压力、环空保护液密度；根据环空井口压力和气井基础数据确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力；根据所述环空泄压数据和地面管线小孔泄漏模型确定出井口泄漏速率；根据所述的出井口泄漏速率、油管内泄漏点气体压力确定气井环空泄漏速率方程以确定气井油套环空泄漏速率。本发明利用气井日常生产数据和油套环空泄压参数可以计算油套环空泄漏速率，弥补目前气井油套环空泄漏速率无法计算的不足。

Description

一种气井油套环空泄漏速率的确定方法及装置

技术领域

本发明涉及采气工程领域，特别涉及一种气井油套环空泄漏速率计算方法。

背景技术

目前，随着天然气勘探开发的不断发展，一大批高温、高压、含酸性介质气井试产或投产，随之而来的气井完整性问题也愈发突出。气井的完整性要求是在整个寿命期间，通过管理和技术手段确保地下流体不发生无控制的溢流。如果发生完整性失效问题，轻则导致井下天然气进入油套环空，即环空带压，严重者可导致环空异常带压，甚至导致井下天然气泄漏至地面、发生爆炸，给人民生命财产安全造成巨大损失，并引发严重的社会负面影响。气井完整性失效最根本的是井屏障组件失效导致天然气发生泄漏，而彻底解决该问题就是进行修井作业，如果不加以区分，对所有环空带压井全部进行修井作业，一方面作业成本太高，例如在塔里木油田，一口气井的修井成本在2000万元人民币以上，另一方面高温、高压、含酸性介质气井的修井作业风险很大。因此，非常有必要评价气井的完整性，按照完整性等级不同区别对待。

目前，气井完整性评价的主要标准挪威NORSOK D-010《油气井钻井与作业时的完整性要求》和挪威石油联合会（OLF）117标准《油气井完整性推荐做法指南》都提出了以井屏障组件的泄漏速率作为评价气井完整性最基本的参数。美国石油学会API RP14B明确提出了井下安全阀的泄漏速率标准为：气体0.42m³/min，液体0.4l/min，行业内以此标准作为井下管柱的泄漏速率标准。

现有技术中，计算天然气地面输气管线小孔泄漏，其输气管线内外压力都是已知的，泄漏点的等效泄漏面积也可以得出。确定气井油套环空泄漏时，泄漏点的位置未知、泄漏点内外压力未知，等效泄漏面积未知，这导致了环空泄漏速率的确定非常困难。国内外对于油气井油套环空泄漏速率计算研究较少，仅在API RP14B中提出了井下安全阀的泄漏速率计算公式，但对于天然气地面输气管线的泄漏速率研究较为成熟。在国内外公开的文献资料中，还未有对井下油套环空泄漏速率进行。在国外，挪威的SCANWELL公司开发一套专门的设备，可在井口进行测量井下泄漏点深度及泄漏速率，但成本较高，且仅提供技术服务，目前还未见在中石油范围内应用。

发明内容

本发明实施例提供了一种气井油套环空泄漏速率的确定方法，包括：

采集气井基础数据和环空泄压数据，所述气井基础数据包括环空井口压力、环空保护液密度；

根据环空井口压力和气井基础数据确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力；

根据所述环空泄压数据和地面管线小孔泄漏模型确定出井口泄漏速率；

根据所述的出井口泄漏速率、油管内泄漏点气体压力确定气井环空泄漏速率方程以确定气井油套环空泄漏速率。

此外，本发明还提供了一种气井油套环空泄漏速率的确定装置，包括：

数据采集模块，用于采集气井基础数据和环空泄压数据，所述气井基础数据包括环空井口压力、环空保护液密度；

油管内泄漏点参数确定模块，用于根据环空井口压力和气井基础数据确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力；

出井口泄漏速率确定模块，用于根据所述环空泄压数据和地面管线小孔泄漏模型确定出井口泄漏速率；

环空泄漏速率确定模块，用于根据所述的出井口泄漏速率、油管内泄漏点气体压力确定气井油套环空泄漏速率方程以确定气井环空泄漏速率。

通过本发明的技术方案，不需要额外的测试设备和作业量，仅依靠气井自身的参数和泄压数据就可以确定井下泄漏点及泄漏速率。本发明利用气井日常生产数据和油套环空泄压参数可以计算油套环空泄漏速率，弥补目前气井油套环空泄漏速率无法计算的不足。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种气井油套环空泄漏速率的确定方法的流程图；

图2为本发明实施例中一步骤的流程图；

图3为本发明实施例中一步骤的流程图；

图4为本发明实施例中一步骤的流程图；

图5为本发明一种气井油套环空泄漏速率的确定装置的框图；

图6为气井环空泄漏模型示意图；

图7为本发明实施例中XX-1井环空泄压压力恢复曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

本发明公开了一种气井油套环空泄漏速率的确定方法，如图1所示，该方法包括：

步骤S101，采集气井基础数据和环空泄压数据，所述气井基础数据包括环空井口压力、环空保护液密度；

步骤S102，根据环空井口压力和气井基础数据确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力；

步骤S103，根据所述环空泄压数据和地面管线小孔泄漏模型确定出井口泄漏速率；

步骤S104，根据所述的出井口泄漏速率、油管内泄漏点气体压力确定气井环空泄漏速率方程以确定气井油套环空泄漏速率。

其中，如图2所示，步骤S102中根据环空井口压力和气井基础数据确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力包括：

步骤S1021，根据所述气井的基础数据确定气井的多相管流模型；

步骤S1022，根据确定的多相管流模型确定气井的压力剖面公式、温度剖面公式；

步骤S1023，根据所述环空井口压力、环空保护液密度和确定的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力。

此外，如图3所示，步骤S1023根据所述环空井口压力、环空保护液密度和确定的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力还包括：

步骤S301，根据环空压力稳定时环空井口压力和环空泄漏点压力相等确定环空泄漏点压力；

步骤S302，根据所述环空保护液密度、环空压力稳定时的环空泄漏点压力确定环空保护液高度；

步骤S303，根据所述环空保护液高度和确定的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力。

如图4所示，步骤S104根据出井口泄漏速率、油管内泄漏点气体压力确定气井环空泄漏速率方程以确定气井油套环空泄漏速率包括：

步骤S401，根据动量定理建立井下泄露点泄漏速率表达式为：

$Q=\mathrm{\β}\sqrt{P_1-P_0}$

其中，Q：井下泄漏速率，m³/s；β：为系数；

步骤S402，根据所述油管内泄漏点气体温度、油管内泄漏点气体压力以及出井口泄漏速率确定系数β；

步骤S404，根据所述环空泄漏点处压力、环空泄漏点处温度和下式确定气井的天然气体积膨胀系数；其中，下式为：

$E_g=2.8719\×{10}^{-3}\frac{P_0}{\mathrm{zT}}$

E_g：天然气体积膨胀系数，m³/m³；

z：天然气体积偏差因子，无因次；

步骤S404，根据所述油管内泄漏点气体温度、油管内泄漏点气体压力、出井口泄漏速率以及确定的天然气体积膨胀系数确定气井的环空泄漏速率方程为：

$Q_s=E_{g}Q=E_g\mathrm{\β}\sqrt{P_1-P_0}$

Q_s：井口泄漏速率，m³/s。

此外，本发明还公开了一种气井油套环空泄漏速率的确定装置，如图5所示，该装置包括：

数据采集模块501，用于采集气井基础数据和环空泄压数据，所述气井基础数据包括环空井口压力、环空保护液密度；

油管内泄漏点参数确定模块502，用于根据环空井口压力和气井基础数据确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力；

出井口泄漏速率确定模块503，用于根据所述环空泄压数据和地面管线小孔泄漏模型确定出井口泄漏速率；

环空泄漏速率确定模块504，用于根据所述的出井口泄漏速率、油管内泄漏点气体压力确定气井油套环空泄漏速率方程以确定气井环空泄漏速率。

优选的，本发明气井油套环空泄漏速率的确定装置的油管内泄漏点参数确定模块包括：

模型确定单元，用于根据所述气井的基础数据确定气井的多相管流模型；

公式确定单元，用于根据确定的多相管流模型确定气井的压力剖面公式、温度剖面公式；

参数确定单元，用于根据所述环空井口压力、环空保护液密度和确定的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力。

优选的，本发明气井油套环空泄漏速率的确定装置的参数确定单元包括：

环空泄漏点压力确定单元，用于根据环空压力稳定时环空井口压力和环空泄漏点压力相等确定环空泄漏点压力；

环空保护液高度确定单元，用于根据所述环空保护液密度、环空压力稳定时的环空泄漏点压力确定环空保护液高度；

温度压力确定大于，用于根据所述环空保护液高度和确定的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力。

优选的，本发明气井油套环空泄漏速率的确定装置的环空泄漏速率确定模块包括：

泄漏速率表达式确定单元，用于根据动量定理建立井下泄露点泄漏速率表达式：

$Q=\mathrm{\β}\sqrt{P_1-P_0}$

其中，Q：井下泄漏速率，m³/s；β：为系数；

泄漏速率系数确定单元，用于根据所述油管内泄漏点气体温度、油管内泄漏点气体压力以及出井口泄漏速率确定系数β；

天然气体积膨胀系数确定单元，用于根据所述环空泄漏点处压力、环空泄漏点处温度和下式确定气井的天然气体积膨胀系数；

环空泄漏速率方程确定单元，用于根据所述油管内泄漏点气体温度、油管内泄漏点气体压力、出井口泄漏速率以及确定的天然气体积膨胀系数确定气井的环空泄漏速率方程为：

$Q_s=E_{g}Q=E_g\mathrm{\β}\sqrt{P_1-P_0}$

Q_s：井口泄漏速率，m³/s。

下面结合具体的实施方式对本发明做进一步详细说明：

为了解决目前气井油套环空泄漏速率确定困难的问题，本发明提供了一种基于动量定理和微分原理，利用气井自身的参数和泄压数据的油套环空泄漏速率计算方法，所述技术方案如下：

（1）数据收集

收集计算环空泄漏速率的气井基础数据和泄压数据。收集基础数据是为确定井筒温度压力剖面做准备，泄压数据是计算环空泄漏速率最重要的参数。

（2）泄漏点深度确定

根据平衡原理确定泄漏点的深度。首先分析气井的泄压曲线，找到环空压力稳定区间，如果环空压力波动较小（原则上波动在0.5MPa范围内，稳定时间超过5h），则认为环空压力稳定，泄漏点出油管内外压力相等。然后查看气井此时间段的状态（开井、关井）。如果气井此时是开井生产，则根据收集的气井基础数据，优选适合本气井的多相管流模型。具体可以根据目前已经有成熟的计算多相管流的模型，如：Hagedorn-Brown、Beggs-Brill、Duns-Ros、Okiszewski、Mukherjee-Brill等；根据气井基本数据以及已有的压力数据，通过拟合对比，优选适合本气井的多相管流计算模型。根据优选的多相管流模型，计算得出气井井筒温度、压力剖面，根据计算结果，回归温度、压力剖面的计算公式，即式（1）和式（2）:

T=A₁h²+B₁h+C₁  （1）

P₁=A₂h²+B₂h+C₂  （2）

T：油管内泄漏点气体温度，K；

P₁：油管内泄漏点气体压力，Pa；

h：环空保护液的高度，m；

A₁：温度剖面公式二项式系数，K/m²；

B₁：温度剖面公式一次项系数，K/m；

C₁：温度剖面公式常数项，K；

A₂：压力剖面公式二项式系数，Pa/m²；

B₂：压力剖面公式一次项系数，Pa/m；

C₂：压力剖面公式常数项，Pa；

进而得到泄漏点出油管内压。如果此时气井是关井状态，可根据气井的压力梯度从井口或井底折算泄漏点处油管内压力。最后根据平衡原理得，

P₁=P_o=P_a+ρ_agh=A₂h²+B₂h+C₂  （3）

此处假设油套环空中气柱的高度h_l可以忽略；现场气井油套环空充满保护液，即使未完全充满，h_l也很低，由h_l引起的压差也很小，可以忽略不计。

P_a：环空井口处压力，Pa；

P_o：环空泄漏点处压力，Pa；

h：环空保护液的高度，m；

h_l：环空气柱高度，m；

g:9.8m/s²；

ρ_a：环空保护液的密度，kg/m³；

式（3）中P_a、ρ_a、g已知，A₂、B₂、C₂可以通过井筒压力梯度公式回归得出，则h可得。

（3）泄漏速率方程建立

考虑单位质量天然气在泄漏点处的流动，根据动量定理单位质量天然气在单位横截面积下的动量方程为：

ε(P₁-P₀)AΔt=mv_m  （4）

Δt：天然气通过油管壁的时间，s；

m：单位体积天然气质量，kg；

v_m：天然气通过油管壁的速度，m/s；

A：泄漏面积，m²；

ε：系数，无因次。

本方法做如下假设：

①天然气在油管壁厚范围内为定加速度运动；

②天然气在油管泄漏点处的水平初始速度为0m/s；

由于天然气在油管壁厚度τ范围内为定加速运动，在泄漏点油管内壁处水平初始速度为0m/s，则平均流速

与瞬时流速v_m的关系为：

${\stackrel{\‾}{v}}_m=2v_m---\left(5\right)$

天然气通过油管壁的平均速度，m/s；

$\mathrm{\Δt}=\frac{\mathrm{\τ}}{{\stackrel{\‾}{v}}_m}---\left(6\right)$

τ：油管壁厚，m；

由式（4）、式（5）和式（6）可得

$\mathrm{\ϵ}(P_1-P_0)A\frac{\mathrm{\τ}}{{\stackrel{\‾}{v}}_m}=\mathrm{\ϵ}(P_1-P_0)A\frac{\mathrm{\τ}}{2v_m}={\mathrm{mv}}_m---\left(7\right)$

进一步推导可得：

${v_m}^2=\frac{\mathrm{\ϵ}(p_1-p_0)A}{2m}\mathrm{\τ}---\left(8\right)$

由于考虑是单位质量的天然气，对于每口气井油管壁厚及泄漏面积都是恒定的，则井下泄漏点出泄漏速率表达式为：

$Q=\mathrm{\ϵ\α}{v}_{m}A=\mathrm{\ϵ\αA}\sqrt{\frac{\mathrm{A\τ}}{2m}}\sqrt{P_1-P_0}=\mathrm{\β}\sqrt{P_1-P_0}---\left(9\right)$

Q：井下泄漏速率，m³/s；

α：为系数，无因次

β：为系数；

由式（9）可以看出，泄漏速率仅与压差有关，只要确定一个边界条件就可以得出常数β。

（4）边界条件确定

目前对于地面管线的泄漏研究较多，也较为成熟。现场采用直径为1/2″或1/4″管线泄压，因此可以采用输气管线的小孔泄漏模型计算泄漏速率，可以根据式（10）计算。

$Q=C_D\mathrm{A\φ}{P}_a\sqrt{{\left(\frac{2}{k+1}\right)}^{\frac{k+1}{k-1}}\frac{\mathrm{Mk}}{\mathrm{ZR}{T}_a}}---\left(10\right)$

Q_m：井口质量泄漏速率，kg/s；

P_a：环空井口处压力，Pa；

T_a：环空井口处温度，K；A：泄漏面积，m²；

φ：流速系数，表示实际流速与理论流速之比，一般为0.97～0.98，无因次；

k：绝热指数，即定压热容与定容热容之比，对于天然气一般取k=1.28，无因次；

C_D：流量系数，取值范围在0.6-1.0，与泄漏孔的形状有关，圆孔取1.0，无因次；

M：天然气摩尔质量，kg/mol；

R：摩尔气体常数，8.314J（mol.K）；

Z：气体体积偏差因子，无因次。

取泄压平衡时的环空压力，根据现场实际泄压参数即可确定平衡时的井口泄漏速率。需要注意的是，式（10）求出的泄漏速率是质量流量，应通过式（11）进行转换。

$Q_s=\frac{Q_m}{{\mathrm{\ρ}}_g}---\left(11\right)$

Q_s：井口泄漏速率，m³/s；

ρ_g：天然气的密度，kg/m³；

（5）泄漏速率方程

同样，根据平衡原理，认为在泄压平衡时，井口泄漏速率与井下泄漏速率达到平衡，但两者仅相差一个体积膨胀系数，E_g。

$E_g=2.8719\×{10}^{-3}\frac{P_0}{\mathrm{ZT}}---\left(12\right)$

E_g：天然气体积膨胀系数，m³/m³；

Z：天然气体积偏差因子，无因次；

在平衡条件下，Q_s、P_o以及P₁已知，即可求出β；然后可以得出该气井的环空泄漏速率方程。

$Q_s=E_{g}Q=E_g\mathrm{\β}\sqrt{P_1-P_0}---\left(13\right)$

本实施例提供了基于动量定理与微分原理的气井油套环空泄漏速率计算方法，首次为现场确定气井油套环空的泄漏速率提出了数学计算方法。图6为气井环空泄漏模型示意图，其中标注个参数的物理意义。

具体地，作为优选，以XX气田XX-1井为例对本发明实施方式做进一步说明，图7是XX-1井环空泄压压力恢复曲线，需要根据该曲线确定环空压力平衡稳定阶段，进而可以确定环空泄漏点深度及井口泄漏速率.

步骤1）数据收集；

收集气井的基础数据，包括：原始地层压力，原始地层温度，地温梯度，气藏中深，生产套管内径、外径，油管内径、外径，油管下深等；天然气的组分甲烷含量、己烷及以上烃组分，氮气（N₂）含量CO₂含量、H₂S含量；原油密度，地层水密度、环空保护液密度，泄压管内经等。收集气井油套环空泄压数据，如图7所示。

步骤2）泄漏点深度确定

根据Hagedorn-Brown方法计算得出气井的温度、压力剖面，根据计算结果，回归温度、压力剖面的计算公式（1）和公式（2），确定该被测井的温度、压力剖面公式如下：

T=10^-7h²+0.018h+45.04  (14)

P₁=2*10^-3h²+4100h+86775000  (15)

P₀=64420000+1200gh  （16）

在环空压力稳定的情况下，认为从油管进入环空和从环空进入油管的速率相同，即泄漏速率为零，P₁=P₀，根据图7所示的环空泄压数据可以确定P₀，则根据式（15）和式（16）可确定泄漏点深度为2920.63m，根据式（14）和式（15）分别泄漏点处油管内压力为98766088Pa，温度为373.80K。

步骤3）边界条件确定

根据地面管线小孔泄漏模型，见式（10）

$Q=C_D\mathrm{A\φ}{P}_a\sqrt{{\left(\frac{2}{k+1}\right)}^{\frac{k+1}{k-1}}\frac{\mathrm{Mk}}{\mathrm{ZR}{T}_a}}---\left(10\right)$

式中，A可根据泄压管线直径求出，本例中采用1/4″管线泄压，壁厚为2.25mm，则内径为1.85mm，面积为2.68×10^-6m²；φ取0.98；k取1.28；C_D取1.0；R取，8.314J（mol.K）；P_a取泄压平衡时井口环空压力，本例中为34710000Pa；T_a井口处温度，本例中为318.2K；P_a和T_a可根据泄压数据直接得出；M可根据天然气组分的体积百分比以及各组分的摩尔质量求出，本例中为0.017628kg/mol；Z可根据采用目前成熟的图版法和计算法得出，也可以采用气田的体积偏差因子，本例中取2.01。

由式（10）可得泄压平衡时的质量泄漏速率为0.1113kg/s。

根据式（11）可将泄漏速率转换为体积泄漏速率，天然气的密度可以根据其相对密度和空气密度得出，空气密度为1.293kg/m³，相对密度为0.6218，则天然气的密度为0.804kg/m³，

可得出井口泄漏速率为0.1384m³/s，8.3040m³/min。

步骤4）泄漏速率方程确定

根据步骤2）中确定的泄漏点处的压力、温度和式（12），

$E_g=2.8719\×{10}^{-3}\frac{P_0}{\mathrm{ZT}}---\left(12\right)$

可得此压力下的天然气体积膨胀系数为263.96m³/m³，本实施例中Z取2.01；

根据式13可得：

$8.3040=E_g\mathrm{\β}\sqrt{P_1-P_0}=263.96\sqrt{98766608-69056608}\mathrm{\β}---\left(12\right)$

其中，P₁取泄漏点处油管内压力，认为在泄漏阶段其保持不变，本例中为98766608Pa，P₀取泄漏点处环空压力，本例中取泄压平衡时井口环空压力与环空保护液柱产生的压力之和，即1200×9.8×2920.63+34710000=69056608Pa。

β为5.7716×10^-6，则XX-1井的泄漏速率方程为:

$Q_s=5.7716\×{10}^{-6}{E}_g\sqrt{98766608-P_0}---\left(13\right)$

本发明应用气井日常生产数据和油套环空泄压参数，以气井多相管流计算模型优选为基础，确定井下泄漏点深度；以微分为基础，根据动量定理确定气井油套环空泄漏速率模型，首次通过数学理论计算确定气井油套环空的泄漏速率，减少了现有利用仪器设备现场测量带来的成本过高，以及测量过程风险大的弊端，为现场气井完整性评价与管理提供必需的参数。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种气井油套环空泄漏速率的确定方法，其特征在于，所述的方法包括：

采集气井基础数据和环空泄压数据，所述气井基础数据包括环空井口压力、环空保护液密度；

根据环空井口压力和气井基础数据确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力；

根据所述环空泄压数据和地面管线小孔泄漏模型确定出井口泄漏速率；

根据所述的出井口泄漏速率、油管内泄漏点气体压力确定气井环空泄漏速率方程以确定气井油套环空泄漏速率。

2.如权利要求1所述的气井油套环空泄漏速率的确定方法，其特征在于，所述的根据环空井口压力和气井基础数据确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力包括：

根据所述气井的基础数据确定气井的多相管流模型；

根据确定的多相管流模型确定气井的压力剖面公式、温度剖面公式；

根据所述环空井口压力、环空保护液密度和确定的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力。

3.如权利要求2所述的气井油套环空泄漏速率的确定方法，其特征在于，所述的根据所述环空井口压力、环空保护液密度和确定的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力包括：

根据环空压力稳定时环空井口压力和环空泄漏点压力相等确定环空泄漏点压力；

根据所述环空保护液密度、环空压力稳定时的环空泄漏点压力确定环空保护液高度；

根据所述环空保护液高度和确定的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力。

4.如权利要求3所述的气井油套环空泄漏速率的确定方法，其特征在于，所述的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别为：

P₁=A₂h²+B₂h+C₂

T=A₁h²+B₁h+C₁

其中，T：油管内泄漏点气体温度，K；

P₁：油管内泄漏点气体压力，Pa；

h：环空保护液的高度，m；

A₁：温度剖面公式二项式系数，K/m²；

B₁：温度剖面公式一次项系数，K/m；

C₁：温度剖面公式常数项，K；

A₂：压力剖面公式二项式系数，Pa/m²；

B₂：压力剖面公式一次项系数，Pa/m；

C₂：压力剖面公式常数项，Pa。

5.如权利要求4所述的气井油套环空泄漏速率的确定方法，其特征在于，所述的根据所述环空保护液密度、环空压力稳定时的环空泄漏点压力确定环空保护液高度包括：

根据所述环空保护液密度、环空压力稳定时的环空泄漏点压力和下式确定环空保护液高度，

P₁=P_o=P_a+ρ_agh=A₂h²+B₂h+C₂

其中，P_a：环空井口处压力，Pa；

P_o：环空泄漏点处压力，Pa；

h：环空保护液的高度，m；

g:9.8m/s²；

ρ_a：环空保护液的密度，kg/m³。

6.如权利要求1所述的气井油套环空泄漏速率的确定方法，其特征在于，所述的根据所述的出井口泄漏速率、油管内泄漏点气体压力确定气井环空泄漏速率方程以确定气井油套环空泄漏速率包括：

根据动量定理建立井下泄露点泄漏速率表达式为：

$Q=\mathrm{\β}\sqrt{P_1-P_0}$

其中，Q：井下泄漏速率，m³/s；β：为系数；

根据所述油管内泄漏点气体温度、油管内泄漏点气体压力以及出井口泄漏速率确定系数β；

根据所述环空泄漏点处压力、环空泄漏点处温度和下式确定气井的天然气体积膨胀系数；

根据所述油管内泄漏点气体温度、油管内泄漏点气体压力、出井口泄漏速率以及确定的天然气体积膨胀系数确定气井的环空泄漏速率方程为：

$Q_s=E_{g}Q=E_g\mathrm{\β}\sqrt{P_1-P_0}$

Q_s：井口泄漏速率，m³/s。

7.一种气井油套环空泄漏速率的确定装置，其特征在于，所述的装置包括：

数据采集模块，用于采集气井基础数据和环空泄压数据，所述气井基础数据包括环空井口压力、环空保护液密度；

油管内泄漏点参数确定模块，用于根据环空井口压力和气井基础数据确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力；

出井口泄漏速率确定模块，用于根据所述环空泄压数据和地面管线小孔泄漏模型确定出井口泄漏速率；

环空泄漏速率确定模块，用于根据所述的出井口泄漏速率、油管内泄漏点气体压力确定气井油套环空泄漏速率方程以确定气井环空泄漏速率。

8.如权利要求7所述的气井油套环空泄漏速率的确定装置，其特征在于，所述的油管内泄漏点参数确定模块包括：

模型确定单元，用于根据所述气井的基础数据确定气井的多相管流模型；

公式确定单元，用于根据确定的多相管流模型确定气井的压力剖面公式、温度剖面公式；

参数确定单元，用于根据所述环空井口压力、环空保护液密度和确定的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力。

9.如权利要求8所述的气井油套环空泄漏速率的确定装置，其特征在于，所述的参数确定单元包括：

环空泄漏点压力确定单元，用于根据环空压力稳定时环空井口压力和环空泄漏点压力相等确定环空泄漏点压力；

环空保护液高度确定单元，用于根据所述环空保护液密度、环空压力稳定时的环空泄漏点压力确定环空保护液高度；

温度压力确定大于，用于根据所述环空保护液高度和确定的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别确定油管内泄漏点气体温度和油管内泄漏点气体压力。

10.如权利要求9所述的气井油套环空泄漏速率的确定装置，其特征在于，所述的气井的压力剖面公式、温度剖面公式分别为：

P₁=A₂h²+B₂h+C₂

T=A₁h²+B₁h+C₁

其中，T：油管内泄漏点气体温度，K；

P₁：油管内泄漏点气体压力，Pa；

h：环空保护液的高度，m；

A₁：温度剖面公式二项式系数，K/m²；

B₁：温度剖面公式一次项系数，K/m；

C₁：温度剖面公式常数项，K；

A₂：压力剖面公式二项式系数，Pa/m²；

B₂：压力剖面公式一次项系数，Pa/m；

C₂：压力剖面公式常数项，Pa。

11.如权利要求10所述的气井油套环空泄漏速率的确定装置，其特征在于，所述的根据所述环空保护液密度、环空压力稳定时的环空泄漏点压力确定环空保护液高度包括：

根据所述环空保护液密度、环空压力稳定时的环空泄漏点压力和下式确定环空保护液高度，

P₁=P_o=P_a+ρ_agh=A₂h²+B₂h+C₂

其中，P_a：环空井口处压力，Pa；

P_o：环空泄漏点处压力，Pa；

h：环空保护液的高度，m；

g:9.8m/s²；

ρ_a：环空保护液的密度，kg/m³。

12.如权利要求7所述的气井油套环空泄漏速率的确定装置，其特征在于，所述的环空泄漏速率确定模块包括：

泄漏速率表达式确定单元，用于根据动量定理建立井下泄露点泄漏速率表达式：

$Q=\mathrm{\β}\sqrt{P_1-P_0}$

其中，Q：井下泄漏速率，m³/s；β：为系数；

泄漏速率系数确定单元，用于根据所述油管内泄漏点气体温度、油管内泄漏点气体压力以及出井口泄漏速率确定系数β；

天然气体积膨胀系数确定单元，用于根据所述环空泄漏点处压力、环空泄漏点处温度和下式确定气井的天然气体积膨胀系数；

环空泄漏速率方程确定单元，用于根据所述油管内泄漏点气体温度、油管内泄漏点气体压力、出井口泄漏速率以及确定的天然气体积膨胀系数确定气井的环空泄漏速率方程为：

$Q_s=E_{g}Q=E_g\mathrm{\β}\sqrt{P_1-P_0}$

Q_s：井口泄漏速率，m³/s。

Images