CN109025960B - 热采井井口抬升距离确定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种热采井井口抬升距离确定方法及装置，其中，该方法包括：针对全井固井的热采井，确定井口活动段，其中，所述井口活动段是指发生套管伸长的胶结失效的井段；在所述井口活动段内，根据套管与水泥环之间的摩擦阻力，确定热采井井口的抬升距离。该方案实现了可以预测全井固井的热采井的井口抬升距离，对现场合理选择井口装置具有重要意义。

Description

热采井井口抬升距离确定方法及装置

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，特别涉及一种热采井井口抬升距离确定方法及装置。

背景技术

我国渤海油田具有丰富的稠油资源，稠油储量占总储量65％以上。海上稠油开发受到平台面积、作业环境的限制，一般采用蒸汽吞吐方式进行开发。但在蒸汽吞吐开采过程中，由于热应力的存在，井口多出现抬升现象，为海上稠油开发带来了巨大的安全隐患。据统计，南堡NB35-2区块有多口热采井出现了井口抬升的现象，平均抬升达到4-7cm；在旅大LD5-2N井的热采测试中，井口的最大抬升距离甚至达到了24.5cm。因此，井口抬升预测及防控是目前亟待解决的难题，开展海洋稠油热采水平井的井口抬升问题的影响因素及预测方法研究十分必要。

目前，在海上稠油热采开发过程中，针对井口抬升距离预测的研究较少，且大部分研究是针对自由套管的，当固井水泥环返至井口时，针对自由套管的研究方法则不再适用，更不能用于预测全井固井的热采井的井口抬升距离。

发明内容

本发明实施例提供了一种热采井井口抬升距离确定方法，以解决现有技术中无法预测全井固井的热采井的井口抬升距离的技术问题。该方法包括：

针对全井固井的热采井，确定井口活动段，其中，所述井口活动段是指发生套管伸长的胶结失效的井段；

在所述井口活动段内，根据套管与水泥环之间的摩擦阻力，确定热采井井口的抬升距离。

本发明实施例还提供了一种热采井井口抬升距离确定装置，以解决现有技术中无法预测全井固井的热采井的井口抬升距离的技术问题。该装置包括：

井段确定模块，用于针对全井固井的热采井，确定井口活动段，其中，所述井口活动段是指发生套管伸长的胶结失效的井段；

抬升距离确定模块，用于在所述井口活动段内，根据套管与水泥环之间的摩擦阻力，确定热采井井口的抬升距离。

本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意的热采井井口抬升距离确定方法，以解决现有技术中无法预测全井固井的热采井的井口抬升距离的技术问题。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述任意的热采井井口抬升距离确定方法的计算机程序，以解决现有技术中无法预测全井固井的热采井的井口抬升距离的技术问题。

在本发明实施例中，针对全井固井的热采井，先确定出热采井的井口活动段，该井口活动段即发生套管伸长的胶结失效的井段，然后，在井口活动段内，根据套管与水泥环之间的摩擦阻力，确定热采井井口的抬升距离，使得实现了可以预测全井固井的热采井的井口抬升距离，对现场合理选择井口装置具有重要意义。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种热采井井口抬升距离确定方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种自由段套管发生轴向抬升的示意图；

图3是本发明实施例提供的一种井口活动段发生井口抬升的示意图；

图4A是本发明实施例提供的一种表面光滑的套管与水泥环的界面对比示意图；

图4B是本发明实施例提供的一种粗糙化处理的套管与水泥环的界面对比示意图；

图5是本发明实施例提供的一种注汽作业前后油层套管温度分布的示意图；

图6是本发明实施例提供的一种井口抬升随温升变化的示意图；

图7是本发明实施例提供的一种界面接触压力随井深变化的示意图；

图8是本发明实施例提供的一种单位长度水泥环摩擦阻力随注汽轮次变化的示意图；

图9是本发明实施例提供的一种井口抬升随作业轮次变化的示意图；

图10是本发明实施例提供的一种热采井井口抬升距离确定装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本申请发明人发现，很多全井固井(即套管全部被封固)的热采井，尤其是海上热采井，在注汽作业过程中仍然会发生不同程度的井口抬升，其主要原因是套管与水泥环具有不同的热膨胀系数，随温度升高，套管热胀力逐渐克服水泥环胶结力而发生失效，失效后套管抬升主要受到水泥环摩擦阻力的约束。因此，本申请发明人提出一种热采井井口抬升距离确定方法，在考虑全井固井条件下，针对井口附近套管于水泥环胶结失效后的井口活动段，根据套管与水泥环之间的摩擦阻力来确定热采井井口的抬升距离。

在本发明实施例中，提供了一种热采井井口抬升距离确定方法，如图1所示，该方法包括：

步骤101：针对全井固井的热采井，确定井口活动段，其中，所述井口活动段是指发生套管伸长的胶结失效的井段；

步骤102：在所述井口活动段内，根据套管与水泥环之间的摩擦阻力，确定热采井井口的抬升距离。

由图1所示的流程可知，在本发明实施例中，针对全井固井的热采井，先确定出热采井的井口活动段，该井口活动段即发生套管伸长的胶结失效的井段，然后，在井口活动段内，根据套管与水泥环之间的摩擦阻力，确定热采井井口的抬升距离，使得实现了可以预测全井固井的热采井的井口抬升距离，对现场合理选择井口装置具有重要意义。

具体实施时，如图2所示，稠油热采井注汽过程中，套管温度急剧升高，使得套管产生伸长和膨胀的趋势。对于水泥环未封固的自由段套管，此时套管随温度升高轴向抬升可由以下公式(1)计算：

ΔL＝αlΔT (1)

式中，ΔL为套管轴向伸长量，单位：m；α为自由段套管热膨胀系数，单位：℃^-1；l为套管长度，单位：m；ΔT为套管平均温升，单位：℃。

具体实施时，如图3所示，全井固井即套管全部被水泥环封固，但套管柱在注汽阶段仍会发生井口抬升u_井口，其主要原因是胶结失效，而胶结失效的情况包括：一是井口附近固井阶段残留混浆，导致固井质量较差，发生胶结失效；二是注汽过程中，套管热胀力克服水泥环胶结力，导致胶结失效。胶结失效后套管抬升主要受到水泥环的摩擦阻力约束，因此，发生套管伸长的胶结失效的井段称为上述井口活动段L。

具体实施时，通过以下步骤实现在所述井口活动段内，根据套管与水泥环之间的摩擦阻力，确定热采井井口的抬升距离：

如图3所示，以所述井口活动段的下端点为坐标系原点，沿着所述井口活动段的下端点向上的方向轴向坐标z为正，建立所述井口活动段上任意位置处的轴向应变公式；

在所述井口活动段内，对所述轴向应变公式进行积分得到热采井井口的抬升距离。

具体的，可以先建立井口活动段内任意位置处的轴向力公式，如以下公式(2)所示，进而基于轴向力公式，建立所述井口活动段上任意位置处的轴向应变公式，如以下公式(3)所示：

N＝(L-z)f (2)

ε_z＝α_pΔT-(L-z)f(E_pA)^-1 (3)

其中，N为井口活动段内任意位置处的轴向力，单位：N；ε_z为所述井口活动段上任意位置处的轴向应变值；L为所述井口活动段的长度，单位：m；f为单位长度上水泥环对套管的摩擦阻力，单位：N/m，该值可根据实验或现场数据测量确定；E_p为所述套管的弹性模量，单位：Pa；A为所述套管的横截面积，单位：m²；α_p为所述套管的热膨胀系数；ΔT为所述套管的平均温升；z为所述井口活动段上任意位置处的轴向坐标值。

得到所述井口活动段上任意位置处的轴向应变公式(3)之后，由于井口活动段下端点即坐标原点处轴向应变为0，因此，可以将z＝0，ε_z＝0代入公式(3)，求得井口活动段的长度L，如公式(4)所示。

具体实施时，得到所述井口活动段上任意位置处的轴向应变公式(3)之后，在整个井口活动段内对轴向应变进行积分可得到以下公式(5)来计算井口抬升距离u_井口：

对公式(5)化简可得公式(6)：

具体实施时，当所述套管为油层套管时，上述摩擦阻力f为油层套管与自身外侧的水泥环之间的摩擦阻力；当所述套管为中间套管或表层套管时，上述摩擦阻力f为套管与自身内外侧的水泥环之间的摩擦阻力之和，因此，可以将公式(2)至公式(6)中的摩擦阻力f考虑为不同套管对应的摩擦阻力，进而可以求得不同套管对应的井口抬升距离。

具体实施时，由于在高温条件下，温度的变化对套管物理性质影响较大，上述套管的热膨胀系数和弹性模量可以根据具体实施情况具体选择。例如，N80套管管材热膨胀系数α_p随温度T的变化关系如公式(7)所示，弹性模量E_p随温度的变化关系如公式(8)所示：

α_p＝(-0.00043163T²+0.22482T-3.66474)×10^－6 (7)

E_p＝(2.132080-0.0025902T)×10⁵ (8)

由公式(6)可以看出，套管与水泥环的摩擦阻力是影响井口抬升距离的重要因素，而摩擦阻力又受套管-水泥环接触压力和界面摩擦系数影响。首次温升产生井口活动段之后，在不同注汽、焖井和生产阶段水泥环对套管单位长度上的摩擦阻力不同，如图4A所示，外表光滑的套管与水泥环的界面基本上为一条直线，摩擦阻力较小。如图4B所示经过粗糙化处理的套管外壁与水泥环胶结面为一条曲线，套管外壁颗粒与水泥环凝结时相互啮合，摩擦阻力较大。随着注焖采(即注汽、焖井和生产)周期增多，套管外壁粗糙度在抬升回落循环过程中逐渐减小，水泥环对套管摩擦阻力随之降低，套管表面渐趋于光滑，摩擦阻力减小幅度也越来越小，最终趋于稳定。

因此，井口抬升距离随时间是一个动态变化的过程。考虑注汽阶段井口抬升距离最大，危害最严重，在选择井口防套升装置时以注汽阶段的井口抬升距离为依据。

具体实施时，为了更准确地确定多次注汽循环时热采井井口的抬升距离，在本实施例中，通过以下公式(9)实现在所述井口活动段内，根据水泥环的摩阻降低系数以及套管与水泥环之间的摩擦阻力，确定热采井井口的抬升距离。

其中，u_井口为热采井井口的抬升距离；f为单位长度上水泥环对套管的摩擦阻力；E_p为所述套管的弹性模量；A为所述套管的横截面积；α_p为所述套管的热膨胀系数；ΔT为所述套管的平均温升；λ_i为热采井第i次注汽循环时水泥环的摩阻降低系数，表示随注蒸汽轮次增加水泥环的摩擦阻力的降低程度，无量纲，可根据实验或现场数据反演确定；n为热采井注汽循环的总次数。

具体实施时，多次注汽循环时热采井的井口活动段的长度L_n可以通过以下公式(10)来计算：

具体实施时，上述套管与水泥环之间的摩擦阻力可以根据实验或现场数据测量确定，在缺乏现场实测的条件下，还可以根据室内实验确定的套管与固井水泥石之间的摩擦系数以及界面接触压力计算得到。在本实施例中，上述热采井井口抬升距离确定方法还包括：

通过以下步骤计算套管与水泥环之间每层界面的摩擦阻力：具体的，在热采井中有井眼中心向外套管与水泥环之间的设置结构为：套管-水泥环-地层，当存在多层套管时，每层套管与每层水泥环相间设置，例如，套管-水泥环-套管-水泥环-套管-水泥环-地层，以此类推。套管与水泥环之间的每层接触面称为界面。

针对每层界面，计算该层界面中套管由于承受的压力和温度产生的径向位移；

计算该层界面中水泥环由于承受的压力和温度产生的径向位移；

根据在该层界面中水泥环产生的径向位移等于套管产生的径向位移，计算得到该层界面中套管与水泥环的界面接触压力，其中，界面接触压力为套管与水泥环接触产生的压力；

将界面接触压力乘以套管与固井水泥石之间的摩擦系数，计算得到该层界面中套管与水泥环之间的摩擦阻力。

具体实施时，由井眼中心向外，可以通过以下公式(11)得到套管与水泥环之间每层界面的界面接触压力的表达式，热采井中所有界面接触压力的表达式组成方程组，求解该方程组，得到套管与水泥环之间每层界面的界面接触压力：

其中，p_i表示第i层界面的界面接触压力；p_mi表示第i层界面的内层材料的内壁所承受的压力；p_no表示第i层界面的外层材料的外壁所承受的压力；μ_m为内层材料的泊松比；r_mi为内层材料的内半径；r_mo为内层材料的外半径；E_m为内层材料的弹性模量；μ_n为外层材料的泊松比；r_ni为外层材料的内半径；r_no为外层材料的外半径；E_n为外层材料的弹性模量；α_m为内层材料的热膨胀系数；α_n为外层材料的热膨胀系数；ΔT_i为第i层界面中套管的平均温升；i≥1，i为正整数：m表示内层材料，该内层材料是指第i层界面中套管与水泥环中相对接近井眼中心的一种材料(套管或水泥环)；n表示外层材料，该外层材料是指第i层界面中套管与水泥环中相对远离井眼中心的一种材料(套管或水泥环)。

具体的，当i取不同值时，上述公式(11)中的参数发生对应的变化。例如，当i＝1时，上述套管即为油层套管，该第1层界面中，内层材料为套管，外层材料为水泥环，此时，p_mi表示第1层界面中套管的内壁所承受的压力，即注汽阶段蒸汽注入对套管的压力；p_no表示第1层界面中水泥环的外壁所承受的压力，即第2层界面的界面接触压力p₂；当上述i＝2时，该第2层界面中，内层材料为水泥环，外层材料为套管，此时，p_mi表示第2层界面中水泥环的内壁所承受的压力，即第1层界面的界面接触压力的压力p₁；p_no表示第2层界面中套管的外壁所承受的压力，即第3层界面的界面接触压力p₃；当i取最大值，即表示热采井的最后一层界面时，内层材料为套管，外层材料为水泥环，此时，p_mi表示该层界面中套管的内壁所承受的压力，即第i-1层界面的界面接触压力的压力p_i-1；p_no表示该层界面中水泥环的外壁所承受的压力，即地层围岩压力。

具体的，以下为通过内层材料的径向位移和外层材料的径向位移来推导界面接触压力的过程：

首先，内层材料径向位移计算

(1)内层材料承受的均匀内、外压引起内层材料产生径向位移

针对第i层界面，将第i层界面的界面接触压力视为内层材料的外壁承受的外压，第i-1层界面的界面接触压力视为内层材料的内壁承受的内压。在内、外压作用下，内层材料的径向位移可以根据均匀内、外压作用下的厚壁筒原理进行求解，可得径向位移u₁为：

式中，p_i为第i层界面的界面接触压力，单位：Pa；p_mi为内层材料的内壁承受的内压，单位：Pa；E_m为内层材料的弹性模量，单位：Pa；μ_m为内层材料的泊松比，无量纲；r_mi为内层材料的内半径，单位：m；r_mo为内层材料的外半径，单位：m；r_m为内层材料横截面上任意点的半径，单位：m。

(2)温度引起内层材料产生的径向位移

温度作用下内层材料膨胀产生的径向位移u₂为：

u₂＝α_mΔT_ir_m (13)

因此，注汽阶段内层材料总的径向位移u_m为：

其次，外层材料径向位移计算

外层材料径向位移主要包括外层材料承受的均匀内、外压引起的径向位移、温度引起的径向位移。

(1)将第i层界面的界面接触压力视为外层材料的内壁所承受的压力，第i+1层界面的界面接触压力视为外层材料的外壁所承受的压力，则内、外压引起的外层材料径向位移u₃为：

式中，p_i为第i层界面的界面接触压力，单位：Pa；p_no为第i层界面的外层材料的外壁所承受的压力，单位：Pa；E_n为外层材料弹性模量，单位：Pa；μ_n为外层材料泊松比，无量纲；r_ni为外层材料圆筒内半径，单位：m；r_no为外层材料外半径，单位：m；r_n为外层材料横截面上任意点的半径，单位：m。

(2)温度引起外层材料的径向位移

温度作用下外层材料的径向位移u₄为：

u₄＝α_nΔT_ir_c (16)

因此，注汽阶段外层材料总的径向位移u_c为：

最后，第i层界面的界面接触压力计算

由公式(14)可求得内层材料外壁径向位移u_mo(令r_m＝r_mo)为：

由公式(17)可求得外层材料内壁径向位移u_ni(令r_n＝r_ni)为：

根据界面径向位移连续性可知，u_mo＝u_ni。由于注汽压力和地层的围岩压力为已知，即可求解中间任意界面的界面接触压力P_i，即上述公式(11)。

具体的，以存在一层界面为例，即套管为油层套管，上述内层材料为油层套管，外层材料为水泥环，内层材料的内壁所承受的压力为注汽阶段蒸汽注入对套管的压力，外层材料的外壁所承受的压力为围岩压力，p_mi可以通过以下公式(20)来计算界面接触压力：

其中，p₁为界面接触压力；p_mi为注汽阶段蒸汽注入对所述套管的压力；μ_p为套管的泊松比；r_pi为套管的内半径；r_po为套管的外半径；E_p为套管的弹性模量；μ_c为水泥环的泊松比；r_ci为水泥环的内半径；r_co为水泥环的外半径；E_c为水泥环的弹性模量；p_no为地层的围岩压力；α_p为套管的热膨胀系数；α_c为水泥环的热膨胀系数；ΔT为所述套管的平均温升。

具体的，上述公式(20)的推导过程为：

首先，套管径向位移计算

套管径向位移主要包括均匀内外压引起的径向位移和温度引起的径向位移。

(1)均匀内、外压引起套管径向位移

将水泥环对套管的接触压力视为套管外壁所承受的压力，即界面接触压力，注汽阶段蒸汽注入对套管内壁产生的压力视为套管内压。在内、外压作用下，套管径向位移可以根据均匀内、外压作用下的厚壁筒原理进行求解，可得径向位移u₁为：

式中，p_mi为注汽压力(即套管内压)，单位：Pa；p₁为界面接触压力，单位：Pa；E_p为套管弹性模量，单位：Pa；μ_p为套管泊松比，无量纲；r_pi为套管内半径，单位：m；r_po为套管外半径，单位：m；r_p为套管横截面上任意点的半径，单位：m。

(2)温度引起套管径向位移

温度作用下套管膨胀产生的径向位移u₂为：

u₂＝α_pΔTr_p (22)

因此，注汽阶段套管总的径向位移u_p为：

其次，水泥环径向位移计算

水泥环径向位移主要包括均匀内外压引起的径向位移、温度引起的径向位移。

(1)将界面接触压力视为水泥环的内壁所承受的压力，地层的围岩压力视为水泥环的外壁所承受的压力，则内、外压引起的水泥环径向位移u₃为：

式中，p₁为界面接触压力，单位：Pa；p_no为地层的围岩压力，单位：Pa；E_c为水泥环弹性模量，单位：Pa；μ_c为水泥环泊松比，无量纲；r_ci为水泥环内半径，单位：m；r_co为水泥环外半径，单位：m；r_c为水泥环横截面上任意点的半径，单位：m。

(2)温度引起水泥环径向位移

温度作用下水泥环的径向位移u₄为：

u₄＝α_cΔTr_c (25)

因此，注汽阶段水泥环总的径向位移u_c为：

最后，界面接触压力计算

由公式(23)可求得套管外壁径向位移u_po(令r_p＝r_po)为：

由公式(26)可求得水泥环内壁径向位移u_ci(令r_c＝r_ci)为：

根据界面径向位移连续性可知，u_po＝u_ci。由于注汽压力和地层的围岩压力为已知，即可求解界面接触压力P₂，即上述公式(20)。

具体实施时，上述热采井以渤海油田南堡区块A井为例，以下详细描述上述热采井井口抬升距离确定方法。

该井作业基本参数如表1所示。

表1

图5为该口井注汽阶段前后油层套管轴向温度分布曲线。由于热采井井筒在较浅井段的轴向温度分布为近似线性分布，因此可直接采用套管平均温升进行井口抬升距离计算分析，即注汽前后油层套管的温度差。其中，地层温度根据地温梯度折算。经计算油层套管的平均温升约为50℃。

图6为井口抬升距离随套管平均温升的变化关系。由图6可知，随温升增加，井口抬升距离增加，且增长趋势逐渐加快，平均温度达到80℃时的井口抬升距离为64.26cm，因此，注汽作业中应适当控制温升，以防较大的温升导致井口损坏。

图7为注汽和焖井阶段界面接触压力变化趋势。注汽阶段井筒温度升高，界面接触压力随套管-水泥环热膨胀而增大；焖井阶段井筒温度降低，界面接触压力随套管径向回缩而降低，管柱在重力作用下回落。

井口活动段长度和井口抬升距离受水泥环摩擦阻力影响。单一的注采轮次内套管会发生抬升和回落，使接触面粗糙度降低，随轮次增多，单位长度水泥环摩擦阻力逐渐减小，导致抬升距离随轮次逐渐增大。本申请根据现场邻井数据反演得到水泥环摩阻降低系数λ_i的近似变化关系为：

根据现场实测，初始水泥环摩擦阻力f为1500N/m，初始水泥环摩阻降低系数λ₂为0.04。根据公式(20)计算及图8可以发现，在前7轮次水泥环摩擦阻力降低速率较快，后续轮次则降低速率较平缓。

渤海油田南堡区块A井平均温升约为50℃，采用本申请的热采井井口抬升距离确定方法预测注汽阶段各轮次井口抬升距离，预测结果与实测结果对比图如图9所示。从图9中可以看出，对于渤海油田平均温升50℃的热采井套管，分别计算了15周期内的井口抬升距离，最大抬升距离为15.28cm，计算结果与实测结果误差均小于5％，计算结果与实测结果吻合程度较高，具有较好的预测精度。需选用预留距离大于最大抬升距离的井口装置。

在本实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意的热采井井口抬升距离确定方法。

在本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述任意的热采井井口抬升距离确定方法的计算机程序。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种热采井井口抬升距离确定装置，如下面的实施例所述。由于热采井井口抬升距离确定装置解决问题的原理与热采井井口抬升距离确定方法相似，因此热采井井口抬升距离确定装置的实施可以参见热采井井口抬升距离确定方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图10是本发明实施例的热采井井口抬升距离确定装置的一种结构框图，如图10所示，该装置包括：

井段确定模块1001，用于针对全井固井的热采井，确定井口活动段，其中，所述井口活动段是指发生套管伸长的胶结失效的井段；

抬升距离确定模块1002，用于在所述井口活动段内，根据套管与水泥环之间的摩擦阻力，确定热采井井口的抬升距离。

在一个实施例中，抬升距离确定模块，包括：

轴向应变计算单元，用于以所述井口活动段的下端点为坐标系原点，沿着所述井口活动段的下端点向上的方向轴向坐标为正，计算所述井口活动段上任意位置处的轴向应变；

抬升距离确定单元，用于在所述井口活动段内，对所述轴向应变进行积分得到热采井井口的抬升距离。

在一个实施例中，所述轴向应变计算单元通过以下公式计算所述井口活动段上任意位置处的轴向应变：

ε_z＝α_pΔT-(L-z)f(E_pA)^-1

其中，ε_z为所述井口活动段上任意位置处的轴向应变值；L为所述井口活动段的长度；f为单位长度上水泥环对套管的摩擦阻力；E_p为所述套管的弹性模量；A为所述套管的横截面积；α_p为所述套管的热膨胀系数；ΔT为所述套管的平均温升；z为所述井口活动段上任意位置处的轴向坐标值；

所述抬升距离确定单元通过以下公式计算热采井井口的抬升距离：

其中，u_井口为热采井井口的抬升距离。

在一个实施例中，所述抬升距离确定模块，还用于通过以下公式实现在所述井口活动段内，根据水泥环的摩阻降低系数以及套管与水泥环之间的摩擦阻力，确定热采井多次注汽循环时井口的抬升距离：

其中，u_n井口为热采井n次注汽循环时井口的抬升距离；f为单位长度上水泥环对套管的摩擦阻力；E_p为所述套管的弹性模量；A为所述套管的横截面积；α_p为所述套管的热膨胀系数；ΔT为所述套管的平均温升；λ_i为热采井第i次注汽循环时水泥环的摩阻降低系数；n为热采井注汽循环的总次数。

在一个实施例中，当所述套管为油层套管时，所述摩擦阻力为油层套管与自身外侧的水泥环之间的摩擦阻力；当所述套管为中间套管或表层套管时，所述摩擦阻力为套管与自身内外侧的水泥环之间的摩擦阻力之和，所述装置还包括：

位移计算模块，用于针对每层界面，计算该层界面中套管由于承受的压力和温度产生的径向位移；计算该层界面中水泥环由于承受的压力和温度产生的径向位移；

压力计算模块，用于根据在该层界面中水泥环产生的径向位移等于套管产生的径向位移，计算得到该层界面中套管与水泥环的界面接触压力，其中，界面接触压力为套管与水泥环接触产生的压力；

摩擦阻力确定模块，用于将界面接触压力乘以套管与固井水泥石之间的摩擦系数，计算得到该层界面中套管与水泥环之间的摩擦阻力。

在一个实施例中，

所述压力计算模块还用于，由井眼中心向外，通过以下公式得到套管与水泥环之间每层界面的界面接触压力的表达式，热采井中所有界面接触压力的表达式组成方程组，求解该方程组，得到套管与水泥环之间每层界面的界面接触压力：

其中，p_i表示第i层界面的界面接触压力；p_mi表示第i层界面的内层材料的内壁所承受的压力；p_no表示第i层界面的外层材料的外壁所承受的压力；μ_m为内层材料的泊松比；r_mi为内层材料的内半径；r_mo为内层材料的外半径；E_m为内层材料的弹性模量；μ_n为外层材料的泊松比；r_ni为外层材料的内半径；r_no为外层材料的外半径；E_n为外层材料的弹性模量；α_m为内层材料的热膨胀系数；α_n为外层材料的热膨胀系数；ΔT_i为第i层界面中套管的平均温升；i≥1，i为正整数：m表示内层材料，该内层材料是指第i层界面中套管与水泥环中相对接近井眼中心的一种材料；n表示外层材料，该外层材料是指第i层界面中套管与水泥环中相对远离井眼中心的一种材料。

在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

本发明实施例实现了如下技术效果：针对全井固井的热采井，先确定出热采井的井口活动段，该井口活动段即发生套管伸长的胶结失效的井段，然后，在井口活动段内，根据套管与水泥环之间的摩擦阻力，确定热采井井口的抬升距离，使得实现了可以预测全井固井的热采井的井口抬升距离，对现场合理选择井口装置具有重要意义。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热采井井口抬升距离确定方法，其特征在于，包括：

针对全井固井的热采井，确定井口活动段，其中，所述井口活动段是指发生套管伸长的胶结失效的井段；

在所述井口活动段内，根据套管与水泥环之间的摩擦阻力，确定热采井井口的抬升距离，其中，在热采井中由井眼中心向外套管与水泥环之间的设置结构为：套管-水泥环-地层，当存在多层套管时，每层套管与每层水泥环相间设置，套管与水泥环之间的每层接触面称为界面，当所述套管为油层套管时，所述摩擦阻力为油层套管与自身外侧的水泥环之间的摩擦阻力；当所述套管为中间套管或表层套管时，所述摩擦阻力为套管与自身内外侧的水泥环之间的摩擦阻力之和；

由井眼中心向外，通过以下公式得到套管与水泥环之间每层界面的界面接触压力的表达式，热采井中所有界面接触压力的表达式组成方程组，求解该方程组，得到套管与水泥环之间每层界面的界面接触压力：

其中，p_i表示第i层界面的界面接触压力；p_mi表示第i层界面的内层材料的内壁所承受的压力；p_no表示第i层界面的外层材料的外壁所承受的压力；μ_m为内层材料的泊松比；r_mi为内层材料的内半径；r_mo为内层材料的外半径；E_m为内层材料的弹性模量；μ_n为外层材料的泊松比；r_ni为外层材料的内半径；r_no为外层材料的外半径；E_n为外层材料的弹性模量；α_m为内层材料的热膨胀系数；α_n为外层材料的热膨胀系数；ΔT_i为第i层界面中套管的平均温升；i≥1，i为正整数：m表示内层材料，该内层材料是指第i层界面中套管与水泥环中相对接近井眼中心的一种材料；n表示外层材料，该外层材料是指第i层界面中套管与水泥环中相对远离井眼中心的一种材料；

通过以下公式计算所述井口活动段上任意位置处的轴向应变：

ε_z＝α_pΔT-(L-z)f(E_pA)^-1

其中，ε_z为所述井口活动段上任意位置处的轴向应变值；L为所述井口活动段的长度；f为单位长度上水泥环对套管的摩擦阻力；E_p为所述套管的弹性模量；A为所述套管的横截面积；α_p为所述套管的热膨胀系数；ΔT为所述套管的平均温升；z为所述井口活动段上任意位置处的轴向坐标值；

通过以下公式计算热采井井口的抬升距离：

其中，u_井口为热采井井口的抬升距离。

2.如权利要求1所述的热采井井口抬升距离确定方法，其特征在于，在所述井口活动段内，根据套管与水泥环之间的摩擦阻力，确定热采井井口的抬升距离，包括：

以所述井口活动段的下端点为坐标系原点，沿着所述井口活动段的下端点向上的方向轴向坐标为正，计算所述井口活动段上任意位置处的轴向应变；

在所述井口活动段内，对所述轴向应变进行积分得到热采井井口的抬升距离。

3.如权利要求1至2中任一项所述的热采井井口抬升距离确定方法，其特征在于，还包括：

通过以下公式实现在所述井口活动段内，根据水泥环的摩阻降低系数以及套管与水泥环之间的摩擦阻力，确定热采井多次注汽循环时井口的抬升距离：

其中，u_n井口为热采井n次注汽循环时井口的抬升距离；f为单位长度上水泥环对套管的摩擦阻力；E_p为所述套管的弹性模量；A为所述套管的横截面积；α_p为所述套管的热膨胀系数；ΔT为所述套管的平均温升；λ_i为热采井第i次注汽循环时水泥环的摩阻降低系数；n为热采井注汽循环的总次数。

4.如权利要求1至2中任一项所述的热采井井口抬升距离确定方法，其特征在于，还包括：通过以下步骤计算套管与水泥环之间每层界面的摩擦阻力：

针对每层界面，计算该层界面中套管由于承受的压力和温度产生的径向位移；

计算该层界面中水泥环由于承受的压力和温度产生的径向位移；

根据在该层界面中水泥环产生的径向位移等于套管产生的径向位移，计算得到该层界面中套管与水泥环的界面接触压力，其中，界面接触压力为套管与水泥环接触产生的压力；

将界面接触压力乘以套管与固井水泥石之间的摩擦系数，计算得到该层界面中套管与水泥环之间的摩擦阻力。

5.一种热采井井口抬升距离确定装置，其特征在于，包括：

井段确定模块，用于针对全井固井的热采井，确定井口活动段，其中，所述井口活动段是指发生套管伸长的胶结失效的井段；

抬升距离确定模块，用于在所述井口活动段内，根据套管与水泥环之间的摩擦阻力，确定热采井井口的抬升距离，其中，在热采井中由井眼中心向外套管与水泥环之间的设置结构为：套管-水泥环-地层，当存在多层套管时，每层套管与每层水泥环相间设置，套管与水泥环之间的每层接触面称为界面，当所述套管为油层套管时，所述摩擦阻力为油层套管与自身外侧的水泥环之间的摩擦阻力；当所述套管为中间套管或表层套管时，所述摩擦阻力为套管与自身内外侧的水泥环之间的摩擦阻力之和；

还包括：

压力计算模块，用于由井眼中心向外，通过以下公式得到套管与水泥环之间每层界面的界面接触压力的表达式，热采井中所有界面接触压力的表达式组成方程组，求解该方程组，得到套管与水泥环之间每层界面的界面接触压力：

其中，p_i表示第i层界面的界面接触压力；p_mi表示第i层界面的内层材料的内壁所承受的压力；p_no表示第i层界面的外层材料的外壁所承受的压力；μ_m为内层材料的泊松比；r_mi为内层材料的内半径；r_mo为内层材料的外半径；E_m为内层材料的弹性模量；μ_n为外层材料的泊松比；r_ni为外层材料的内半径；r_no为外层材料的外半径；E_n为外层材料的弹性模量；α_m为内层材料的热膨胀系数；α_n为外层材料的热膨胀系数；ΔT_i为第i层界面中套管的平均温升；i≥1，i为正整数：m表示内层材料，该内层材料是指第i层界面中套管与水泥环中相对接近井眼中心的一种材料；n表示外层材料，该外层材料是指第i层界面中套管与水泥环中相对远离井眼中心的一种材料；

所述抬升距离确定模块，包括：

所述轴向应变计算单元，通过以下公式计算所述井口活动段上任意位置处的轴向应变：

ε_z＝α_pΔT-(L-z)f(E_pA)^-1

其中，ε_z为所述井口活动段上任意位置处的轴向应变值；L为所述井口活动段的长度；f为单位长度上水泥环对套管的摩擦阻力；E_p为所述套管的弹性模量；A为所述套管的横截面积；α_p为所述套管的热膨胀系数；ΔT为所述套管的平均温升；z为所述井口活动段上任意位置处的轴向坐标值；

所述抬升距离确定单元，通过以下公式计算热采井井口的抬升距离：

其中，u_井口为热采井井口的抬升距离。

6.如权利要求5所述的热采井井口抬升距离确定装置，其特征在于，

所述轴向应变计算单元，用于以所述井口活动段的下端点为坐标系原点，沿着所述井口活动段的下端点向上的方向轴向坐标为正，计算所述井口活动段上任意位置处的轴向应变；

所述抬升距离确定单元，用于在所述井口活动段内，对所述轴向应变进行积分得到热采井井口的抬升距离。

7.如权利要求5至6中任一项所述的热采井井口抬升距离确定装置，其特征在于，所述抬升距离确定模块，还用于通过以下公式实现在所述井口活动段内，根据水泥环的摩阻降低系数以及套管与水泥环之间的摩擦阻力，确定热采井多次注汽循环时井口的抬升距离：

其中，u_n井口为热采井n次注汽循环时井口的抬升距离；f为单位长度上水泥环对套管的摩擦阻力；E_p为所述套管的弹性模量；A为所述套管的横截面积；α_p为所述套管的热膨胀系数；ΔT为所述套管的平均温升；λ_i为热采井第i次注汽循环时水泥环的摩阻降低系数；n为热采井注汽循环的总次数。

8.如权利要求5至6中任一项所述的热采井井口抬升距离确定装置，其特征在于，所述装置还包括：

位移计算模块，用于针对每层界面，计算该层界面中套管由于承受的压力和温度产生的径向位移；计算该层界面中水泥环由于承受的压力和温度产生的径向位移；

压力计算模块，用于根据在该层界面中水泥环产生的径向位移等于套管产生的径向位移，计算得到该层界面中套管与水泥环的界面接触压力，其中，界面接触压力为套管与水泥环接触产生的压力；

摩擦阻力确定模块，用于将界面接触压力乘以套管与固井水泥石之间的摩擦系数，计算得到该层界面中套管与水泥环之间的摩擦阻力。

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4中任一项所述的热采井井口抬升距离确定方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至4中任一项所述的热采井井口抬升距离确定方法的计算机程序。

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