CN111287724B - 一种防止封隔器失效的酸化作业安全控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止封隔器失效的酸化作业安全控制方法，根据酸化作业工况参数，可逐步计算获得封隔器处拉伸载荷和油管柱最大压缩载荷，并判断其载荷是否超出标准允许范围，确定出管柱可承受的安全载荷，绘制出不同油压下安全作业图版，进一步给出安全作业温度和可施加的套压范围，扩大压力控制窗口，并划分出作业危险区、警告区和安全区，有效防止油管柱和封隔器密封失效，提高酸化作业效果。

Description

一种防止封隔器失效的酸化作业安全控制方法

技术领域

本发明属于采油工程技术领域，具体涉及一种防止封隔器失效的酸化作业安全控制方法。

背景技术

在复杂气井油管酸化压裂过程中，均是考虑油管柱的抗内压承载能力进行酸化作业设计，在压力和温度等影响下油管柱产生拉伸载荷，若拉伸载荷过大极易导致封隔器失效，如西部气田H23、H3井酸化压裂过程中因拉伸载荷过大导致销钉断裂，进而出现封隔器插管密封失效。

目前，降低酸化压力(油压)是主要途径之一，但压力降低会严重影响酸化效果。为保障酸化效果，进一步提出油套环空带压酸化作业，即在油套管环空施加一定的压力(套压)，降低管柱在酸化作业过程中产生的拉伸载荷，防止封隔器拉伸失效。但油套环空压力变化易导致油管柱压缩载荷增加，进一步造成油管柱泄漏，主要是因油管柱采用的各种气密封螺纹接头耐压缩性能(压缩效率)参差不齐，压缩效率从30％～100％。因此，为保障酸化作业效果，必须综合油压、套压、温度等综合影响，确保酸化作业后管柱在长期生产中仍具有较好的结构完整性和密封完整性。

现有技术存在的主要问题：以油管柱抗内压强度设计酸化压力，以API RP 90标准为主计算环空压力，未考虑封隔器抗拉能力和管柱接头密封能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种防止封隔器失效的酸化作业安全控制方法，综合考虑酸化压力(油压)、酸化液温度(温度)、油套环空压力(套压)等环境因素以及封隔器抗拉能力和管柱接头抗压缩承载能力，给出绘制油压、温度、套压和封隔器承载能力之间安全关系图版的技术方法，解决封隔器拉伸密封失效问题。

本发明采用以下技术方案：

一种防止封隔器失效的酸化作业安全控制方法，包括以下步骤：

S1、计算任意井深L油管柱下入、坐封产生的轴向载荷Fe，以及封隔器坐封深度Lp处封隔器所受轴向载荷Fp；

S2、已知酸化作业过程中油压Pi、流量Q、温度T、套压Po以及油管外径D和壁厚t，依据管柱力学理论，计算获得封隔器处拉伸载荷Tp和油管柱最大压缩载荷Tcmax；

S3、根据油管气密封螺纹接头压缩效率、接头压缩屈服强度、接头抗压缩安全系数调整套压Po；

S4、由封隔器产品手册查阅获得封隔器额定抗拉强度Tpe，同时选择封隔器抗拉安全系数Sp，然后进行判断；

S5、在给定温度T或套压Po下，重复步骤S2、S3、S4，绘制不同油压下安全作业图版；

S6、改变温度T或套压Po，重复步骤S5，获得不同温度、不同套压作用下不同油压的酸化安全作业图版，扩大酸化作业参数选择范围，实现酸化作业安全控制方法。

具体的，步骤S2中，封隔器处拉伸载荷Tp和油管柱最大压缩载荷Tcmax为：

Tp＝f(D，t，Q，T，Pi，Po，Lp)+Fp

Tcmax＝f(D，t，Q，T，Pi，Po，L)+Fe

具体的，步骤S3中，当不满足以下条件，则调整套压Po，具体为：

Tcmax/Tc≤δ/S

其中，δ为油管气密封螺纹接头压缩效率，Tc为接头压缩屈服强度，S为接头抗压缩安全系数。

具体的，步骤S4中，若Tp＞Tpe，则酸化作业处于危险区，封隔器发生失效；若Tpe/Sp＜Tp≤Tpe，则酸化作业处于警告区；若Tp≤Tpe/Sp，则酸化作业处于安全区。

具体的，步骤S5中，以油压Pi为横坐标、封隔器处拉伸载荷Tp为纵坐标，给定温度T且套压Po取值，获取Pi与Tp之间关系曲线，同时画出Tp＝Tpe和Tp＝Tpe/Sp两条直线，划分出危险区、警告区和安全区，最终绘制出不同油压下安全作业图版。

具体的，步骤S6中，选择套压施加区间为[Pomin，Pomax]，当低于Pomin或高于Pomax时，判断为管柱密封失效。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种防止封隔器失效的酸化作业安全控制方法，根据酸化作业工况参数，可逐步计算获得封隔器处拉伸载荷Tp和油管柱最大压缩载荷Tcmax，并判断其载荷是否超出标准允许范围，进一步给出安全作业温度和可施加的套压(油套环空压力)范围，最终确定安全酸化作业图版，防止封隔器密封失效或断裂失效。

进一步的，步骤S2可计算获取封隔器处拉伸载荷Tp和油管柱最大压缩载荷Tcmax。

进一步的，步骤S3可确定油管柱最大压缩载荷Tcmax不超过标准允许值，防止油管柱接头密封失效。

进一步的，步骤S4可确定封隔器处拉伸载荷Tp不超过封隔器额定抗拉强度Tpe，防止封隔器密封失效或断裂失效。

进一步的，步骤S5绘制出不同油压下安全作业图版，进一步确定酸化作业的安全作业温度，以及可控制的套压施加区间，扩大压力控制窗口，提高酸化作业效果。

综上所述，本发明在保障管柱结构和密封完整性的基础上，确定出管柱可承受的安全载荷，绘制出不同油压下安全作业图版，进一步给出油气井酸化作业的安全作业温度和可施加安全套压(油套环空压力)范围，有效防止油管柱和封隔器密封失效，提高酸化作业效果。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为酸化作业安全控制流程图；

图2为酸化液温度T和套压Po下不同油压安全变化曲线；

图3为酸化液温度20℃下油压与套压安全配比关系图；

图4为酸化液温度0℃下油压与套压安全配比关系图。

具体实施方式

本发明提供了一种防止封隔器失效的酸化作业安全控制方法，用于复杂气井(三高气井、储气库井等)的酸化作业过程中油压、温度、套压等作业参数的安全控制，提高酸化作业效果，并防止封隔器失效。

请参阅图1，本发明一种防止封隔器失效的酸化作业安全控制方法，包括以下步骤：

S1、依据SY/T 7370标准中公式(51)计算任意井深L油管柱下入、坐封产生的轴向载荷Fe，依据SY/T 7370标准中公式(60)计算封隔器坐封深度Lp处封隔器所受轴向载荷Fp；

S2、已知酸化作业过程中油压Pi、流量Q、温度T、套压Po以及油管外径D和壁厚t，依据管柱力学理论，可计算获得封隔器处拉伸载荷Tp和油管柱最大压缩载荷Tcmax；

Tp＝f(D，t，Q，T，Pi，Po，Lp)+Fp (1)

Tcmax＝f(D，t，Q，T，Pi，Po，L)+Fe (2)

S3、依据SY/T 7370标准，判断如下：

Tcmax/Tc≤δ/S (3)

若不满足公式(3)，则调整套压Po，直至满足公式(3)要求。

公式(3)中δ、T_c、S为SY/T 7370标准规定的油管气密封螺纹接头压缩效率、接头压缩屈服强度、接头抗压缩安全系数；

S4、由封隔器产品手册查阅获得封隔器额定抗拉强度Tpe，同时选择封隔器抗拉安全系数Sp(一般Sp≥1.30)，然后进行以下判断：

若Tp＞Tpe，则酸化作业处于危险区，封隔器发生失效；

若Tpe/Sp＜Tp≤Tpe，则酸化作业处于警告区，封隔器有发生失效的可能；

若Tp≤Tpe/Sp，则酸化作业处于安全区，封隔器安全；

S5、在给定温度T或套压Po下，重复步骤S2、S3、S4，可绘制不同油压下安全作业图版；

请参阅图2，以油压Pi为横坐标、封隔器处拉伸载荷Tp为纵坐标，给定温度T且套压Po取值，获取Pi与Tp之间关系曲线，同时画出Tp＝Tpe和Tp＝Tpe/Sp两条直线，划分出危险区、警告区和安全区，最终绘制出不同油压下安全作业图版。

S6、改变温度T或套压Po，重复步骤S5，可获得不同温度、不同套压作用下不同油压的酸化安全作业图版，扩大酸化作业参数选择范围。

在油压Pi1和温度T1时，选择套压施加区间为[Pomin，Pomax]，低于Pomin时封隔器处拉伸载荷Tp过大，或高于Pomax时油管柱最大压缩载荷Tcmax过大，均易产生管柱密封失效。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

1)已知某气井工况，依据SY/T 7370标准计算出轴向载荷Fe和Fp。

2)已知某气井预酸化作业参数油压Pi、温度T、套压Po，查阅封隔器产品手册获得封隔器额定抗拉强度Tpe。

3)据公式(1)计算出封隔器处拉伸载荷Tp。

4)据公式(2)计算出油管柱最大压缩载荷Tcmax。

5)若满足公式(3)，则进行第6)步；否则，调整套压Po，重新进行第3)和第4)步计算。

6)若Tp＞Tpe，则酸化作业处于危险区，作业参数绘入危险区。

7)若Tpe/Sp＜Tp≤Tpe，则酸化作业处于警告区，作业参数绘入警告区；

8)若Tp≤Tpe/Sp，则酸化作业处于安全区，作业参数绘入安全区。

9)改变酸化作业参数油压Pi或温度T或套压Po，重新进行第3)至第8)计算，最终绘制出酸化作业中油压、温度、套压等参数安全控制关系图。

2018年6月起，针对西部某气田区块酸化作业需求，考虑Φ114.3mm×7.37mm P110接头压缩效率和7in MHR封隔器抗拉强度468kN，利用本发明计算了气井酸化作业参数安全控制关系图(油压、温度、套压等参数，如图3和图4所示)，获得酸化液温度不低于20℃、环空压力(套压)[15～20MPa]、油压[25～38MPa]区间范围内等可实现安全酸化作业，封隔器不会出现拉伸失效，等即扩大酸化作业参数安全控制窗口，又保障了管柱结构完整性和密封完整性。

综上所述，本发明适用于各类复杂气井中酸化作业参数安全控制。中国石油集团正在大力投资建设各类复杂气井，一口井的建设都在上千万元，甚至上亿元。为了增产，气井一般均要进行酸化作业，若酸化作业参数选择不合适，极易导致封隔器失效，随之带来修井作业，产生巨大的成本损失。而采用本发明设计的方法，即可以保障酸化作业效果，又进一步增强了酸化作业参数安全选择范围，将极大程度避免管柱结构和密封失效风险。因此，本发明将产生良好的经济效益，具有广阔的应用前景。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种防止封隔器失效的酸化作业安全控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、计算任意井深L油管柱下入、坐封产生的轴向载荷Fe，以及封隔器坐封深度Lp处封隔器所受轴向载荷Fp；

S2、已知酸化作业过程中油压Pi、流量Q、温度T、套压Po以及油管外径D和壁厚t，依据管柱力学理论，计算获得封隔器处拉伸载荷Tp和油管柱最大压缩载荷Tcmax；

S3、根据油管气密封螺纹接头压缩效率、接头压缩屈服强度、接头抗压缩安全系数调整套压Po；

S4、由封隔器产品手册查阅获得封隔器额定抗拉强度Tpe，同时选择封隔器抗拉安全系数Sp，然后判断封隔器额定抗拉强度Tpe和封隔器处拉伸载荷Tp之间的关系，若Tp＞Tpe，则酸化作业处于危险区，封隔器发生失效；若Tpe/Sp＜Tp≤Tpe，则酸化作业处于警告区；若Tp≤Tpe/Sp，则酸化作业处于安全区；

S5、在给定温度T或套压Po下，重复步骤S2、S3、S4，以油压Pi为横坐标、封隔器处拉伸载荷Tp为纵坐标，给定温度T且套压Po取值，获取Pi与Tp之间关系曲线，同时画出Tp＝Tpe和Tp＝Tpe/Sp两条直线，划分出危险区、警告区和安全区，绘制不同油压下安全作业图版；

S6、改变温度T或套压Po，重复步骤S5，获得不同温度、不同套压作用下不同油压的酸化安全作业图版，扩大酸化作业参数选择范围，实现酸化作业安全控制方法，选择套压施加区间为[Pomin，Pomax]，当低于Pomin或高于Pomax时，判断为管柱密封失效。

2.根据权利要求1所述的防止封隔器失效的酸化作业安全控制方法，其特征在于，步骤S2中，封隔器处拉伸载荷Tp和油管柱最大压缩载荷Tcmax为：

Tp＝f(D，t，Q，T，Pi，Po，Lp)+Fp

Tcmax＝f(D，t，Q，T，Pi，Po，L)+Fe。

3.根据权利要求1所述的防止封隔器失效的酸化作业安全控制方法，其特征在于，步骤S3中，当不满足以下条件，则调整套压Po，具体为：

Tcmax/Tc≤δ/S

其中，δ为油管气密封螺纹接头压缩效率，Tc为接头压缩屈服强度，S为接头抗压缩安全系数。

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