CN114199479B - 一种生产套管泄漏率的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明特别涉及一种生产套管泄漏率的测试方法，属于密封性检测技术领域，借助辅助管和压力温度测试设备，测试过程操作简单，仅需要观测井口压力，后对气体泄漏情况的定量化计算，该计算能够得到气体理论的支持，具备较好的可靠性，同时具备良好的适用性和实用性。
Description
技术领域
本发明属于密封性检测技术领域，特别涉及一种生产套管泄漏率的测试方法。
背景技术
盐穴地下储气库是一种大规模储存天然气的设施，因具有储存体量大、注采灵活的特点，能极大地满足调峰保供与战略储备需求，因而受到世界各国的青睐，成为一种主流的储气设施选择。
盐穴地下储气库可以安全运行的条件之一是保证密封性，除去腔体本身的密封性之外，连接腔体与地面的井筒的密封性也是需要着重考虑的部分，目前还没有针对井筒的密封性的测试方法。
发明内容
本申请的目的在于提供一种生产套管泄漏率的测试方法，以填补目前针对井筒的密封性的测试方法的空白。
本发明实施例提供了一种生产套管泄漏率的测试方法，所述方法包括：
得到辅助管；
将所述辅助管置于生产套管中，后使所述生产套管处于待测状态，得到待测套管；
测试所述待测套管内多个第一预设位置的第一压力值；
根据多个第一预设位置的深度、对应的多个第一预设位置和所述待测套管管口处的压力差值，得到深度与压力差值/>的关系/>；
测试所述辅助管内多个第二预设位置的第二压力值；
根据多个第二预设位置的深度和对应的多个第二预设位置的第二压力值，得到卤水深度与压力的关系，
测试所述待测套管内多个第三预设位置的第三压力值；
根据多个第三预设位置的深度和对应的多个第三预设位置的温度值，得到深度与温度的关系/>；
根据所述卤水深度与压力的关系，得到卤水重度/>；
根据预设时间的起始和和终止两个时间对应的所述待测套管管口处压力P、、/>和压力平衡关系，得到液面上升的距离/>；
根据P、、所述待测套管和所述辅助管之间的环空面积/>、/>、预设条件下的气体压缩因子/>、预设时间结束时的卤水温度/>、标准状况下的压力/>，标准状况下的温度/>、标准状况下的气体压缩因子/>，得到预设时间/>内的泄漏量/>；
根据泄漏量和预设时间/>，得到泄漏率/>。
在一些实施方式中，所述卤水重度为/>对/>的一阶导数，具体的，卤水重度/>的计算公式为：/>。
在一些实施方式中，所述生产套管为单井单腔的套管时，所述压力平衡关系的公式为：
其中，为待测套管管口处压力；/>是深度/>处的气压增量；/>为气液界面与地面的间距；/>为深度为/>处的卤水重度。
在一些实施方式中，所述生产套管为双井单腔的套管时，所述压力平衡关系的公式为：
其中，为待测套管管口处压力，/>为深度/>处气压增量，/>为卤水井井口的液体压力，/>为深度/>处的卤水重度，/>为气液界面深度。
在一些实施方式中，所述根据预设时间起始和和终止两个时间对应的所述待测套管管口处压力P、/>、/>和压力平衡关系，得到液面上升的距离/>，具体包括：
根据预设时间的起始时间对应的所述待测套管管口处压力P、/>、/>和压力平衡关系，得到预设时间/>的起始时间对应液面高度/>；
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根据预设时间的起始时间对应液面高度/>和预设时间/>的终止时间对应液面高度/>，得到/>。
在一些实施方式中，所述根据预设时间的起始时间对应液面高度/>和预设时间的终止时间对应液面高度/>，得到/>中，/>的计算公式为：/>。
在一些实施方式中，所述根据P、、所述待测套管和所述辅助管之间的环空面积/>、/>、预设条件下的气体压缩因子/>、预设时间结束时的卤水温度/>、标准状况下的压力/>，标准状况下的温度/>、标准状况下的气体压缩因子/>，得到预设时间/>内的泄漏量/>中，/>的计算公式为：/>。
在一些实施方式中，所述根据泄漏量和预设时间/>，得到泄露率/>中，/>的计算公式为：/>。
在一些实施方式中，所述待测状态包括：气液界面在生产套管的套管鞋位置的下方。
在一些实施方式中，所述辅助管内的卤水液面始终位于地平面。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的生产套管泄漏率的测试方法，所述方法包括：得到辅助管；将所述辅助管置于生产套管中，后使所述生产套管处于待测状态，得到待测套管；测试所述待测套管内多个第一预设位置的第一压力值；根据多个第一预设位置的深度、对应的多个第一预设位置和所述待测套管管口处的压力差值，得到深度与压力差值/>的关系/>；测试所述辅助管内多个第二预设位置的第二压力值；根据多个第二预设位置的深度和对应的多个第二预设位置的第二压力值，得到卤水深度与压力的关系/>，测试所述待测套管内多个第三预设位置的第三压力值；根据多个第三预设位置的深度和对应的多个第三预设位置的温度值，得到深度/>与温度的关系/>；根据所述卤水深度与压力的关系/>，得到卤水重度/>；根据预设时间/>的起始和和终止两个时间对应的所述待测套管管口处压力P、/>、/>和压力平衡关系，得到液面上升的距离/>；根据P、/>、所述待测套管和所述辅助管之间的环空面积/>、/>、预设条件下的气体压缩因子/>、预设时间结束时的卤水温度/>、标准状况下的压力/>，标准状况下的温度/>、标准状况下的气体压缩因子/>，得到预设时间/>内的泄漏量/>；根据泄漏量/>和预设时间/>，得到泄露率/>；该测试方法能够得到充分的气体理论支持，具备较高的可靠性，且测试方法简单，填补了针对井筒的密封性的测试方法的空白。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的单井单腔的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的双井单腔的结构示意图；
附图标记：1-辅助管，2-生产套管，3-气体。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种生产套管泄漏率的测试方法，所述方法包括：
S1.得到辅助管；
S2.将所述辅助管置于生产套管中，后使所述生产套管处于待测状态，得到待测套管；
在一些实施方式中，所述待测状态包括：气液界面在生产套管的套管鞋位置的下方。在具体实施时，为方便操作，气液界面位置可以直接下推至腔体与生产套管交界处，是否到达这一位置可以结合注气口压力的变化来判断。当气液界面由管柱进入腔体内时，因气液界面横向尺寸突然扩大，注气口的压力增长速率将明显放缓，只需记录注气口压力-时间变化曲线即可辨别。
S3.测试所述待测套管内多个第一预设位置的第一压力值；
S4.根据多个第一预设位置的深度、对应的多个第一预设位置和所述待测套管管口处的压力差值，得到深度与压力差值/>的关系/>；
S5.测试所述辅助管内多个第二预设位置的第二压力值；
S6.根据多个第二预设位置的深度和对应的多个第二预设位置的第二压力值，得到卤水深度与压力的关系，
S7.测试所述待测套管内多个第三预设位置的第三压力值；
S8.根据多个第三预设位置的深度和对应的多个第三预设位置的温度值，得到深度与温度的关系/>；
S9.根据所述卤水深度与压力的关系，得到卤水重度/>；
在一些实施方式中，所述卤水重度为/>对/>的一阶导数，具体的，卤水重度/>的计算公式为：/>。
S10.根据预设时间的起始和和终止两个时间对应的所述待测套管管口处压力P、/>、/>和压力平衡关系，得到液面上升的距离/>；
在一些实施方式中，所述根据预设时间起始和和终止两个时间对应的所述待测套管管口处压力P、/>、/>和压力平衡关系，得到液面上升的距离/>，具体包括：
根据预设时间的起始时间对应的所述待测套管管口处压力P、/>、/>和压力平衡关系，得到预设时间/>的起始时间对应液面高度/>；
根据预设时间的终止时间对应的所述待测套管管口处压力P、/>、/>和压力平衡关系，得到预设时间/>的终止时间对应液面高度/>；
根据预设时间的起始时间对应液面高度/>和预设时间/>的终止时间对应液面高度/>，得到/>。
具体的，所述根据预设时间的起始时间对应液面高度/>和预设时间/>的终止时间对应液面高度/>，得到/>中，/>的计算公式为：/>。
在一些实施方式中，所述生产套管为单井单腔的套管时，所述压力平衡关系的公式为：
其中，为待测套管管口处压力；/>是深度/>处的气压增量；/>为气液界面与地面的间距；/>为深度为/>处的卤水重度。
在一些实施方式中，所述生产套管为双井单腔的套管时，所述压力平衡关系的公式为：
其中，为待测套管管口处压力，/>为深度/>处气压增量，/>为卤水井井口的液体压力，/>为深度/>处的卤水重度，/>为气液界面深度。
S11.根据P、、所述待测套管和所述辅助管之间的环空面积/>、/>、预设条件下的气体压缩因子/>、预设时间结束时的卤水温度/>、标准状况下的压力/>，标准状况下的温度/>、标准状况下的气体压缩因子/>，得到预设时间/>内的泄漏量/>；
在一些实施方式中，所述根据P、、所述待测套管和所述辅助管之间的环空面积/>、/>、预设条件下的气体压缩因子/>、预设时间结束时的卤水温度/>、标准状况下的压力/>，标准状况下的温度/>、标准状况下的气体压缩因子/>，得到预设时间/>内的泄漏量/>中，/>的计算公式为：/>。
S12.根据泄漏量和预设时间/>，得到泄露率/>。
在一些实施方式中，所述根据泄漏量和预设时间/>，得到泄露率/>中，/>的计算公式为：/>。
在整个测试过程中，辅助管内的卤水液面始终位于地平面；当液面下降时，可以通过缓慢的像其中注入等密度卤水，使液面重新恢复到地面位置。
下面将结合实施例对本申请的生产套管泄漏率的测试方法进行详细说明。
实施例1
本实施例提供了对单井单腔生产套管密封性测试的方法，如图2所示，方法包括：
①完成辅助管的下放及固定；辅助管管口即为出卤口，生产套管与辅助管之间的环空为注气口；
在测试开始前，应保证气液界面已达到生产套管鞋位置以下。为方便操作，气液界面位置可以直接下推至腔体与生产套管交界处，是否到达这一位置可以结合注气口压力的变化来判断。当气液界面由管柱进入腔体内时，因气液界面横向尺寸突然扩大，注气口的压力增长速率将明显放缓，只需记录注气口压力-时间变化曲线即可辨别。因腔体内部同时含有气体与液体，因而在生产套管与辅助管的环空内，同时包含气液两相。
②打开排卤口，通过注气口向井内注入气体，直至注气口的高精度压力表压力增长速率明显放缓(因管柱的横向尺寸明显小于腔体横向尺寸，在注气过程中，气液界面到达该腔体部分之后，将出现井口压力增速明显放缓的情况)；
③下入测井仪器；
环空内气液界面处的压力值与井口压力值相比，存在一个增量。为确定这一增量，在辨别气液界面到达裸眼段与腔体交界处后，应等待压力稳定，从井口下入测试设备，测量环空内不同深度处的压力值，得到深度/>与压力增量/>的关系/>，同时测量辅助管内的不同深度处的压力值，可以得到卤水不同深度与压力的关系/>。同时也可以同时利用测井仪器确定气体中不同深度处的温度/>。进一步地，将该关系对/>求一阶导数，即可得到卤水重度：/>。
处于测试状态时，液面位于腔体与管柱的交界位置，出卤口打开，保持大气压状态，注气口关闭，并使用高精度压力表持续监测，在监测过程中，应保持辅助管内的卤水液面始终位于地面位置。当液面下降时，可以通过缓慢的像其中注入等密度卤水，使液面重新恢复到地面位置。
根据连通器原理可以知道，气液界面处的气压等于该界面位置以上的辅助管内的液柱压力，则包含环空井口压力的等量关系可以表示为：；式中，/>为环空井口压力；/>是深度/>处的气压增量；/>为气液界面与地面的间距；/>为深度为/>处的卤水重度。
当生产套管上有泄漏情况存在时，气液界面将上升，此时气液界面的高度可以通过上述等量关系计算获得。
④按照前文所述的单井单腔测试原理，取适当观测间隔，计算泄漏量以及泄漏率，测试过程中，可通过不断向生产套管与辅助管环空中注入同密度卤水的方式保持卤水液面位于地面。具体的：
真实气体状态方程满足PV=nRTZ；式中，为气体压力；/>为气体体积就；/>为气体的摩尔量；/>为气体常数；/>为气体温度,Z为气体压缩因子。
根据等量关系计算的气液界面位置可以得到液面的上升距离：；式中，、/>为前后计算两次所得的气液界面位置。
气体在某一事件段内的泄漏量可以通过下式计算：；式中，/>是通过等量关系计算得到的气液界面位置；/>为生产套管与辅助管之间的环空面积；/>为气液界面上升距离；/>为压力与温度分别为/>与/>时的气体压缩因子；/>为标准状况下的压力；/>为标准状况下的温度；/>为标准状况下的气体压缩因子。
泄漏率可以通过下式计算：；式中，/>为气体泄漏率；/>为/>、/>所对应的时间间隔。
⑤ 绘制泄漏率随时间变化曲线，对比相应限制标准，判断生产套管密封性是否符合要求。
实施例2
本实施例提供了对双井单腔生产套管密封性测试的方法，如图3所示，方法包括：
①完成辅助管的下放及固定；辅助管管口即为出卤口，生产套管与辅助管之间的环空为注气口；
在测试开始前，应保证气液界面已达到生产套管鞋位置以下。为方便操作，气液界面位置可以直接下推至腔体与生产套管交界处，是否到达这一位置可以结合注气口压力的变化来判断。当气液界面由管柱进入腔体内时，因气液界面横向尺寸突然扩大，注气口的压力增长速率将明显放缓，只需记录注气口压力-时间变化曲线即可辨别。因腔体内部同时含有气体与液体，因而在生产套管与辅助管的环空内，同时包含气液两相。
②打开排卤口，通过注气口向井内注入气体，直至注气口的高精度压力表压力增长速率明显放缓；
③下入测井仪器；
环空内气液界面处的压力值与井口压力值相比，存在一个增量。为确定这一增量，在辨别气液界面到达裸眼段与腔体交界处后，应等待压力稳定，从井口下入测试设备，测量环空内不同深度处的压力值，得到深度/>与压力增量/>的关系/>，同时测量辅助管内的不同深度处的压力值，可以得到卤水不同深度与压力的关系/>。同时也可以同时利用测井仪器确定气体中不同深度处的温度/>。进一步地，将该关系对/>求一阶导数，即可得到卤水重度：/>。
处于测试状态时，液面位于腔体与管柱的交界位置，出卤口打开，保持大气压状态，注气口关闭，并使用高精度压力表持续监测，在监测过程中，应保持辅助管内的卤水液面始终位于地面位置。当液面下降时，可以通过缓慢的像其中注入等密度卤水，使液面重新恢复到地面位置。
测试井的气液界面处的压力平衡关系可以用式（6）表示：；式中，/>为测试井井口的气体压力，/>为深度/>处气压增量，/>为卤水井井口的液体压力，/>为深度/>处的卤水重度，/>为气液界面深度，其中，/>与/>的获取方式与单井单腔的情况相同。因此，在测试过程中可以依靠两个井口的压力数据确定测试井的气液界面位置。测试过程中，需首先进行水密封试验以证明卤水井的井筒对卤水具备良好的密封效果。
④按照前文所述的双井单腔测试原理，取适当观测间隔，计算泄漏量以及泄漏率。
根据真实气体状态方程可以计算井筒内气体随测试时长的泄漏量以及泄漏率。
气体泄漏量：；式中，/>是通过式（6）计算得到的气液界面位置；/>为生产套管内圆形面积；/>为气液界面上升距离；/>为压力与温度分别为/>与/>时的气体压缩因子；/>为标准状况下的压力；/>为标准状况下的温度；/>为标准状况下的气体压缩因子。
气体泄漏率：；式中，/>为气体泄漏率；/>为/>所对应的时间间隔。
⑤绘制泄漏率随时间变化曲线，对比相应限制标准，判断生产套管密封性是否符合要求。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
（1）本发明实施例提供的生产套管密封性测试方法由相关气体理论导出，在原理方面具备可靠性。另外，该方法所述的测试过程操作简单，气体泄漏情况的定量化计算仅需要观测井口压力，对与现场情况具有良好的适用性及实用性。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种生产套管泄漏率的测试方法，其特征在于，所述方法包括：
得到辅助管；
将所述辅助管置于生产套管中，后使所述生产套管处于待测状态，得到待测套管；
测试所述待测套管内多个第一预设位置的第一压力值；
根据多个第一预设位置的深度、对应的多个第一预设位置和所述待测套管管口处的压力差值，得到深度与压力差值/>的关系/>；
测试所述辅助管内多个第二预设位置的第二压力值；
根据多个第二预设位置的深度和对应的多个第二预设位置的第二压力值，得到卤水深度与压力的关系，
测试所述待测套管内多个第三预设位置的第三压力值；
根据多个第三预设位置的深度和对应的多个第三预设位置的温度值，得到深度与温度的关系/>；
根据所述卤水深度与压力的关系，得到卤水重度/>；
根据预设时间的起始和终止两个时间对应的所述待测套管管口处压力P、/>、和压力平衡关系，得到液面上升的距离/>；
根据P、、所述待测套管和所述辅助管之间的环空面积/>、/>、预设条件下的气体压缩因子/>、预设时间结束时的卤水温度/>、标准状况下的压力/>，标准状况下的温度、标准状况下的气体压缩因子/>，得到预设时间/>内的泄漏量/>，/>的计算公式为：；
根据泄漏量和预设时间/>，得到泄露率/>，/>的计算公式为：/>；
在整个测试过程中，辅助管内的卤水液面始终位于地平面，当液面下降时，通过缓慢的向其中注入等密度卤水，使液面重新恢复到地面位置；
所述卤水重度为/>对/>的一阶导数，卤水重度/>的计算公式为：/>。
2.根据权利要求1所述的生产套管泄漏率的测试方法，其特征在于，所述生产套管为单井单腔的套管时，所述压力平衡关系的公式为：
其中，为待测套管管口处压力；/>是深度/>处的气压增量；/>为气液界面与地面的间距；/>为深度为/>处的卤水重度。
3.根据权利要求1所述的生产套管泄漏率的测试方法，其特征在于，所述生产套管为双井单腔的套管时，所述压力平衡关系的公式为：
其中，为待测套管管口处压力，/>为深度/>处气压增量，/>为卤水井井口的液体压力，/>为深度/>处的卤水重度，/>为气液界面深度。
4.根据权利要求1所述的生产套管泄漏率的测试方法，其特征在于，所述根据预设时间起始和终止两个时间对应的所述待测套管管口处压力P、/>、/>和压力平衡关系，得到液面上升的距离/>，具体包括：
根据预设时间的起始时间对应的所述待测套管管口处压力P、/>、/>和压力平衡关系，得到预设时间/>的起始时间对应液面高度/>；
根据预设时间的终止时间对应的所述待测套管管口处压力P、/>、/>和压力平衡关系，得到预设时间/>的终止时间对应液面高度/>；
根据预设时间的起始时间对应液面高度/>和预设时间/>的终止时间对应液面高度，得到/>。
5.根据权利要求4所述的生产套管泄漏率的测试方法，其特征在于，所述根据预设时间的起始时间对应液面高度/>和预设时间/>的终止时间对应液面高度/>，得到/>中，/>的计算公式为：/>。
6.根据权利要求1所述的生产套管泄漏率的测试方法，其特征在于，所述待测状态包括：气液界面在生产套管的套管鞋位置的下方。
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