一种地下储气库井筒完整性分析方法与流程

本发明属于地下储气库，具体涉及一种地下储气库井筒完整性分析方法。

背景技术：

1、地下储气库不仅关乎国家能源安全和经济稳定，也是推动能源结构优化、实现可持续发展目标的关键举措，是未来能源基础设施建设的重点方向之一。注采井筒做为连接地面与地下的唯一通道，不仅承受内压的影响，还受到不均匀地应力的作用，由于一般储气库运行时间较长，因此要确保井筒在设计年限内安全使用，必须对引起井筒结构破坏的因素进行深入研究，否则会出现套管损坏、水泥环内部产生微裂隙或胶结面密封失效等问题。因此，有必要针对储气库井筒的注采安全性进行全面的关注，运用相关的地质力学理论和数值模拟方法，对储气库井筒进行研究，对保障储气库高效安全运行、减少生产事故和经济损失具有重要意义。

2、目前井筒研究方式大多选取井筒截面，通过改变应力边界条件及材料属性等方式对井筒进行分析，通过解析解或者数值模拟的方式研究井筒的结构安全问题，研究尺度较小，相对储气库实际工况来讲有很大的局限性，准确性较低，无法满足实际工程要求。

3、如申请公布号为cn110411679a，申请公布日为2019.11.05的中国发明专利申请公布文本公开了一种水泥环完整性评价方法及装置，该方法包括：获取储气库井参数和待测水泥环参数；基于载荷等效模型、水泥环参数和储气库井参数，向水泥环施加对应于所述储气库井底应力环境的等效交变载荷；测试所述水泥环在等效交变载荷作用下发生密封失效所对应的时长，并基于该所测出的时长评价水泥环在储气库井底应力循环作用下的寿命。上技术对于储气库井筒中的水泥环的评价仅基于井筒本身参数进行，准确性较低，无法满足实际工程要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种地下储气库井筒完整性分析方法，以解决现有技术中地下储气库井筒的分析方法准确性较低，无法满足实际工程要求的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的一种地下储气库井筒完整性分析方法的技术方案为：一种地下储气库井筒完整性分析方法，该方法包括以下步骤：

3、s1、沿井眼轨迹建立井筒受力状态模型；所述井筒受力状态模型的各力学参数从研究工区的地应力模型中与井筒对应位置得到；

4、s2、根据所述井筒受力状态模型分析井筒的应力和/或应变并以此进行井筒完整性分析。

5、上述技术方案的有益效果是：本发明的一种地下储气库井筒完整性分析方法的技术方案属于改进型发明创造。本发明在建立井筒模型时，充分考虑研究工区下的地应力模型中的油气藏尺度，实现油气藏尺度与井筒的尺度的耦合，分析井筒在地下的受力状态，通过这种模型跨尺度耦合的方式研究井筒结构完整性才能更具有实际工程参考意义。本发明解决了现有技术中地下储气库井筒的分析方法准确性较低，无法满足实际工程要求的技术问题。

6、进一步地，所述地应力模型为注采期内考虑时间因素的四维地应力模型；

7、所述井筒的应力和/或应变为井筒在注采期内各时间步长的应力和/或应变。

8、进一步地，所述四维地应力模型根据以下方式得到：对单井深度方向上的一维地应力模型和研究工区内的三维地应力场进行拟合得到研究工区内的初始地应力场分布；根据初始地应力场分布和研究工区研究时段内的地层压力分布得到所述四维地应力模型。

9、进一步地，所述一维地应力模型根据以下方式得到：所述研究工区采气期内的地层压力分布根据以下方式得到：首先对井口实测历史生产数据和实测地层压力数据进行拟合以建立井口生产数据与地层压力之间的对应关系；

10、然后调整注采策略并根据所述井口生产数据与底层压力之间的对应关系得到研究工区内采气期的地层压力分布；

11、所述井口实测历史生产数据包括产气量、产油量和油压中的至少一种。

12、进一步地，建立井口生产数据与地层压力之间的对应关系的过程包括：根据沉积微相解释资料建立沉积微相模型，以沉积微相模型为约束根据测井数据建立孔隙度模型，以孔隙度模型为约束根据测井数据建立渗透率模型；所述对应关系的初始渗透率和孔隙度分别从渗透率模型和渗透率模型中得到。

13、进一步地，所述一维地应力模型根据以下方式得到：对单井上地应力理论计算值与实测地应力数据拟合得到所述一维地应力模型。

14、进一步地，单井上的一维地应力模型为：

15、

16、

17、其中，σv为垂向主应力，σh为最小水平主应力，σh为最大水平主应力，g为重力加速度，tvd为垂直深度，ρb(z)为岩石密度在垂向上的分布，v为静态泊松比，pp为孔隙压力，α为biot系数，εh、εh为构造应力系数；通过调整εh、εh使σv、σh、σh与实测地应力数据匹配时的一维地应力模型即为所需的一维地应力模型。

18、进一步地，所述研究工区内的三维地应力场根据以下方式得到：通过改变应力边界的方式，利用有限元的方法计算得到。

19、进一步地，所述井筒受力状态模型以环空保护液密度作为内边界条件，以四维地应力模型为外边界条件。

20、进一步地，所述井筒完整性分析包括：根据第四强度理论判断井筒套管是否失效；和/或根据井筒井壁处的等效塑性应变判断井筒是否有漏失风险。

1.一种地下储气库井筒完整性分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的地下储气库井筒完整性分析方法，其特征在于，所述地应力模型为注采期内考虑时间因素的四维地应力模型；

3.根据权利要求2所述的地下储气库井筒完整性分析方法，其特征在于，所述四维地应力模型根据以下方式得到：对单井深度方向上的一维地应力模型和研究工区内的三维地应力场进行拟合得到研究工区内的初始地应力场分布；根据初始地应力场分布和研究工区研究时段内的地层压力分布得到所述四维地应力模型。

4.根据权利要求3所述的地下储气库井筒完整性分析方法，其特征在于，所述研究工区注采期内的地层压力分布根据以下方式得到：首先对井口实测历史生产数据和实测地层压力数据进行拟合以建立井口生产数据与地层压力之间的对应关系；

5.根据权利要求4所述的地下储气库井筒完整性分析方法，其特征在于，建立井口生产数据与地层压力之间的对应关系的过程包括：根据沉积微相解释资料建立沉积微相模型，以沉积微相模型为约束根据测井数据建立孔隙度模型，以孔隙度模型为约束根据测井数据建立渗透率模型；所述对应关系的初始渗透率和孔隙度分别从渗透率模型和渗透率模型中得到。

6.根据权利要求3所述的地下储气库井筒完整性分析方法，其特征在于，所述一维地应力模型根据以下方式得到：对单井上地应力理论计算值与实测地应力数据拟合得到所述一维地应力模型。

7.根据权利要求3或6所述的地下储气库井筒完整性分析方法，其特征在于，单井上的一维地应力模型为：

8.根据权利要求3所述的地下储气库井筒完整性分析方法，其特征在于，所述研究工区内的三维地应力场根据以下方式得到：通过改变应力边界的方式，利用有限元的方法计算得到。

9.根据权利要求1～3任意一项所述的地下储气库井筒完整性分析方法，其特征在于，所述井筒受力状态模型以环空保护液密度作为内边界条件，以四维地应力模型为外边界条件。

10.根据权利要求1～3任意一项所述的地下储气库井筒完整性分析方法，其特征在于，所述井筒完整性分析包括：根据第四强度理论判断井筒套管是否失效；和/或根据井筒井壁处的等效塑性应变判断井筒是否有漏失风险。