CN110705012B - 一种基于管柱接头压缩能力的油套环空压力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于管柱接头压缩能力的油套环空压力控制方法，包括以下步骤：1)计算环空压力控制初值Pos；2)计算油管柱承受的最大压缩载荷Tcmax；3)按照API RP 5C5试验确定油管气密封螺纹接头的压缩效率δ及压缩屈服强度Tc，同时选择接头抗压缩安全系数S，当Tcmax/Tc＞δ/S，则转至步骤4)中；当Tcmax/Tc≤δ/S，则转至步骤5)；4)计算最大允许环空压力值Po；5)当计算得到的油管柱等效σeq低于油管材料屈服强度的90％时，则环空压力受控，否则，则转至步骤6)；6)改变接头抗压缩安全系数S，转至步骤3)，该方法能够考虑接头的耐压缩能力计算环空压力。

Description

一种基于管柱接头压缩能力的油套环空压力控制方法

技术领域

本发明属于采油工程技术领域，涉及一种基于管柱接头压缩能力的油套环空压力控制方法。

背景技术

在气井生产作业过程中，环空压力计算方法大都采用《API RP 90海洋油气井环空压力管理》规范，以此计算获得环空压力门槛值，但随着气井生产工况的复杂，如高温高压深井的频繁开关井、增产压裂作业以及储气库井的注采往复作业等，使油管柱载荷交变次数增加，环空带压井越来越多，尤其是A环空压力(油套环空压力)异常高压，对生产带来较大的安全风险。虽已按API RP 90中规定进行环空压力控制，但环空压力异常依然有增多趋势。究其原因主要是在高压气井中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％都有，而环空压力变化(增加/减少)同时导致管柱轴向载荷的变化，若压缩载荷增加，极易造成管柱泄漏。从室内全尺寸实物试验也反映管柱在拉伸载荷下密封性较好，但在经过压缩载荷后再拉伸时易发生泄漏。

目前A环空压力计算主要以油管最小抗外挤强度或生产套管最小抗内压强度的百分之几来确定，未考虑轴向压缩载荷对管柱接头密封性能的影响。在复杂气井往复作业工况下，拉压载荷的交变对管柱密封能力影响较大，尤其是压缩载荷，而环空压力变化易导致管柱压缩载荷增加。因此必须考虑管柱接头的耐压缩能力，进行环空压力控制。

现有技术存在的主要问题：以API RP 90标准为主计算环空压力，主要考虑管柱的抗外挤和抗内压承载能力，未考虑接头的耐压缩能力。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于管柱接头压缩能力的油套环空压力控制方法，该方法能够考虑接头的耐压缩能力计算环空压力。

为达到上述目的，本发明所述的基于管柱接头压缩能力的油套环空压力控制方法包括以下步骤：

1)获取预设规格下的油管抗挤强度Pot、生产套管抗内压强度Pic及上一层技术套管抗内压强度Picc，按照API RP 90试验计算环空压力控制初值Pos；

2)根据复杂气井作业工况下油管内气体流量Q、温度变化T、内压力Pi及油管外径D和壁厚t，根据管柱力学理论，在环空压力Pos下，计算油管柱承受的最大压缩载荷Tcmax；

3)按照API RP 5C5试验确定油管气密封螺纹接头的压缩效率δ及压缩屈服强度Tc，同时选择接头抗压缩安全系数S，当Tcmax/Tc＞δ/S，则转至步骤4)中；当Tcmax/Tc≤δ/S，则转至步骤5)；

4)依据管柱力学理论，通过油管柱承受的最大压缩载荷Tcmax计算最大允许环空压力值Po；

5)根据最大允许环空压力值Po或环空压力控制初值Pos，依据第四强度理论，对油管柱进行三轴应力强度校核，当计算得到的油管柱等效σeq低于油管材料屈服强度的90％时，则环空压力受控，否则，则转至步骤6)；

6)改变接头抗压缩安全系数S，转至步骤3)。

步骤1)中的环空压力控制初值Pos为：

Pos＝Min(50％Pic，80％Picc，75％Pot) (1)。

油管柱承受的最大压缩载荷Tcmax为：

Tcmax＝f(D，t，Q，T，Pi，Pos) (2)

接头抗压缩安全系数S的取值为1-1.3。

查询API RP 5C3标准获得预设规格下的油管抗挤强度Pot、生产套管抗内压强度Pic及上一层技术套管抗内压强度Picc。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的基于管柱接头压缩能力的油套环空压力控制方法在具体操作时，当Tcmax/Tc＞δ/S，则油管柱承受的最大压缩载荷Tcmax计算最大允许环空压力值Po；Tcmax/Tc≤δ/S，则对油管柱进行三轴应力强度校核，当计算得到的油管柱等效σeq低于油管材料屈服强度的90％，则环空压力受控，否则，则改变接头抗压缩安全系数S，以实现对油套环空压力的控制。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的基于管柱接头压缩能力的油套环空压力控制方法包括以下步骤：

1)查询API RP 5C3标准获取预设规格下的油管抗挤强度Pot、生产套管抗内压强度Pic及上一层技术套管抗内压强度Picc，按照API RP 90试验计算环空压力控制初值Pos；

Pos＝Min(50％Pic，80％Picc，75％Pot) (1)

2)根据复杂气井作业工况下油管内气体流量Q、温度变化T、内压力Pi及油管外径D和壁厚t，根据管柱力学理论，在环空压力Pos下，计算油管柱承受的最大压缩载荷Tcmax；

Tcmax＝f(D，t，Q，T，Pi，Pos) (2)

3)按照API RP 5C5试验确定油管气密封螺纹接头的压缩效率δ及压缩屈服强度Tc，同时选择接头抗压缩安全系数S，当Tcmax/Tc＞δ/S，则转至步骤4)中；当Tcmax/Tc≤δ/S，则转至步骤5)，一般情况下，接头抗压缩安全系数S的取值为1-1.3；

4)依据管柱力学理论，通过油管柱承受的最大压缩载荷Tcmax计算最大允许环空压力值Po；

5)根据最大允许环空压力值Po或环空压力控制初值Pos，依据第四强度理论，对油管柱进行三轴应力强度校核，当计算得到的油管柱等效σeq低于油管材料屈服强度的90％时，则环空压力受控，否则，则转至步骤6)；

6)改变接头抗压缩安全系数S，转至步骤3)。

实施例一

2017年6月起，利用本发明计算了西部储气库井油套的环空压力，考虑Φ114.3mm×7.37mm P110接头的压缩效率，计算出油套环空压力为22.92MPa，而按API RP 90标准计算油套环空压力最大为43.95MPa，进一步改变了现场环空压力控制措施，保障管柱密封安全。

本发明适用于各类复杂气井中油套环空压力控制，我国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。但现有气井基本全是环空带压生产，带来一定安全风险，长期环空带压易导致天然气泄漏事故发生，一旦通过地层泄漏至城市生活区将发生严重事故。而采用本发明，可以进一步提高完井管柱设计能力，将最大程度降低管柱泄漏风险，从而避免事故发生，因此，本发明将产生良好的经济效益，具有广阔的应用前景。

Claims (1)

1.一种基于管柱接头压缩能力的油套环空压力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取预设规格下的油管抗挤强度Pot、生产套管抗内压强度Pic及上一层技术套管抗内压强度Picc，按照API RP 90试验计算环空压力控制初值Pos；

2)根据复杂气井作业工况下油管内气体流量Q、温度变化T、内压力Pi及油管外径D和壁厚t，根据管柱力学理论，在环空压力Pos下，计算油管柱承受的最大压缩载荷Tcmax；

3)按照API RP 5C5试验确定油管气密封螺纹接头的压缩效率δ及压缩屈服强度Tc，同时选择接头抗压缩安全系数S，当Tcmax/Tc＞δ/S，则转至步骤4)中；当Tcmax/Tc≤δ/S，则转至步骤5)；

4)依据管柱力学理论，通过油管柱承受的最大压缩载荷Tcmax计算最大允许环空压力值Po；

5)根据最大允许环空压力值Po或环空压力控制初值Pos，依据第四强度理论，对油管柱进行三轴应力强度校核，当计算得到的油管柱等效σeq低于油管材料屈服强度的90％时，则环空压力受控，否则，则转至步骤6)；

6)改变接头抗压缩安全系数S，转至步骤3)；

步骤1)中的环空压力控制初值Pos为：

Pos＝Min(50％Pic，80％Picc，75％Pot) (1)

油管柱承受的最大压缩载荷Tcmax为：

Tcmax＝f(D，t，Q，T，Pi，Pos) (2)

接头抗压缩安全系数S的取值为1-1.3；

查询API RP 5C3标准获得预设规格下的油管抗挤强度Pot、生产套管抗内压强度Pic及上一层技术套管抗内压强度Picc。