環空含氣圈閉壓力計算

張興全，劉書杰，任美鵬，孫騰飛，謝仁軍

（中海油研究總院有限責任公司，北京 100028）

0 引言

溫度升高導致密閉各層套管間環空液體發生膨脹，形成環空圈閉壓力。在高溫高壓井、深水井中，環空圈閉壓力升高現象突出，對井筒完整性提出挑戰。當多次釋放環空液體或采用注泡沫隔離液時，環空內會出現氣柱，環空氣柱體積也會對環空圈閉壓力產生較大的影響。

國內外學者對圈閉壓力的預測模型進行了深入研究［1-5］，而對含氣后圈閉壓力的預測研究較少［6］。Adams［7］建立了受溫度影響的環空圈閉壓力預測模型；Oudeman等［8］考慮了流體的熱膨脹/壓縮特性、套管的變形和儲層流體運移等因素，建立了環空圈閉壓力預測模型；Richard等［9］分析了環空內泡沫隔離液體積大小對環空圈閉壓力的影響；周波等［10］通過實驗方法發現體積分數為5%～20%的泡沫隔離液能有效降低環空圈閉壓力。環空含氣圈閉壓力的研究對高溫高壓井筒完整性及圈閉壓力的防治具有重要意義。本文根據傳熱學理論，建立了高溫高壓氣井井筒溫度傳熱模型；考慮流體熱膨脹/壓縮特性、環空體積變化等因素，建立了含氣圈閉壓力計算方法，得到環空溫度剖面和環空圈閉壓力。

1 井筒傳熱模型

模型假設條件：1）忽略水泥環、管柱和環空流體的熱容量；2）井筒為穩態傳熱，地層為非穩態傳熱；3）井筒內流體單相穩定流動［11-12］。井筒傳熱示意見圖1。圖中，rti為油管內半徑，rto為油管外半徑，rci為套管內半徑，rco為套管外半徑，rh為井筒外半徑。……