專利名稱：儲存天然氣的鹽穴井注采能力下降概率計算方法
技術領域：
本發明涉及鹽穴型天然氣地下儲氣庫完整性管理技術領域，特別涉及一種儲存天然氣的鹽穴井注采能力下降概率計算方法。
背景技術：
鹽穴井是將氣體通過井筒注入到鹽丘或鹽層上的廢棄鹽穴或水溶建造的鹽穴內而儲存，并可采出來滿足市場需求的一種地下儲氣設施(如圖I所示，其中I為井口，2為表層套管，3為生產套管，4為環空保護液，5為井下安全閥，6-注采管，7為封隔器8-套管鞋9-天然氣10-殘余鹵水)。考慮天然氣具有易燃、易爆的特性和鹽穴井為用戶安全供氣的功能要求，鹽穴井應具備兩種能力其一，儲存天然氣并阻止天然氣釋放到周圍環境的能力；其二，以有效速率為用戶提供儲存天然氣的能力。鹽穴井喪失以上兩種或其中一種能力，即定義為失效，失效模式包括泄漏和注采能力下降兩種，并均已被國外事故報道證實。鹽穴井注采能力下降一旦發生，將大大影響其調峰和運行效率，嚴重的將造成運行中斷或鹽穴井·報廢，帶來不必要的經濟損失。鹽穴井注采能力決定著其是否能夠安全高效經濟運行，已成為鹽穴井風險評估重點研究對象之一。評估注采能力下降風險大小關鍵是解決注采能力下降概率和產生的不良后果的計算問題。然而，目前針對注采能力下降風險評估仍無具體的報道。因此，建立鹽穴井注采能力下降的概率計算方法迫在眉睫，是建立鹽穴型地下儲氣庫風險評估技術的關鍵點之一，對于預防鹽穴型地下儲氣庫注采能力下降發生和確保其安全高效經濟運行具有重要意義。
發明內容
本發明旨在提供一種儲存天然氣的鹽穴井注采能力下降概率計算方法，用于判斷鹽穴井發生注采能力下降的可能性，為鹽穴井風險評估提供失效概率數據。本發明可解決鹽穴型天然氣地下儲氣庫風險評估中失效概率計算的關鍵問題之一，為預防鹽穴地下儲氣庫注采能力下降發生提供技術手段，從而確保鹽穴地下儲氣庫安全高效經濟運行。為實現上述發明目的，提供一種儲存天然氣的鹽穴井注采能力下降概率計算方法，所述方法包括步驟步驟I、獲取待評價鹽穴井的信息資料，所述信息資料包括鹽穴井基本信息、鹽穴井幾何形狀參數、鹽巖特性參數、運行參數和維護/維修歷史資料；步驟2、識別引發鹽穴井注采能力下降的風險因素；所述風險因素歸類為設備失效、運行相關、水合物生成及機械損傷四類；步驟3、基于故障樹方法建立鹽穴井注采能力下降的故障樹邏輯，以注采能力下降事件作為頂事件，確定次級事件、基本事件和引起頂事件的割集；步驟4、確定步驟3的基本事件與步驟2的各類風險因素的關系；步驟5、基于歷史統計數據和工程評價模型，計算各類風險因素引起相關聯的基本事件發生概率；步驟6、確定各類風險因素引起注采能力下降的不同影響模式發生的概率分布規律；步驟7、根據步驟5的基本事件發生概率和步驟6中的概率分布，計算不同影響模式的基本事件發生概率；步驟8、根據步驟7確定的不同影響模式基本事件發生概率，計算不同影響模式的割集發生概率；步驟9、根據步驟8的不同影響模式的割集發生概率和步驟3建立的故障樹邏輯，計算不同影響模式的次級事件發生概率；
步驟10、根據步驟3建立的故障樹邏輯和步驟9的不同影響模式的次級事件發生概率，確定不同影響模式的注采能力下降事件的發生概率。所述步驟I中的待評價鹽穴井的信息資料包括鹽穴井基本信息、鹽穴井幾何形狀參數、鹽巖特性參數、運行參數和維護/維修歷史資料；其中，鹽穴井基本信息包括鹽穴井所屬儲氣庫名稱、儲氣庫類型、鹽穴井編號、鹽穴井設計壽命、鹽穴井服役時間和儲存介質特性參數；鹽穴井幾何形狀參數包括鹽穴體積、庫容量、工作氣量、墊氣量和管柱尺寸；鹽巖特性參數包括參考應力、參考應力下的鹽巖蠕變率、靜巖壓力梯度以及冪指數；運行參數包括井口最大運行壓力、井口最小運行壓力、鹽穴最大設計壓力、鹽穴最小設計壓力、鹽穴溫度、注入氣體溫度和最大生產率；維護/維修歷史資料包括已發生的泄漏事件、已發生的鹽穴失穩事件和維修歷史。所述步驟2中的引發鹽穴井注采能力下降的主要風險因素歸類為設備失效、運行相關、水合物生成及機械損傷四類。所述步驟3中的基于故障樹方法建立鹽穴井注采能力下降的故障樹，以注采能力下降事件作為頂事件、確定次級事件(包括運行減緩和運行中斷)、基本事件和引起頂事件的割集；從注采能力下降程度上而言，鹽穴井注采能力下降可能包括運行減緩和運行中斷兩種情況，因此，建立故障樹以注采能力下降為頂事件，將運行減緩和運行中斷作為頂事件的次級事件。所述步驟4中的基本事件發生概率受各種風險因素的交互影響，不同風險因素對其影響程度不同。根據工程經驗確定步驟(3)中的基本事件與步驟(2)的各類風險因素的影響關系。所述步驟5中的各類風險因素引起相關聯的基本事件發生概率基于歷史統計方法和工程評價模型來確定。工程評價模型包括井口設備故障概率計算模型、鹽穴閉合導致鹽穴坍塌、上覆層運動和蓋層坍塌的概率計算模型。所述步驟5中的井口設備故障概率計算模型，根據各元件對注采能力下降的影響程度，考慮緊急關閉閥、主閥和翼閥的開關失效問題，按以下公式計算井口設備故障概率
嘆―=I-FIo-C1其中PfwellhMd為井口設備故障概率，次/年；i為元件，例如I為緊急關閉閥，2為主閥，3為翼閥，Hi為井口設備中元件i的個數；Pfi為元件i的開/關失效概率，次/年。所述步驟5中的鹽穴閉合導致鹽穴坍塌、上覆層運動和蓋層坍塌的概率計算模型。該模型基于兩個假設(1)與鹽穴穩定性相關的事件包括套管泄漏和鹽穴頂板泄漏，以及能引起注采能力下降的鹽穴坍塌、上覆層運動和蓋層坍塌事件。(2)鹽穴閉合引起套管泄漏、鹽穴頂板泄漏以及注采能力下降的概率均等，同時假設鹽穴坍塌、上覆層運動和蓋層坍塌事件引起注采能力下降的概率均等。基于以上兩假設，根據鹽穴閉合導致套管失效概率可確定鹽穴閉合導致鹽穴坍塌、上覆層運動和蓋層坍塌的概率，計算過程包括a)預測鹽穴閉合率
權利要求
1.一種儲存天然氣的鹽穴井注采能力下降概率計算方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟I、獲取待評價鹽穴井的信息資料，所述信息資料包括鹽穴井基本信息、鹽穴井幾何形狀參數、鹽巖特性參數、運行參數和維護/維修歷史資料； 步驟2、識別引發鹽穴井注采能力下降的風險因素；所述風險因素歸類為設備失效、運行相關、水合物生成及機械損傷四類； 步驟3、基于故障樹方法建立鹽穴井注采能力下降的故障樹邏輯，以注采能力下降事件作為頂事件，確定次級事件、基本事件和引起頂事件的割集； 步驟4、確定步驟3的基本事件與步驟2的各類風險因素的關系； 步驟5、基于歷史統計數據和工程評價模型，計算各類風險因素引起相關聯的基本事件發生概率； 步驟6、確定各類風險因素引起注采能力下降的不同影響模式發生的概率分布規律；步驟7、根據步驟5的基本事件發生概率和步驟6中的概率分布，計算不同影響模式的基本事件發生概率； 步驟8、根據步驟7確定的不同影響模式基本事件發生概率，計算不同影響模式的割集發生概率； 步驟9、根據步驟8的不同影響模式的割集發生概率和步驟3建立的故障樹邏輯，計算不同影響模式的次級事件發生概率； 步驟10、根據步驟3建立的故障樹邏輯和步驟9的不同影響模式的次級事件發生概率，確定不同影響模式的注采能力下降事件的發生概率。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于步驟I中的鹽穴井基本信息包括鹽穴井所屬儲氣庫名稱、儲氣庫類型、鹽穴井編號、鹽穴井設計壽命、鹽穴井服役時間和儲存介質特性參數；鹽穴井幾何形狀參數包括鹽穴體積、庫容量、工作氣量、墊氣量和管柱尺寸；鹽巖特性參數包括參考應力、參考應力下的鹽巖蠕變率、靜巖壓力梯度以及冪指數；運行參數包括井口最大運行壓力、井口最小運行壓力、鹽穴最大設計壓力、鹽穴最小設計壓力、鹽穴溫度、注入氣體溫度和最大生產率；維護/維修歷史資料包括已發生的泄漏事件、已發生的鹽穴失穩事件和維修歷史。
3.根據權利要求I所述的方法，其特征在于步驟3中從注采能力下降程度上而言，所述鹽穴井注采能力下降包括運行減緩和運行中斷兩種情況，因此，建立故障樹以注采能力下降為頂事件，將運行減緩和運行中斷作為頂事件的次級事件； 所述基本事件如表I所示 表I
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于步驟4中確定步驟3的基本事件與步驟2的各類風險因素的關系是通過表3確定，所述表3為 表3
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于步驟5中工程評價模型包括井口設備故障概率計算模型，鹽穴閉合導致鹽穴坍塌、上覆層運動和蓋層坍塌的概率計算模型； 其中，所述井口設備故障概率計算模型通過下式得到
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于步驟6中，根據注采能力下降事件發生對鹽穴井運行效率的影響程度大小，將注采能力下降事件劃分為較小運行減緩、較大運行減緩、臨時中斷和長期中斷四種影響模式，次級事件-運行減緩對應較小運行減緩和較大運行減緩兩種影響模式，而次級事件-運行中斷則對應臨時中斷和長期中斷兩種影響模式；各類風險因素引起不同影響模式發生的概率不同，概率分布可按表4計算 表4每類風險因素引起不同影響模式的概率分布
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于步驟7中，根據以下計算公式計算不同影響模式的基本事件發生概率 Pfki = 1-Π (I-PflmAmk)，其中Pfkl為基本事件I的影響模式為k的發生概率；Pflm為基本事件I在風險因素m影響下的發生概率;Amk為風險因素m引起影響模式為k發生的概率。
8.根據權利要求7所述的鹽穴型天然氣地下儲氣庫注采能力下降的概率計算方法，其特征在于步驟8中，割集中包含的基本事件之間是與門關系，因此按以下計算公式計算不同影響模式的割集發生概率 Pfko = IIPfkl，其中Pfk。為影響模式為k，割集為ο的發生概率；Pfkl為基本事件I的影響模式為k的發生概率。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于步驟9中計算次級事件在不同影響模式下的發生概率，可按所述步驟8中的割集發生概率代入以下公式進行計算 Pfkq = 1-Π (1-Pfk。)，其中Pfkq為次級事件q的影響模式為k的發生概率；Pfk。為影響模式為k，割集為ο的發生概率。
10.根據權利要求I所述的方法，其特征在于步驟10中不同影響模式的頂事件發生概率可根據所述步驟9中的次級事件發生概率確定；較小運行減緩、較大運行減緩、臨時中斷和長期中斷影響模式下的頂事件發生概率分別等于對應影響模式下的次級事件發生概率。
全文摘要
本發明公開提供一種儲存天然氣的鹽穴井注采能力下降概率計算方法，基于故障樹方法對鹽穴井注采能力下降風險進行測定，用于判斷鹽穴井發生注采能力下降的可能性。本發明建立了鹽穴井注采能力下降的故障樹，采用歷史統計法和建立的工程評價模型，確定了引起鹽穴井注采能力下降的基本事件發生概率，并將各類風險因素對基本事件發生概率的影響作用以修正系數的形式引入基本事件概率計算中，同時根據故障樹邏輯，建立了較小運行減緩、較大運行減緩、臨時中斷和長期中斷四種影響模式的鹽穴井注采能力下降的概率計算方法，解決了鹽穴井風險評估中失效概率計算的關鍵問題之一，可為儲氣庫管理者開展控制及預防鹽穴井注采能力下降風險提供技術依據。
文檔編號G06F19/00GK102779236SQ20121025138
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月19日 優先權日2012年7月19日
發明者張廣利, 李麗鋒, 王珂, 羅金恒, 蔡克, 趙新偉 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油天然氣集團公司管材研究所