[發(fā)明專利]一種多級水力噴射壓裂管柱性能評價方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610021906.0
• 申請日: 2016-01-14
• 公開（公告）號: CN105672972B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 仝少凱;張冕;徐迎新;楊紅斌;高紅平;崔會賀;齊加德
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B43/114
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責(zé)任公司61108
• 代理人: 張培勛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多級水力噴射壓裂管柱性能評價方法。

背景技術(shù)

低滲透油氣井采用多級水力噴射壓裂管柱進行儲層改造、試油、完井一體化作業(yè)，由于油氣井深度、壓力、溫度及產(chǎn)量的大幅度變化，加大了下鉆、坐封、射孔、試油聯(lián)作、儲層改造等工況下管柱破壞的風(fēng)險，易出現(xiàn)井下事故，導(dǎo)致施工停止或作業(yè)失敗。

綜合調(diào)研國內(nèi)外管柱及封隔器管柱力學(xué)研究文獻和資料，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外許多學(xué)者在直井、水平井常規(guī)聚能射孔壓裂管柱安全性分析上做了許多工作，取得了一些認(rèn)識和結(jié)論。但在低滲透油氣井水力噴射壓裂管柱性能評價和分析方面研究較少，更沒有形成水力噴射壓裂管柱性能評價方法，無法解決低滲透油氣井水力噴射壓裂管柱失效難題，成本損失較大，資源浪費嚴(yán)重。

因此，針對這項技術(shù)難題，通過系統(tǒng)攻關(guān)及研究，目前本公司已形成建立了直井、水平井多級水力噴射壓裂管柱性能評價方法，現(xiàn)場應(yīng)用兩口井，評價結(jié)果建議指導(dǎo)了現(xiàn)場壓裂施工，驗證了該方法的有效性和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決水平井多級水力噴射壓裂管柱及工具安全評價難題，本發(fā)明提供一種多級水力噴射壓裂管柱性能評價方法，本發(fā)明主要適用于直井、水平井多級水力噴射壓裂管柱性能安全性分析，可降低成本，節(jié)約資源，具有較大的經(jīng)濟效益和較強的實用性。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種多級水力噴射壓裂管柱性能評價方法，該評價方法包括如下步驟：

1)管柱組合：依據(jù)油管抗拉強度、管柱長度、每米單位重量計算水力噴射壓裂管柱各油管段拉伸應(yīng)力安全系數(shù)，并計算全井段水力噴射壓裂管柱拉伸應(yīng)力安全系數(shù)；

評價指標(biāo)：當(dāng)應(yīng)力安全系數(shù)滿足1.4-1.8，則水力噴射壓裂管柱組合合理，強度安全，否則水力噴射壓裂管柱組合設(shè)計不合理，需重新設(shè)計；

2)管柱載荷：依據(jù)管柱強度及變形分析數(shù)據(jù)，確定該井水力噴射壓裂管柱的應(yīng)力危險截面；計算全井段管柱內(nèi)壁第四相當(dāng)應(yīng)力，管柱內(nèi)壁某點處第四相當(dāng)應(yīng)力最大，其安全系數(shù)最低，從而確定該點為危險點，并分析在危險截面處的內(nèi)壓、外壓、軸向力、彎矩載荷；

評價指標(biāo)：當(dāng)應(yīng)力安全系數(shù)滿足1.4-1.8，則水力噴射壓裂管柱載荷在設(shè)計載荷范圍內(nèi)，否則重新分析；

3)管柱強度：依據(jù)水力噴射壓裂管柱危險截面處的載荷，計算該危險截面處的應(yīng)力強度安全系數(shù)；

評價指標(biāo)：當(dāng)應(yīng)力安全系數(shù)滿足1.4-1.8，則水力噴射壓裂管柱危險截面處安全，其余各處也均安全，否則重新設(shè)計泵注參數(shù)；

4)管柱變形：依據(jù)水力噴射壓裂管柱變形簡易計算公式計算各工序下溫度、軸向力、螺旋彎曲及鼓脹變形量；

評價指標(biāo)：當(dāng)綜合變形量為負(fù)，說明水力噴射壓裂管柱處于“縮短”狀態(tài)，否則處于“拉伸”狀態(tài)；

5)依據(jù)前面的步驟數(shù)據(jù)形成每口井的多級水力噴射壓裂管柱性能評價報告。

步驟1)中，拉伸應(yīng)力安全系數(shù)＝壓裂管柱抗拉強度/管柱重量，管柱重量＝管柱長度×每米單位重量。

步驟4)管柱變形，依據(jù)軸向變形、溫度變形、鼓脹變形、螺旋彎曲變形簡易計算公式計算各變形量，再由每米軸向變形所需的力換算成軸向力，拉為正，壓為負(fù)；

“溫度變形”ΔL_t：

ΔL_t≈0.027×(井口溫度℃+井底溫度℃-40)

“鼓脹變形”ΔL_e：

ΔL_e≈(0.047×井口套壓－0.033×井口油壓)

+(1.01×環(huán)空液體密度－0.73×管內(nèi)流體密度)

“螺旋彎曲變形”ΔL_b：

ΔL_b≈-5.1×10^－12×封隔器處管柱所受的等效軸向壓縮力²

每多少KN軸向力使管柱軸向變形1m。

步驟2)和步驟3)中管柱應(yīng)力強度安全系數(shù)＝管材屈服強度/管柱相當(dāng)應(yīng)力。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明采用上述技術(shù)原理和方案，發(fā)明了一種適合直井、水平井水力噴射壓裂管柱性能評價方法，可以在已知條件下進行各工序下的噴射壓裂管柱性能分析，給出合理的施工建議，現(xiàn)場應(yīng)用效果顯著，極大地降低了成本，節(jié)約了水、支撐劑等資源。