[發明專利]基于油管柱穩定性及安全性分析的井下射孔測試工具串優化方法

有效

• 申請號: 201710279251.1
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107045579B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 柳軍;郭曉強;劉清友;王國榮;劉咸;宋志文;李時德;趙洪亮;劉鎮嘉
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F113/14
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

本發明公開了基于油管柱穩定性及安全性分析的井下射孔測試工具串優化方法，它包括以下步驟：S1、建立油管柱?減震器?射孔槍動力學模型；S2、建立射孔管柱的振動微分方程；S3、建立減震器振動微分方程；S4、建立油管柱?減震器?射孔槍耦合振動方程；S5、求解油管柱?減震器?射孔槍偏微分方程。本發明的有益效果是：開展了油管長度、射孔彈裝藥量對井下工具的影響研究，研究得出隨著油管長度的增加，封隔器的受力相應的增加；油管容易發生螺旋屈曲的部位出現在油管的底部和中間的某一位置；隨著裝藥量的增加，油管所受的拉壓力急劇上升，油管更易發生螺旋屈曲，為管串設計提供理論指導；降低管柱的破壞風險；保護井下工具。

技術領域

本發明涉及基于油管柱穩定性及安全性分析的井下射孔測試工具串優化方法。

背景技術

射孔作業的目的在于使井筒與油氣層之間形成通路，是油氣田開采的關鍵環節。射孔技術的發展與完善對油氣田的高效開采具有重要的現實意義和實用價值。射孔作業需要采用射孔管柱系統，該系統包括減震器和射孔管柱，射孔管柱包括油管和射孔槍，油管與減震器連接，減震器與射孔槍連接，射孔槍中填裝有爆炸射孔用炸藥，射孔槍射孔時，射孔槍內部由爆炸產生的沖擊力遠遠大于管柱或封隔器的容許應力，減震器對射孔產生的能量只起到了緩慢耗散作用，同時防止應力的突然增大對管柱、封隔器以及封隔器上方的儀器造成損壞，然而減震器不能立即完全消除射孔產生的能量，射孔管柱仍然會產生振動且應力波仍然會傳遞至射孔管柱上端封隔器處，從而引起管柱及封隔器的應力變化，可能會導致射孔管柱發生強度破壞，且封隔器及封隔器上端測試設備也有可能被振壞。

近年來，為了提高低滲透油氣井的采油(氣)量，大裝藥量射孔彈、高密度射孔器以及加砂、測井聯作等技術在國內外得到廣泛應用，導致射孔段管柱爆炸沖擊載荷強度大幅增加，使得整個井下管柱設備處于十分復雜和惡劣的受力環境。射孔過程中產生的高沖擊過載也隨之增加，過高的沖擊載荷己成為油井完井過程中管柱系統發生變形、彎曲、斷裂并造成油井事故的主要因素。

特別是對于我國的自然條件和石油工業現狀來說，油氣勘探的地層深度在不斷增加，深井、超深井的開發越來越普遍，射孔作業過程越來越復雜，難度越來越大。如：塔里木油田深井超深井白至系儲層具有砂巖巖性、巨厚性、裂縫發育、高角度縫等特點，通常采用射孔、酸化(加砂)和測試三聯作管柱完成射孔作業。對于這樣的射孔作業環境和工藝，勢必大大增加管柱、井筒失穩及損傷的可能性，同時容易造成油管柱上測試儀器的損壞，當作用力達到一定程度時，很容易使封隔器解封。

管柱失穩及彎曲斷裂等事故的發生，將嚴重影響油氣的正常開采，甚至可能造成難以彌補的致命性破壞。因此，有效克服提高射孔效率與降低射孔沖擊載荷對管柱損傷之間的矛盾，盡量避免射孔段套管及管柱失穩和損傷現象的出現，降低測試儀器由加速度過大而發生破壞的風險，減少封隔器由受力過大而發生解封失效的事故，己成為射孔技術發展過程中函待解決的重大問題。

射孔管柱在爆炸沖擊荷載作用下產生振動，其動力學行為研究很少，特別是對油管柱-減震器-射孔槍的耦合研究少之又少，然而它對管柱的破壞和失效影響很大，了解他們之間的耦合機理對解決爆炸荷載對管柱影響至關重要，然而國內外對這方面的研究很少。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種基于油管柱穩定性及安全性分析的井下射孔測試工具串優化方法，它包括以下步驟：

S1、根據井下射孔工具的結構分析和射孔工藝分析，作出以下假設：假定油管柱和射孔槍的材料均勻且各向同性；假定減震器為質量-彈簧-阻尼系統，忽略減震器的幾何形狀和質量分布的不均勻性；不考慮封隔器和油管柱之間的相對位移，被視為固定支座；忽略射孔管柱的結構阻尼，僅考慮減震器和液體阻尼；僅考慮射孔管柱的縱向振動；在以上假設的基礎上建立油管柱-減震器-射孔槍動力學模型；

S2、建立射孔管柱的振動微分方程

S2(1)、取油管柱的一個微段，進行受力分析并建立射孔管柱力學計算模型；