[發明專利]套管所受應力的計算方法和裝置

在審

• 申請號: 201710882651.1
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN109555512A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 李寧;楊沛;盧運虎;張權;婁爾標;王天博;唐斌
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: E21B47/007
• 分類號: E21B47/007;G06F17/11
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 劉丹;黃健

1.一種套管所受應力的計算方法，其特征在于，包括：

對多個巖心樣品以預設速率進行加溫，在各所述巖心樣品的溫度升至預設溫度時，對各所述巖心樣品加圍壓，在各所述巖心樣品的圍壓升至預設圍壓時，將所述預設圍壓保持第一預設時間，其中各所述巖心樣品為以不同取心角度從鹽膏層巖心中制取的巖心；

采用至少一個預設軸壓分別對各所述巖心樣品進行加軸壓，在每個所述預設軸壓保持第二預設時間后，獲取各所述巖心樣品的蠕變參數和地應力參數，再對各所述巖心樣品卸軸壓，直至所述預設軸壓變為原始軸壓，且將所述原始軸壓保持第三預設時間；

根據各所述巖心樣品各自對應的多個蠕變參數，確定所述蠕變方程式；

根據各所述巖心樣品各自對應的多個地應力參數，確定所述地應力方程組；

根據套管參數、水泥環參數和所述蠕變方程式，建立套管-水泥環-地層模型；

根據鉆井液壓力、套管的屈服應力、所述地應力方程組以及所述套管-水泥環-地層模型，計算所述套管上各點所承受的多個等效應力。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在根據鉆井液壓力、套管的屈服應力、所述地應力方程組以及所述套管-水泥環-地層模型，計算所述套管上各點所承受的多個等效應力之后，還包括：

確定所述多個等效應力中的最大值，將所述最大值確定為所述套管的最大等效應力；

根據所述套管的安全承壓力和所述套管的最大等效應力，確定所述套管是否發生屈服；

當所述套管的最大等效應力小于所述套管的安全承壓力時，確定所述套管不會發生屈服；

當所述套管的最大等效應力等于或大于所述套管的安全承壓力時，確定所述套管會發生屈服。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述蠕變參數包括蠕變壓力、蠕變變形量和蠕變時間。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述蠕變方程式通過如下公式(1)表示：

其中，A為待定系數，n為應力指數，Q為活化能，σ^*＝1MPa為參照應力，R₀＝8.31441kJ/(mol K^-1)為通用氣體常數，T為蠕變溫度，σ為蠕變壓力，ε＝W/t為蠕變速率，W為蠕變變形量，t為蠕變時間。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據各巖心樣品各自對應的多個地應力參數，確定所述地應力方程組，包括：

根據各所述巖心樣品各自對應的多個地應力參數、垂向地應力表達式、水平最大地應力表達式和水平最小地應力表達式，確定垂向地應力、水平最大地應力和水平最小地應力；

根據各所述巖心樣品各自對應的多個地應力參數，確定待校正地應力方程組；

根據所述垂向地應力、所述水平最大地應力和所述水平最小地應力，對所述待校正地應力方程組進行校正處理，獲得所述地應力方程組。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述垂向地應力表達式、所述水平最大地應力表達式和所述水平最小地應力表達式通過如下公式(2)表示：

其中，σ_ν,σ_H,σ_h分別為垂向地應力、水平最大地應力以及水平最小地應力，α為有效應力系數，P為孔隙壓力，φ為內摩角度，σ_⊥為垂直方向上凱塞點處的應力，σ₀為取心角度為0°的巖心樣品在水平方向上凱塞爾應力點處的應力，σ₉₀為取心角度為90°的巖心樣品在水平方向上凱塞爾應力點處的應力，σ₄₅為取心角度為45°的巖心樣品在水平方向上凱塞爾應力點處的應力。