[發明專利]一種套管井口環空帶壓預防工具的設計方法及裝置

有效

• 申請號: 201710934679.5
• 申請日: 2017-10-10
• 公開（公告）號: CN109657253B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 侯樹剛;蘭凱;李幫民;楊玄;王旭明;龔媛
• 申請（專利權）人: 中石化石油工程技術服務有限公司;中石化中原石油工程有限公司鉆井工程技術研究院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

1.一種套管井口環空帶壓預防工具的設計方法，其特征在于，該方法包括：

建立氣井井下的由套管、涂覆材料、水泥環和地層所構成的有限元分析模型，其中，在所述氣井中，所述涂覆材料位于所述套管和所述水泥環之間，所述水泥環位于所述涂覆材料和所述地層之間；

對所述有限元分析模型中的與所述涂覆材料性能相關的參數進行分析，計算得到材料參數設計范圍，包括：在所述有限元分析模型中對所述套管內壁施加一預設內壓，分別建立所述套管和所述涂覆材料、所述涂覆材料和所述水泥環以及所述水泥環和所述地層之間的接觸關系；在所述有限元分析模型中分析所述涂覆材料的相關參數對壓裂過程中的所述套管、所述涂覆材料和所述水泥環的應力應變狀態的影響規律；在所述有限元分析模型中分析當停止施加內壓時，所述套管、所述涂覆材料和所述水泥環的受力及形變狀態；依據所述接觸關系、所述影響規律和所述受力及形變狀態，對不同的涂覆材料在所述有限元分析模型中進行分析計算，得到對應的涂覆材料的參數設計范圍；所述材料參數設計范圍滿足氣井試壓和壓裂保持所述水泥環密封性的參數范圍；

在所述材料參數設計范圍內，設計得到套管井口環空帶壓預防工具。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立氣井井下的由套管、涂覆材料、水泥環和地層所構成的有限元分析模型，包括：

根據實際采用的套管尺寸與實測井徑擴大率，建立由套管、涂覆材料、水泥環和地層所構成的三維幾何模型；

定義所述三維幾何模型各部件的物性參數；

分別建立所述套管和所述涂覆材料、所述涂覆材料和所述水泥環以及所述水泥環和所述地層之間的接觸屬性關系，并分別確定所述套管和所述涂覆材料、所述涂覆材料和所述水泥環以及所述水泥環和所述地層之間的界面的初始應力；

對所述三維幾何模型進行網格劃分，獲得有限元網格模型；

根據所述物性參數和所述初始應力，設定所述有限元網格模型的邊界條件，建立所述有限元分析模型。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述材料參數設計范圍內，設計得到套管井口環空帶壓預防工具，包括：

根據所述涂覆材料參數設計范圍，確定材料的膠結方式；

根據所述膠結方式，設計得到套管井口環空帶壓預防工具。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括：

設計剛性保護結構，并將所述剛性保護結構添加到所述套管井口環空帶壓預防工具中。

5.一種套管井口環空帶壓預防工具的設計裝置，其特征在于，該裝置包括：

建立模塊，用于建立氣井井下的由套管、涂覆材料、水泥環和地層所構成的有限元分析模型，其中，在所述氣井中，所述涂覆材料位于所述套管和所述水泥環之間，所述水泥環位于所述涂覆材料和所述地層之間；

計算模塊，用于對所述有限元分析模型中的與所述涂覆材料性能相關的參數進行分析，計算得到材料參數設計范圍，其中，所述材料參數設計范圍滿足氣井試壓和壓裂保持所述水泥環密封性的參數范圍；

所述計算模塊，具體包括：接觸關系建立單元、第一模擬分析單元、第二模擬分析單元以及范圍計算單元；其中，

所述接觸關系建立單元，用于在所述有限元分析模型中對所述套管內壁施加一預設內壓，分別建立所述套管和所述涂覆材料、所述涂覆材料和所述水泥環以及所述水泥環和所述地層之間的接觸關系；

所述第一模擬分析單元，用于在所述有限元分析模型中分析所述涂覆材料的相關參數對壓裂過程中的所述套管、所述涂覆材料和所述水泥環的應力應變狀態的影響規律；

所述第二模擬分析單元，用于在所述有限元分析模型中分析當停止施加內壓時，所述套管、所述涂覆材料和所述水泥環的受力及形變狀態；

所述范圍計算單元，用于依據所述接觸關系、所述影響規律和所述受力及形變狀態，對不同的涂覆材料在所述有限元分析模型中進行分析計算，得到對應的涂覆材料的參數設計范圍；

設計模塊，用于在所述材料參數設計范圍內，設計得到套管井口環空帶壓預防工具。