[發明專利]一種氮氣鉆井排砂系統安全性判定方法

有效

• 申請號: 201910002520.9
• 申請日: 2019-01-02
• 公開（公告）號: CN109635502B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 楊赟;王玉;韋海防;楊敏;李婧;趙航博;陳鵬偉;張弢;郭小虎;周雄兵;吳光;李強;肖凱;劉克強;周文兵;杜松濤;唐莉萍;牛濤;韓朝輝;趙恒;殷健;姜生輝
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油集團川慶鉆探工程有限公司
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06Q10/0635;G06Q10/063;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司 61108
• 代理人: 高云

本發明屬于天然氣井儲層氮氣鉆井工程技術領域，具體涉及一種氮氣鉆井排砂系統安全性判定方法，包括如下步驟：1)輸入基本信息和系統信息并建立氮氣鉆井排砂系統的結構模型；2)輸入約束信息對步驟1)的氮氣鉆井排砂系統增加約束參數；3)輸入工況信息并計算步驟2)的氮氣鉆井排砂系統的載荷參數；4)輸入安全性判定條件，根據安全性判定條件，判斷氮氣鉆井排砂系統的安全性；解決了現有技術中沒有一種較全面的方法可對氮氣鉆井排砂系統進行安全性判定，確保氮氣鉆井時排砂系統運轉安全可靠的問題，本發明將有助于配置、安裝、改進排砂系統和完善氮氣鉆井井控措施，提高氮氣鉆井排砂系統安全性，確保天然氣井儲層氮氣鉆井安全作業。

技術領域

本發明屬于天然氣井儲層氮氣鉆井工程技術領域，具體涉及一種氮氣鉆井排砂系統安全性判定方法。

背景技術

氮氣鉆井基于儲層提速、保護儲層、提高勘探效果的優勢而迅速發展，但其安全問題也逐步暴露，尤其天然氣井儲層氮氣鉆井鉆遇高壓高產氣層的井控安全問題。氮氣鉆井鉆遇高壓高產氣層時，隨著流體上升，壓力變化，氣體膨脹，井筒內含砂流體迅速返出，如果排砂系統不滿足安全作業要求，將造成嚴重沖擊、振動等破壞，此時，地面排砂系統主要存在以下安全風險：第一，高壓高產氣層的大量氣體迅速運移到井口，井口壓力瞬時升高，導致排砂系統部件爆裂的風險；第二，高壓天然氣攜帶大量巖屑快速上移到井口，形成高速沖擊載荷，對排砂系統產生巨大沖擊力，引發排砂系統的劇烈振動，導致排砂系統部件刺漏、斷裂等風險；第三，含砂氣體對排砂系統結構變化段造成長時間沖蝕，降低導致管線刺漏的風險。因此，對排砂系統抗高壓、抗高沖擊力以及流道有效性等性能提出更高的要求，迫切需要一種較全面的方法對氮氣鉆井排砂系統進行安全性判定，確保氮氣鉆井時排砂系統運轉安全可靠。

發明內容

本發明提供的氮氣鉆井排砂系統安全性判定方法目的一是克服現有技術中氮氣鉆井鉆遇高壓高產氣層時，隨著流體上升，壓力變化，氣體膨脹，井筒內含砂流體迅速返出，如果排砂系統不滿足安全作業要求，將造成嚴重沖擊、振動等破壞的問題；目的二是克服現有技術中沒有一種較全面的方法可對氮氣鉆井排砂系統進行安全性判定，確保氮氣鉆井時排砂系統運轉安全可靠的問題。

為此，本發明提供了一種氮氣鉆井排砂系統安全性判定方法，包括如下步驟：

1)輸入基本信息和系統信息并建立氮氣鉆井排砂系統的結構模型；

2)輸入約束信息對步驟1)的氮氣鉆井排砂系統增加約束參數；

3)輸入工況信息并計算步驟2)的氮氣鉆井排砂系統的載荷參數；

4)輸入安全性判定條件，根據安全性判定條件，判斷氮氣鉆井排砂系統的安全性，若氮氣鉆井排砂系統的判定結果安全，則將步驟1)至步驟3)的信息數據輸出并保存，若氮氣鉆井排砂系統的判定結果不安全，則確定排砂系統存在的不安全因素，若不安全因素為約束條件不足，則改善約束條件，然后再次重復步驟2)至步驟4)直至氮氣鉆井排砂系統的判定結果安全；或者若不安全因素為除約束條件不足之外的其他因素，則改進氮氣鉆井排砂系統的系統結構，然后再次重復步驟1)至步驟 4)直至氮氣鉆井排砂系統的判定結果安全。

所述步驟1)的基本信息至少包括井號、單位和分析人；系統信息至少包括排砂系統數量、部件安裝順序、類型、長度、彎度、曲率半徑、安裝角度、內徑、壁厚、內壁粗糙度、許用應力、起點連接方式、終點連接方式。

所述步驟2)的約束信息至少包括序號、約束方式、約束位置、最大約束力。

所述步驟3)的工況信息至少包括天然氣產量及特性參數、氮氣排量及特性參數、巖屑含量及特性參數、地層出水量及特性參數、當地氣壓、鉆進速度、巖屑類型及參數、預計最大地層出氣量、地面溫度、沖蝕速度。

所述步驟3)的載荷參數至少包括排砂系統流道內的流速、流動壓力分布、排砂系統的受力和排砂系統易沖蝕段的沖蝕速度，所述排砂系統的受力包括拉伸力、剪切力和振動力。