[發明專利]一種基于套管實測數據的管柱外載反演方法

在審

• 申請號: 201910349947.6
• 申請日: 2019-04-28
• 公開（公告）號: CN110096791A
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 王鵬;胡美娟;楊尚諭;王建東;韓禮紅;馮耀榮
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種基于套管實測數據的管柱外載反演方法，包括以下步驟：1)讀取套管內圓構型的計算結果；2)讀取套管內圓構型的實測結果；3)根據套管內圓構型的計算結果與套管內圓構型的實測結果計算兩者未重合的面積，以構建套管變形構型的最小化錯動目標函數；4)基于蒙特卡洛方法設置套管不同載荷參數，再將設置的套筒不同載荷參數輸入到套管變形構型的最小化錯動目標函數中，得不同套管變形構型的最小化錯動目標函數值，然后基于不同套管變形構型的最小化錯動目標函數值建立多維度近似響應面優化模型；5)求解多維度近似響應面優化模型，以反演獲取套管外部的載荷數據，該方法能夠反演獲取套管外部的載荷數據。

技術領域

本發明涉及一種管柱外載反演方法，具體涉及一種基于套管實測數據的管柱外載反演方法。

背景技術

由螺紋連接的套管構成數千米的套管柱，是油氣井筒井身結構的基礎，其完整性決定了井筒完整性，其服役壽命決定了油氣井的壽命。伴隨著深井、水平井、高溫高壓井、強化增產改造工藝等油氣井復雜工況下管柱服役條件的日趨苛刻，套管損壞日益嚴重。在國內，套管損壞比例接近總服役井數的10％。過半數的套損模式是變形，來自于地層的復雜地質應力是套管變形的主要外載來源，表現為：圍巖壓力、泥巖浸水膨脹和蠕變、斷層活動、鹽巖蠕變等。定量分析套管柱服役外部載荷是探明套損機理、制定防控策略的基礎。

目前，地應力測量是人類探索地應力的最直接方法，方法包括應力解除法、應力恢復法、水壓致裂法、巖芯波速各向異性法、巖芯微裂隙取向統計法、震源機制推斷法等，隨著地應力測試技術的進步，各種測試方法優勢互補，精度不斷提高，成本不斷下降。但是通過測試得到的地應力是地層中未受工程擾動的天然應力，難以獲得油氣井勘探開發過程中的地應力演化情況，尤其對于導致套管變形嚴重的長距離水平井多段高壓壓裂過程(諸如頁巖氣開發等)的地應力變化，測井方法更是難以捕捉。基于實測數據的解析與數值模擬地應力分析方法彌補了直接測試的不足，但是巖土本構、斷層及邊界條件等復雜因素的認識局限性導致了地應力反演計算方法的先天不足，計算精度難以滿足要求。由上所述，目前對套管服役地應力載荷數據的獲取相當有限，嚴重制約套管變形的機理認識與治理控制。套管變形作為世界性難題，持續造成的巨大工程損失無可估量。

工程上通過井下電視、機械接觸、超聲成像、電磁等方法可以精確獲得服役套管變形發生的部位、形貌及尺寸細節。這些信息目前僅用于套管變形工程分析、修井方案制定等工作。眾所周知，失效分析是失敗走向成功的科學，大量失效案例數據的深入分析與統計可得到其他方式難以獲取的知識，反饋于工程設計與工藝分析。基于該思路，從套管損壞實測數據出發，利用現代優化設計理論，反演套管服役地應力載荷是一種全新的方法，然而現有技術中沒有出現類似的公開。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種基于套管實測數據的管柱外載反演方法，該方法能夠反演獲取套管外部的載荷數據。

為達到上述目的，本發明所述的基于套管實測數據的管柱外載反演方法包括以下步驟：

1)建立服役套管承載狀態的有限元計算模型，再將套管的幾何尺寸和材料力學參數以及離散的非均勻外壓載荷、靜水內壓、軸向拉伸及壓縮荷載輸入到服役套管承載狀態的有限元計算模型中，得離散的套管變形幾何模型，再沿套管軸向取若干與套管軸向垂直的截面，分別讀取套管內圓構型的計算結果；

2)根據測井套管的實測數據，在套管柱變形井段，沿套管軸向取若干個與套管軸向垂直的截面，分別讀取套管內圓構型的實測結果；

3)根據套管內圓構型的計算結果與套管內圓構型的實測結果計算兩者未重合的面積，以構建套管變形構型的最小化錯動目標函數；

4)基于蒙特卡洛方法設置套管不同載荷參數，再將設置的套筒不同載荷參數輸入到步驟3)構建的套管變形構型的最小化錯動目標函數中，得不同套管變形構型的最小化錯動目標函數值，然后基于不同套管變形構型的最小化錯動目標函數值建立多維度近似響應面優化模型；