[發(fā)明專利]一種連續(xù)非均勻載荷下套管徑向變形的測量方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011375716.1
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112507540A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王小增;楊久紅;林厚健
• 申請（專利權(quán)）人: 嘉應(yīng)學(xué)院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01D21/02;G06F119/14
• 代理公司: 廣州海心聯(lián)合專利代理事務(wù)所(普通合伙) 44295
• 代理人: 黃為

本發(fā)明公開了一種連續(xù)非均勻載荷下套管徑向變形的測量方法，涉及油氣井井筒完整性評價領(lǐng)域，解決現(xiàn)有非均勻載荷下套管徑向變形測量方式準確度差的技術(shù)問題，所述方法包括在具有初始橢圓度的套管外表面施加連續(xù)非均勻載荷，通過套管徑向變形分析的幾何模型和力學(xué)模型，確定套管外表面各點受力前的徑向變形函數(shù)、載荷非均勻系數(shù)、外表面載荷分布函數(shù)、采用二次攝動法求解套管徑向變形微分方程，得到連續(xù)非均勻載荷下套管徑向變形。本發(fā)明還公開了一種連續(xù)非均勻載荷下套管徑向變形的測量裝置。本發(fā)明采用二次攝動法求解連續(xù)非均勻載荷下套管的徑向變形，測量連續(xù)非均勻載荷下套管的徑向變形，理論計算和實驗測量相互檢驗，準確度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及油氣井井筒完整性評價領(lǐng)域，更具體地說，它涉及一種連續(xù)非均勻載荷下套管徑向變形的測量方法及裝置。

背景技術(shù)

油氣井的井筒由套管、固井水泥石和巖石構(gòu)成的井壁組成，是起下井下作業(yè)工具的通道，同時也是泥漿循環(huán)以及油氣向上流動的通道。試油、完井及生產(chǎn)過程中井筒所受載荷主要包括套管內(nèi)、外液柱壓力和地層構(gòu)造載荷。地層構(gòu)造載荷較為復(fù)雜，包括上覆巖石壓力、廣義水平方向最大載荷和最小載荷、沿著井眼軌跡方向的剪切載荷以及沿著井筒圓周方向的切向載荷。

井下套管包括表層套管、技術(shù)套管和生產(chǎn)套管，是井筒的重要組成部分。井筒中的套管是主要的承載結(jié)構(gòu)，保證井筒在鉆井、試油完井和長期的生產(chǎn)過程中不被損壞，從而保證試油完井作業(yè)、酸化壓裂等儲層改造措施的順利進行，以及油氣井的正常生產(chǎn)。外載荷作用下，套管的應(yīng)力或應(yīng)變超過其失效準則規(guī)定的極限，套管會發(fā)生破壞。鉆井過程中下入表層套管和技術(shù)套管封隔異常壓力地層、防止井壁坍塌，后續(xù)鉆進過程中鉆桿的旋轉(zhuǎn)和起下鉆會造成先期下入的表層套管和技術(shù)套管的磨損。磨損套管壁厚減薄，其抗擠毀、抗拉伸和抗內(nèi)壓強度降低，其承載能力也隨之降低。外載荷作用下井下磨損套管更容易擠毀、破裂或拉斷，直接導(dǎo)致油氣井井筒的破壞。

巖鹽地層的蠕變導(dǎo)致非均勻地應(yīng)力施加于井下套管的外表面。非均勻地應(yīng)力作用下,套管外表面的圍壓隨時間增加，會導(dǎo)致井下套管的擠毀。套管損壞后，井底高壓流體進入油套環(huán)空，增加的油套環(huán)空壓力超過井口承載能力會導(dǎo)致井噴事故。非均勻載荷作用下，套管徑向變形增加會影響試油完井作業(yè)工具的順利下入，導(dǎo)致后續(xù)工作無法進行，影響生產(chǎn)進度。

已有非均勻載荷下套管徑向變形計算方法和徑向變形測量裝置技術(shù)方案1：建立套管非均勻載荷下受力分析模型如圖1所示。采用鮑辛納斯克微分方程描述非均勻載荷下油氣井井下套管的徑向變形。微分方程中的套管壁厚非均勻度和外載荷非均勻度通常較小，可以看作是小參數(shù)，采用一次攝動法將鮑辛納斯克非線性微分方程線性化，求解非均勻載荷作用下套管的徑向變形。技術(shù)方案1套管徑向變形加載和測量裝置如圖2所示。該裝置通過水平和垂直方向的兩對加載圓盤A對套管D施加集中力載荷，模擬實際工況下的連續(xù)非均勻載荷，通過電阻式位移傳感器C測量套管的徑向變形，通過電阻式力傳感器B測量套管上施加的力。

已有非均勻載荷下套管徑向變形的計算和徑向變形測量技術(shù)方案2：建立套管非均勻載荷下受力分析幾何模型如圖3所示。該方法應(yīng)用彈性彎曲梁理論，采用彈性理論中的位移法求解非均勻載荷下套管的徑向變形。技術(shù)方案2中通過電子萬能試驗機在垂直方向上對套管施加集中力載荷，模擬實際工況下的連續(xù)非均勻載荷，通過電阻應(yīng)變片測量套管表面的應(yīng)力，通過位移傳感器測量套管的徑向變形。

現(xiàn)有技術(shù)缺點為：

(1)非均勻載荷下套管的徑向變形解答是線性的。如技術(shù)方案1，假定非均勻載荷下套管徑向變形為套管壁厚非均勻度和載荷非均勻度兩個小參數(shù)的線性組合，忽略了二次項及以后高次項的影響；(2)采用集中力載荷代替實際套管在井下受到的連續(xù)非均勻載荷。如技術(shù)方案1和技術(shù)方案2中套管外表面施加集中力載荷與實際油氣井井下套管所受連續(xù)非均勻載荷情況不符。因此現(xiàn)有的測量方式存在準確度差的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明的目的一是提供一種可以提高準確度的連續(xù)非均勻載荷下套管徑向變形的測量方法。