[發(fā)明專利]頁巖氣壓裂井口裝置螺栓松動(dòng)的分析方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110811935.8
• 申請日: 2021-07-19
• 公開（公告）號: CN113356836A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周浪;張華禮;劉祥康;李玉飛;汪傳磊;陳浩;段蘊(yùn)琦
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;G01H17/00;G06F30/23
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 王鵬程

1.頁巖氣壓裂井口裝置螺栓松動(dòng)的分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1壓裂井口裝置振動(dòng)測試；在壓裂井口裝置上安裝若干加速度傳感器，用以采集壓裂井口裝置不同部位在水平方向上的振動(dòng)數(shù)據(jù)；

S2振動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)輸出與處理；通過加速度傳感器、井口壓力計(jì)、壓裂車上的流量計(jì)分別同步記錄并輸出井口振動(dòng)頻率及幅值、井口壓力、排量；將各個(gè)監(jiān)測部位采集到的振動(dòng)數(shù)據(jù)處理為振動(dòng)頻率-幅值曲線，將排量與振動(dòng)頻率同步疊加形成對應(yīng)后繪制成排量-振動(dòng)頻率曲線；

S3井口裝置模態(tài)分析；建立壓裂井口裝置全尺寸三維有限元仿真模型，開展模態(tài)分析，得到的模態(tài)振型對應(yīng)的模態(tài)頻率，以模態(tài)頻率作為基準(zhǔn)計(jì)算出共振頻率段，并將共振頻率段疊加至排量-振動(dòng)頻率曲線，形成共振頻率-排量區(qū)域圖版；

S4建立井口裝置法蘭連接螺栓松動(dòng)預(yù)測模型；將步驟S3中共振頻率段內(nèi)對應(yīng)的頻率和幅值作為振動(dòng)載荷輸入，在監(jiān)測部位的內(nèi)部加載出現(xiàn)對應(yīng)頻率時(shí)的井口壓力值，仿真模型輸出螺栓預(yù)緊力變化曲線，當(dāng)螺栓預(yù)緊力隨著振動(dòng)次數(shù)增加呈現(xiàn)不斷下降的趨勢時(shí)，判定螺栓連接發(fā)生松動(dòng)，法蘭連接密封會失效。

S5繪制現(xiàn)場螺栓松動(dòng)預(yù)測模板；根據(jù)螺栓預(yù)緊力變化曲線和共振頻率-排量區(qū)域圖版將導(dǎo)致螺栓松動(dòng)的頻率范圍轉(zhuǎn)換為一個(gè)排量區(qū)域并與井口壓力值對應(yīng)，最終計(jì)算繪制出一個(gè)與井口壓力值和壓力排量值對應(yīng)的螺栓松動(dòng)判定圖版。

2.如權(quán)利要求1所述的頁巖氣壓裂井口裝置螺栓松動(dòng)的分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1壓裂井口裝置振動(dòng)測試；在壓裂井口裝置上安裝若干加速度傳感器，用以檢測壓裂井口裝置不同部位在水平方向上的振動(dòng)數(shù)據(jù)；

S2振動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)輸出與處理；具體包括以下步驟：

S2-1在作業(yè)周期內(nèi)，將加速度傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理后，按照時(shí)間歷程輸出各個(gè)監(jiān)測部位的振動(dòng)頻率以及對應(yīng)的幅值；

S2-2在相同的時(shí)間歷程上同步記錄整個(gè)監(jiān)測過程的井口壓力值和壓力排量的變化；

S2-3監(jiān)測結(jié)束后，將監(jiān)測到的振動(dòng)頻率、幅值、井口壓力、壓力排量疊加在同一時(shí)間歷程上，分析排量與頻率的相關(guān)性和頻率與幅值的相關(guān)性，并繪制出振動(dòng)頻率-幅值曲線和排量-振動(dòng)頻率曲線；

S3井口裝置模態(tài)分析；具體包括以下步驟：

S3-1建立壓裂井口裝置全尺寸三維有限元仿真模型，開展模態(tài)分析，得到每一階模態(tài)振型對應(yīng)的模態(tài)頻率；

S3-2以每一階模態(tài)頻率作為基準(zhǔn)，取模態(tài)頻率大小的±20％劃分每一階模態(tài)頻率對應(yīng)的井口發(fā)生激勵(lì)的共振頻率段；

S3-3將共振頻率段疊加至步驟S2-3繪制的排量-振動(dòng)頻率曲線，在上面標(biāo)出發(fā)生共振的頻段對應(yīng)的排量區(qū)域，形成共振頻率-排量區(qū)域圖版；

S4建立井口裝置法蘭連接螺栓松動(dòng)預(yù)測模型；具體為：建立井口法蘭連接全尺寸仿真模型，選擇步驟S3中共振頻率段內(nèi)對應(yīng)的頻率和幅值作為振動(dòng)載荷輸入，在法蘭內(nèi)部加載出現(xiàn)對應(yīng)頻率時(shí)的井口壓力值，仿真模型輸出螺栓預(yù)緊力變化曲線，當(dāng)螺栓預(yù)緊力隨著振動(dòng)次數(shù)增加呈現(xiàn)不斷下降的趨勢時(shí)，判定螺栓連接發(fā)生松動(dòng)，法蘭連接密封會失效；

S5繪制現(xiàn)場螺栓松動(dòng)預(yù)測模板；具體為：

S5-1在步驟S4基礎(chǔ)上，固定一個(gè)井口壓力值，然后選擇三個(gè)共振頻率段的上、下限值開始逐漸向每個(gè)區(qū)域范圍中間靠攏取頻率值，并依據(jù)振動(dòng)頻率-幅值曲線對應(yīng)的取幅值的值，作為振動(dòng)載荷反復(fù)計(jì)算并判斷螺栓連接是否發(fā)生松動(dòng)，并最終獲得一個(gè)導(dǎo)致螺栓松動(dòng)的頻率范圍；

S5-2將導(dǎo)致螺栓松動(dòng)的頻率范圍根據(jù)前面的排量-振動(dòng)頻率曲線轉(zhuǎn)換為一個(gè)排量區(qū)域并與井口壓力值對應(yīng)；

S5-3不斷改變法蘭內(nèi)部壓力，重復(fù)步驟S5-1取值辦法計(jì)算并判斷，最終計(jì)算繪制出一個(gè)與井口壓力值和壓力排量值對應(yīng)的螺栓松動(dòng)判定圖版。

3.如權(quán)利要求2所述的頁巖氣壓裂井口裝置螺栓松動(dòng)的分析方法，其特征在于，所述步驟S1中，所述加速度傳感器安裝在壓裂井口裝置的每個(gè)法蘭盤(1)的外壁上。

4.如權(quán)利要求3所述的頁巖氣壓裂井口裝置螺栓松動(dòng)的分析方法，其特征在于，所述步驟S1中，每個(gè)法蘭盤(1)的外壁安裝兩個(gè)加速度傳感器，兩個(gè)加速度傳感器安裝在兩個(gè)相互垂直的方向上。