[發明專利]頁巖氣壓裂井口裝置螺栓松動的分析方法

在審

• 申請號: 202110811935.8
• 申請日: 2021-07-19
• 公開（公告）號: CN113356836A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 周浪;張華禮;劉祥康;李玉飛;汪傳磊;陳浩;段蘊琦
• 申請（專利權）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所(普通合伙) 51220
• 代理人: 王鵬程

本發明公開了一種頁巖氣壓裂井口裝置螺栓松動的分析方法，包括以下步驟：S1壓裂井口裝置振動測試；S2振動監測數據輸出與處理；S3井口裝置模態分析；S4建立井口裝置法蘭連接螺栓松動預測模型；S5繪制現場螺栓松動預測模板；本發明通過一套針對性的井口振動測試系統監測現場井口振動參數，并結合仿真分析振動下法蘭連接螺栓發生松動的臨界工程參數，并最終形成現場螺栓松動預測模板，并以此為依據判定井口法蘭連接是否會發生密封失效，能夠實現在現場方便的根據壓裂施工泵壓和壓裂排量即可預測螺栓是否會發生松動，從而控制施工參數或制定螺栓重復預緊制度，消除井口振動導致的井口泄漏；且通過本發明的方法在螺栓松動的過程中就可發現，而不是在泄露后才發現。

技術領域

本發明涉及頁巖氣開發技術領域，尤其是一種頁巖氣壓裂井口裝置螺栓松動的分析方法。

背景技術

頁巖氣是指富含有機質、成熟的暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中由于有機質吸附作用或巖石中存在著裂縫和基質孔隙，使之儲集和保存了一定具商業價值的生物成因、熱解成因及二者混合成因的天然氣。頁巖氣是蘊藏于頁巖層可供開采的天然氣資源，中國的頁巖氣可采儲量較大。頁巖氣的形成和富集有著自身獨特的特點，往往分布在盆地內厚度較大、分布廣的頁巖烴源巖地層中。較常規天然氣相比，頁巖氣開發具有開采壽命長和生產周期長的優點，大部分產頁巖氣分布范圍廣、厚度大，且普遍含氣，這使得頁巖氣井能夠長期地以穩定的速率產氣。

頁巖氣開發需要通過大規模的體積壓裂改造來獲取單井產能，壓裂過程中，頁巖氣井口裝置長時間承受高壓和振動，會造成壓裂井口裝置的法蘭連接螺栓松動，進而使井口裝置的法蘭發生密封失效出現泄漏。經調研，川渝地區頁巖氣井壓裂測試期間井口閘門內漏、滲漏、滴漏和刺漏現象時有發生。泄露不僅影響頁巖氣的產能，而且維修需要停機，也影響了生產效率；此外，由于頁巖氣的開發過程為高壓，一旦發生泄露，突如其來的強大壓力會擊傷工作人員，嚴重的會擊死巡查人員，嚴重危及工作人員的生命安全，具有較大的安全隱患。

傳統對于井口裝置泄露采取的現場技術措施為：加強巡查和定期加固螺栓，上述方法一定程度上消除壓裂和測試時候井口裝置出現泄漏的現場。但是具有一定的滯后性，加強巡查也只能在井口裝置泄露后巡查人員才能發現問題，無法在井口裝置螺栓松動的過程中及時發現問題。因此缺乏一種定量的方法明確導致井口泄漏的工況參數界限，從而制定相關的技術措施避免泄漏的發生。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供一種頁巖氣壓裂井口裝置螺栓松動的分析方法，能夠實現在現場方便的根據壓裂施工泵壓和壓裂排量即可預測螺栓是否會發生松動，從而控制施工參數或制定螺栓重復預緊制度，消除井口振動導致的井口泄漏，也就是說在螺栓松動的過程中就可發現，而不是在泄露后才發現。

本發明所采用的技術方案是：頁巖氣壓裂井口裝置螺栓松動的分析方法，包括以下步驟：

S1壓裂井口裝置振動測試；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數據；

S2振動監測數據輸出與處理；通過加速度傳感器、井口壓力計、壓裂車上的流量計分別同步記錄并輸出井口振動頻率及幅值、井口壓力、排量；將各個監測部位采集到的振動數據處理為振動頻率-幅值曲線，將排量與振動頻率同步疊加形成對應后繪制成排量-振動頻率曲線；

S3井口裝置模態分析；建立壓裂井口裝置全尺寸三維有限元仿真模型，開展模態分析，得到的模態振型對應的模態頻率，以模態頻率作為基準計算出共振頻率段，并將共振頻率段疊加至排量-振動頻率曲線，形成共振頻率-排量區域圖版；

S4建立井口裝置法蘭連接螺栓松動預測模型；將步驟S3中共振頻率段內對應的頻率和幅值作為振動載荷輸入，在監測部位的內部加載出現對應頻率時的井口壓力值，仿真模型輸出螺栓預緊力變化曲線，當螺栓預緊力隨著振動次數增加呈現不斷下降的趨勢時，判定螺栓連接發生松動，法蘭連接密封會失效。