[發明專利]一種考慮沖蝕的射孔套管安全性評價方法

有效

• 申請號: 202211225635.2
• 申請日: 2022-10-09
• 公開（公告）號: CN116011270B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 潘玉婷;王林生;李建民;石善志;田剛;陳希;唐偉;曾德智;謝勃勃;王熙
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;E21B47/00;E21B47/007;G06F119/14
• 代理公司: 北京精金石知識產權代理有限公司 11470
• 代理人: 楊蘭蘭;朱寶莉

1.一種考慮沖蝕的射孔套管安全性評價方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：獲取地質參數和固井參數，確定下入的套管尺寸、套管力學性能參數及垂深；

步驟二：建立地層-水泥環-套管三維有限元模型和射孔套管有限元模型；

步驟三：計算所述地層-水泥環-套管三維有限元模型中水泥環-套管部分的接觸力，結合射孔套管有限元模型計算射孔套管孔眼等效應力；

步驟四：建立射孔套管狀態檢測模型；

步驟五：繪制壓裂后射孔套管安全評價圖版；

步驟五中繪制壓裂后射孔套管安全評價圖版時依據如下規則，確定臨界壁厚和臨界孔眼沖蝕量：

壓裂后，若射孔套管壁厚越小或孔眼沖蝕量越大，則射孔套管越容易處于風險狀態；

設定孔眼沖蝕量為0，在射孔套管壁厚區間[0,D]內運用二分法尋找使得射孔套管處于安全狀態的最小壁厚，此時最小壁厚為臨界壁厚；

設定射孔套管壁厚為初始厚度，在孔眼沖蝕量區間[0,m_max]內運用二分法尋找使得射孔套管仍處于安全狀態的最大孔眼沖蝕量，此時最大孔眼沖蝕量為臨界孔眼沖蝕量，當R＝r+D時，孔眼沖蝕量達到最大；

其中，

D為射孔套管初始厚度，m；

R為沖蝕后孔眼半徑，m；

r為初始孔眼半徑，m；

m_max為最大孔眼沖蝕量；

每個孔眼沖蝕形貌完全相同，孔眼沖蝕量包括孔眼擴徑沖蝕量以及局部壁厚沖蝕量，局部壁厚沖蝕量與孔徑增加量有關計算公式如下：

m＝m₁+m₂

其中：

m₁＝Dπ(R²-r²)ρ(R≤r+D)

式中：

m為孔眼沖蝕量，kg；

m₁為孔眼擴徑沖蝕量，kg；

m₂為局部壁厚沖蝕量，kg；

ρ為套管材料密度kg/m³。

2.根據權利要求1所述的考慮沖蝕的射孔套管安全性評價方法，其特征在于，所述地質參數包括：巖石彈性模量、巖石泊松比、巖石內摩擦角、巖石內聚力、水平最小主應力、水平最大主應力和垂直主應力。

3.根據權利要求1所述的考慮沖蝕的射孔套管安全性評價方法，其特征在于，所述固井參數包括：水泥環厚度、水泥環彈性模量和水泥環泊松比。

4.根據權利要求1所述的考慮沖蝕的射孔套管安全性評價方法，其特征在于，所述套管尺寸包括套管外徑和套管厚度。

5.根據權利要求1所述的考慮沖蝕的射孔套管安全性評價方法，其特征在于，所述套管力學性能參數包括：套管彈性模量、套管泊松比和套管屈服強度。

6.根據權利要求1所述的考慮沖蝕的射孔套管安全性評價方法，其特征在于，步驟二所述地層-水泥環-套管三維有限元模型幾何參數為：以套管為軸建立長方體區域，其中與套管垂直的兩個對面為正方形，確定長方體沿軸向的長和正方形的邊長，由外向內依次為地層、水泥環和套管，射孔套管有限元模型射孔套管與地層-水泥環-套管三維有限元模型的套管的長度、內外徑尺寸和射孔參數相同。

7.根據權利要求6所述的考慮沖蝕的射孔套管安全性評價方法，其特征在于，長方體沿軸向的長為1.5～2m，正方形的邊長為10～20m。

8.根據權利要求6所述的考慮沖蝕的射孔套管安全性評價方法，其特征在于，所述射孔參數包括：孔數、孔距、相位角和孔徑。

9.根據權利要求1所述的考慮沖蝕的射孔套管安全性評價方法，其特征在于，步驟三計算地層-水泥環-套管三維有限元模型中水泥環與套管之間的接觸力P₀；得到接觸力P₀后，導入射孔套管有限元模型射孔套管外壁面作為非均勻外擠壓力，進一步計算得到射孔套管有限元模型等效應力。