[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 202211225635.2
• 申請日: 2022-10-09
• 公開（公告）號: CN116011270B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）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(chǎn)權(quán)代理有限公司 11470
• 代理人: 楊蘭蘭;朱寶莉

本發(fā)明提供了一種考慮沖蝕的射孔套管安全性評價方法，屬于石油與天然氣開采技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明分析在大規(guī)模加砂壓裂下沖蝕作用對射孔套管的影響，規(guī)則化孔眼沖蝕形貌，計算孔眼沖蝕量，確定在套管壁厚與孔眼沖蝕量影響下使射孔套管安全服役的最小壁厚與最大孔眼沖蝕量，繪制在對應(yīng)非均勻外擠壓力工況下的等效應(yīng)力圖版，可預(yù)測臨界壁厚與臨界孔眼沖蝕量區(qū)間內(nèi)射孔套管的等效應(yīng)力，通過與套管屈服強度對比以判斷套管是否安全。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油與天然氣開采技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種考慮沖蝕的射孔套管安全性評價方法。

背景技術(shù)

壓裂是有效開發(fā)非常規(guī)油氣藏的一項關(guān)鍵技術(shù)，由于其壓裂體積大、改造段數(shù)多、排量大等特點，固液兩相對套管沖蝕劇烈，在惡劣的受載情況下，射孔套管孔眼擴徑、局部壁厚減薄等沖蝕作用下套管強度大幅降低，影響后續(xù)工作開展。調(diào)研顯示，壓裂導(dǎo)致射孔套管套損嚴(yán)重，以瑪湖地區(qū)為例，在射孔套管孔眼為10mm的初始條件下，壓裂和生產(chǎn)過程中均發(fā)現(xiàn)最大直徑可達30mm的礫石，利用井下檢測裝置對比孔眼壓裂前后形貌，孔眼沖蝕面積增加，孔眼沖蝕形貌復(fù)雜，沖蝕規(guī)律不明確。

大規(guī)模加砂壓裂下射孔套管的安全性能與工況是具有動態(tài)特征。一方面是套管內(nèi)壁和孔眼系統(tǒng)受沖蝕作用隨時間變化，二者沖蝕程度增加都會導(dǎo)致射孔套管安全性能衰弱。另一方面，壓裂過程中地層應(yīng)力重分布、巖石性能下降等因素也在不斷變化，套管受載特征更加復(fù)雜。目前井下套管柱沖蝕研究多基于完整套管，射孔破壞了套管的完整性，其剩余強度已經(jīng)發(fā)生了下降，在同時考慮沖蝕作用下的射孔套管安全評價具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供了一種考慮沖蝕的射孔套管安全性評價方法，分析在大規(guī)模加砂壓裂下沖蝕作用對射孔套管的影響，規(guī)則化孔眼沖蝕形貌，計算孔眼沖蝕量，確定在套管壁厚與孔眼沖蝕量影響下使射孔套管安全服役的最小壁厚與最大孔眼沖蝕量，繪制在對應(yīng)非均勻外擠壓力工況下的等效應(yīng)力圖版，可預(yù)測臨界壁厚與臨界孔眼沖蝕量區(qū)間內(nèi)射孔套管的等效應(yīng)力，通過與套管屈服強度對比以判斷套管是否安全。

本發(fā)明提供了一種考慮沖蝕的射孔套管安全性評價方法，包括如下步驟：

步驟一：獲取地質(zhì)參數(shù)和固井參數(shù)，確定下入的套管尺寸、套管力學(xué)性能參數(shù)及垂深；

步驟二：建立地層-水泥環(huán)-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(huán)-套管三維有限元模型中水泥環(huán)-套管部分的接觸力，結(jié)合射孔套管有限元模型計算射孔套管孔眼等效應(yīng)力；

步驟四：建立射孔套管狀態(tài)檢測模型；

步驟五：繪制壓裂后射孔套管安全評價圖版。

優(yōu)選地，所述地質(zhì)參數(shù)包括：巖石彈性模量、巖石泊松比、巖石內(nèi)摩擦角、巖石內(nèi)聚力、水平最小主應(yīng)力、水平最大主應(yīng)力和垂直主應(yīng)力。

優(yōu)選地，所述固井參數(shù)包括：水泥環(huán)厚度、水泥環(huán)彈性模量和水泥環(huán)泊松比。

優(yōu)選地，所述套管尺寸包括套管外徑和套管厚度。

優(yōu)選地，所述套管力學(xué)性能參數(shù)包括：套管彈性模量、套管泊松比和套管屈服強度。

優(yōu)選地，步驟二所述地層-水泥環(huán)-套管三維有限元模型幾何參數(shù)為：以套管為軸建立長方體區(qū)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(nèi)依次為地層、水泥環(huán)和套管，射孔套管有限元模型射孔套管與地層-水泥環(huán)-套管三維有限元模型的套管的長度、內(nèi)外徑尺寸和射孔參數(shù)相同。

優(yōu)選地，長方體沿軸向的長l為1.5～2m，正方形的邊長w為10～20m。

優(yōu)選地，所述射孔參數(shù)包括：孔數(shù)、孔距、相位角和孔徑。