[發明專利]深井淺層大狗腿井段鉆柱疲勞斷裂預測方法及裝置

在審

• 申請號: 202211528607.8
• 申請日: 2022-11-30
• 公開（公告）號: CN115879295A
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 張佳偉;王慶;黃洪春;紀國棟;劉偉;鄒靈戰;卓魯斌;郝晨;于金平;張宏源;李洪;常龍
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油集團工程技術研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 趙秀峰

1.一種深井淺層大狗腿井段鉆柱疲勞斷裂預測方法，其特征在于，包括：

根據趟鉆井段工程參數確定鉆柱的應力參數；

根據所述應力參數建立所述鉆柱疲勞裂紋拓展速率計算模型；

根據所述鉆柱疲勞裂紋拓展速率計算模型預測所述鉆柱疲勞強度。

2.根據權利要求1所述的深井淺層大狗腿井段鉆柱疲勞斷裂預測方法，其特征在于，所述工程參數包括鉆進工程參數以及井筒工程參數；

所述鉆進工程參數包括：鉆壓、轉速、扭矩、立壓、鉤載、鉆時以及鉆井液密度；

所述井筒工程參數包括：井身結構、井斜方位以及鉆柱組合。

3.根據權利要求1所述的深井淺層大狗腿井段鉆柱疲勞斷裂預測方法，其特征在于，所述應力參數包括：彎曲應力、軸向應力、剪切應力、周向應力以及切向應力應力數值。

4.根據權利要求1所述的深井淺層大狗腿井段鉆柱疲勞斷裂預測方法，其特征在于，所述根據所述應力參數建立所述鉆柱疲勞裂紋拓展速率計算模型，包括：

基于鉆柱裂紋擴展評估方法，根據鉆柱界面最大應力差、最小應力差、F裂紋幾何形狀因子、截面應力比、鉆柱材料斷裂韌性指數、初始裂紋尺寸、臨界裂紋尺寸以及材料常數建立所述鉆柱疲勞裂紋拓展速率計算模型。

5.根據權利要求1所述的深井淺層大狗腿井段鉆柱疲勞斷裂預測方法，其特征在于，所述根據所述鉆柱疲勞裂紋拓展速率計算模型預測所述鉆柱疲勞強度，包括：

根據所述鉆柱疲勞裂紋拓展速率計算模型計算截面在每個計算節點達到疲勞斷裂對應循環周次；

根據所述鉆柱實際旋轉周數確定每個計算節點的鉆柱相對疲勞系數；

根據每個計算節點的鉆柱相對疲勞系數計算截面井段鉆進累積疲勞系數；

根據多個截面井段鉆進累積疲勞系數確定已鉆井段的累積疲勞系數，以預測所述鉆柱疲勞強度。

6.根據權利要求5所述的深井淺層大狗腿井段鉆柱疲勞斷裂預測方法，其特征在于，還包括：

當所述已鉆井段的累積疲勞系數超過預設閾值時，降低轉速、提高機械鉆速以及更換鉆柱組合，直至所述已鉆井段的累積疲勞系數小于預設閾值。

7.一種深井淺層大狗腿井段鉆柱疲勞斷裂預測裝置，其特征在于，包括：

應力參數確定模塊，用于根據趟鉆井段工程參數確定鉆柱的應力參數；

計算模型建立模塊，用于根據所述應力參數建立所述鉆柱疲勞裂紋拓展速率計算模型；

疲勞強度預測模塊，用于根據所述鉆柱疲勞裂紋拓展速率計算模型預測所述鉆柱疲勞強度。

8.根據權利要求7所述的深井淺層大狗腿井段鉆柱疲勞斷裂預測裝置，其特征在于，所述工程參數包括鉆進工程參數以及井筒工程參數；

所述鉆進工程參數包括：鉆壓、轉速、扭矩、立壓、鉤載、鉆時以及鉆井液密度；

所述井筒工程參數包括：井身結構、井斜方位以及鉆柱組合。

9.根據權利要求7所述的深井淺層大狗腿井段鉆柱疲勞斷裂預測裝置，其特征在于，所述應力參數包括：彎曲應力、軸向應力、剪切應力、周向應力以及切向應力應力數值。

10.根據權利要求7所述的深井淺層大狗腿井段鉆柱疲勞斷裂預測裝置，其特征在于，所述計算模型建立模塊包括：

計算模型建立單元，用于基于鉆柱裂紋擴展評估方法，根據鉆柱界面最大應力差、最小應力差、F裂紋幾何形狀因子、截面應力比、鉆柱材料斷裂韌性指數、初始裂紋尺寸、臨界裂紋尺寸以及材料常數建立所述鉆柱疲勞裂紋拓展速率計算模型。