基于封隔器受力分析的井下射孔测试工具串优化方法技术

本发明专利技术公开了基于封隔器受力分析的井下射孔测试工具串优化方法，它包括以下步骤：S1、建立油管柱‑减震器‑射孔枪动力学模型；S2、建立射孔管柱的振动微分方程；S3、建立减震器振动微分方程；S4、建立油管柱‑减震器‑射孔枪耦合振动方程；S5、求解油管柱‑减震器‑射孔枪偏微分方程。本发明专利技术的有益效果是：开展了油管长度、射孔弹装药量对井下工具的影响研究，研究得出随着油管长度的增加，封隔器的受力相应的增加；油管容易发生螺旋屈曲的部位出现在油管的底部和中间的某一位置；随着装药量的增加，油管所受的拉压力急剧上升，油管更易发生螺旋屈曲，为管串设计提供理论指导；降低管柱的破坏风险；保护井下工具。

Optimization method of hole testing tool string based on stress analysis of packer

The invention discloses a downhole perforation test tool packer force analysis on optimization based method, which comprises the following steps: S1, a tubing shock absorber gun dynamics model; S2, establish the differential equation of vibration of perforated string; S3, a shock absorber vibration differential equation; S4, a tubing string shock absorber gun coupled vibration equation; S5, solving the tubing shock absorber perforating gun partial differential equation. The beneficial effect of the invention is: to carry out the tubing length, perforation of the downhole tool charge, research show that with the increase of tubing length, increase the packer force accordingly; helical buckling of tubing is prone to the site of a location in the middle and bottom of the tubing; with the increase of the charge the tubing, the tensile stress increased sharply, oil is more likely to occur for helical buckling, pipe string design to provide theoretical guidance to reduce the risk of damage; column; protection of downhole tools.

【技术实现步骤摘要】
基于封隔器受力分析的井下射孔测试工具串优化方法
本专利技术涉及基于封隔器受力分析的井下射孔测试工具串优化方法。
技术介绍
射孔作业的目的在于使井筒与油气层之间形成通路，是油气田开采的关键环节。射孔技术的发展与完善对油气田的高效开采具有重要的现实意义和实用价值。射孔作业需要采用射孔管柱系统，该系统包括减震器和射孔管柱，射孔管柱包括油管和射孔枪，油管与减震器连接，减震器与射孔枪连接，射孔枪中填装有爆炸射孔用炸药，射孔枪射孔时，射孔枪内部由爆炸产生的冲击力远远大于管柱或封隔器的容许应力，减震器对射孔产生的能量只起到了缓慢耗散作用，同时防止应力的突然增大对管柱、封隔器以及封隔器上方的仪器造成损坏，然而减震器不能立即完全消除射孔产生的能量，射孔管柱仍然会产生振动且应力波仍然会传递至射孔管柱上端封隔器处，从而引起管柱及封隔器的应力变化，可能会导致射孔管柱发生强度破坏，且封隔器及封隔器上端测试设备也有可能被振坏。近年来，为了提高低渗透油气井的采油(气)量，大装药量射孔弹、高密度射孔器以及加砂、测井联作等技术在国内外得到广泛应用，导致射孔段管柱爆炸冲击载荷强度大幅增加，使得整个井下管柱设备处于十分复本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于封隔器受力分析的井下射孔测试工具串优化方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、根据井下射孔工具的结构分析和射孔工艺分析，作出以下假设：假定油管柱和射孔枪的材料均匀且各向同性；假定减震器为质量‑弹簧‑阻尼系统，忽略减震器的几何形状和质量分布的不均匀性；不考虑封隔器和油管柱之间的相对位移，被视为固定支座；忽略射孔管柱的结构阻尼，仅考虑减震器和液体阻尼；仅考虑射孔管柱的纵向振动；在以上假设的基础上建立油管柱‑减震器‑射孔枪动力学模型；S2、建立射孔管柱的振动微分方程S2(1)、取油管柱的一个微段，进行受力分析并建立射孔管柱力学计算模型；S2(2)、根据达朗贝尔原理得出：

【技术特征摘要】
1.基于封隔器受力分析的井下射孔测试工具串优化方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、根据井下射孔工具的结构分析和射孔工艺分析，作出以下假设：假定油管柱和射孔枪的材料均匀且各向同性；假定减震器为质量-弹簧-阻尼系统，忽略减震器的几何形状和质量分布的不均匀性；不考虑封隔器和油管柱之间的相对位移，被视为固定支座；忽略射孔管柱的结构阻尼，仅考虑减震器和液体阻尼；仅考虑射孔管柱的纵向振动；在以上假设的基础上建立油管柱-减震器-射孔枪动力学模型；S2、建立射孔管柱的振动微分方程S2(1)、取油管柱的一个微段，进行受力分析并建立射孔管柱力学计算模型；S2(2)、根据达朗贝尔原理得出：其中，dx为微段的长度；为微段的惯性力；为液体的阻尼力；为油管内部的弹力；ρgAdx为微段的重力；油管柱的坐标原点为最下端点，竖直向上为正方向；油管柱总长度为L，弹性模量为E，横截面积为A，密度为ρ；弹簧刚度和阻尼分别为k和c，质量块的质量为m，u1(x,t)为坐标原点距离x时的截面位移；S(3)、将公式(2-1)整理变换后得出射孔管柱振动偏微分方程：其中，a为波在射孔管柱中的传播速度，且g为由射孔管柱重量ρAg0简化得到的常数，g0为重力加速度；v为射孔管柱内外液体对射孔管柱的阻尼系数，当射孔管柱内外有流体时，流体会对射孔管柱产生沿管柱轴线方向的阻尼力，阻尼系数v的计算公式为：其中，μ为射孔管柱内外液体的动力粘度；Dc为射孔管柱外径；Dti为射孔管柱内径；Dr为井眼直径；S3、建立减震器振动微分方程S3(1)、由于减震器被视为一个质量-弹簧-阻尼系统，因此建立向上为x轴的正方向的坐标系，同时建立减震器受力计算模型；S3(2)、根据受力平衡得：fk1+fc1＝m1g+fI+fk2+fc2---------------------------------------------(2-4)其中，减震器和油管之间的作用力为弹簧力fk1，阻尼力fc1，减震器和射孔抢之间的弹簧力fk2，阻尼力fc2，除此之外减震器还受到重力m1g，惯性力fI；S3(3)、将公式(2-4)展开得减震器振动微分方程：其中，u1d(t)为油管柱最下部微段的位移；u2(t)为减震器的位移；u3u(t)为射孔枪最上面微端的位移；m1为减震器的质量k为减震器的刚度系数；c为减震器的阻尼系数；S4、建立油管柱-减震器-射孔枪耦合振动方程S4(1)、油管柱最下端耦合振动方程建立，具体步骤如下：S4(1a)、建立油管柱最下端受力示意图，满足力的平衡条件为：S4(1b)、将公式(2-6)展开得出油管柱最下端耦合振动方程：其中，fI1为油管柱下端微段的惯性力，N；moe为油管柱微段的质量，kg；EO为油管柱的弹性模量，MPa；AO为油管柱的横截面积，mm2；S4(2)、建立射孔枪最上端耦合振动方程，具体步骤如下：S4(2a)、建立射孔枪最上端受力示意图，满足力的平衡条件为：S4(2b)、将公式(2-8)展开得出射孔枪最上端耦合振动方程：其中，fI3为射孔枪上端微段的惯性力，N；mpe为射孔枪微段质量，kg；Ep为射孔枪的弹性模量，MPa；Ap为射孔枪的横截面积，mm2；S4(3)、建立射孔枪最下端耦合振动方程，具体步骤如下：S4(3a)、建立射孔枪最下端受力示意图，满足力的平衡条件为：S4(3b)、将公式(2-9)展开得出射孔枪最下端耦合振动方程：其中，fI4为射孔枪下端微段的惯性力，N；u3d为射孔枪底部微段的位移，mm；p(t)为射孔枪的冲击荷载，N；S5、求解油管柱-减震器-射孔枪偏微分方程S5(1)、采用有限差分法对以上公式进行求解，以Δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭晓强，柳军，刘清友，王国荣，刘咸，宋志文，李时德，赵洪亮，刘镇嘉，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51