套管强度核验方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种套管强度核验方法和装置。该方法包括对组合管层上各受力点进行均匀应力场下的受力分析，得到各受力点的均匀径向应力和均匀切向应力；对组合管层上各受力点进行偏差应力场下的受力分析，得到各受力点的非均匀径向应力、非均匀切向应力和剪应力；根据各受力点的均匀径向应力、均匀切向应力、非均匀径向应力、非均匀切向应力和剪应力，获取组合套层中各受力点的应力矩阵；对组合套层中套管上各受力点的应力矩阵进行特征值求解，得到多组特征值；根据多组特征值，获取套管的最大等效应力；根据套管的最大等效应力和套管的屈服强度，确定套管是否发生屈服。本发明专利技术能够进行准确进行套管强度的核验过程。

【技术实现步骤摘要】
套管强度核验方法和装置
本专利技术涉及油气钻井
，尤其涉及一种套管强度核验方法和装置。
技术介绍
油气井中套管承载着支撑井壁和作为地下油气输运通道的作用，对保证钻完井和后期油气开采安全高效运行至关重要。为了保证油气井正常钻井和开采过程，需要选用安全的套管规格参数保证套管强度。且套管规格参数的选用取决于套管强度核验方法，套管强度核验方法越符合地质构造特征与现场工程实际，套管规格参数就越满足全生命周期安全性的要求。在计算套管所承受的外力时，传统套管强度核验方法通常假设套管受到地层的地应力为恒定值，且不会考虑水泥环的影响，因此，该方法必然导致核验结果不准确，使得套管规格参数无法满足安全要求。
技术实现思路
本专利技术提供一种套管强度核验方法和装置，以解决传统套管强度核验方法由于未考虑水泥环的影响及设定套管所受到的地应力为恒力而导致无法准确核验套管强度的问题。本专利技术提供一种套管强度核验方法，包括：对组合管层上各受力点进行均匀应力场下的受力分析，得到各受力点的均匀径向应力和均匀切向应力，其中所述组合管层包括按照预设排列顺序排列的至少一个套管、与所述套管个数相同的水泥环和地层，所述预设排列顺序为所述套管和所述水泥环交替排列，所述套管排列在最内层，所述地层排列在最外层；对所述组合管层上各受力点进行偏差应力场下的受力分析，得到各受力点的非均匀径向应力、非均匀切向应力和剪应力；根据各受力点的均匀径向应力、均匀切向应力、非均匀径向应力、非均匀切向应力和剪应力，获取所述组合套层中各受力点的应力矩阵；对所述组合套层中套管上各受力点的应力矩阵进行特征值求解，得到多组特征值，每组特征值中包括所述套管的三个主应力；根据多组所述特征值，获取所述套管的最大等效应力；根据所述套管的最大等效应力和所述套管的屈服强度，确定所述套管是否发生屈服。可选地，所述根据所述套管的最大等效应力和所述套管的屈服强度，确定所述套管是否发生屈服，包括：当所述套管的最大等效应力小于所述套管的屈服强度，则确定所述套管没有发生屈服；当所述套管的最大等效应力等于或大于所述套管的屈服强度，则确定所述套管发生屈服。可选地，对所述组合管层上各受力点进行均匀应力场下的受力分析，包括：根据第一径向位移表达式、均匀径向应力表达式、均匀切向应力表达式和第一连续条件，获取所述组合管层中相邻接触层之间内接触力和外接触力的关系表达式，其中所述第一连续条件为任一受力点在第一接触层的外表面上的径向位移和在与所述第一接触层相邻的第二接触层的内表面上的径向位移相等，所述第一接触层为所述组合套管层中任一接触层；根据所述组合套管层的内表面上承受的内接触力和所述组合套管的外表面上承受的外接触力，对所述组合管层中相邻接触层之间内接触力和外接触力的关系表达式进行求解，得到所述组合管层中相邻接触层之间内接触力和外接触力；根据所述组合管层中相邻接触层之间内接触力和外接触力、所述均匀径向应力表达式和所述均匀切向应力表达式，获取各受力点的均匀径向应力和均匀切向应力。可选地，通过如下公式(1)和公式(2)得到所述第一径向位移表达式：uri＝Dεθi/2；公式(1)；其中，i＝1,2,...,n-1，n为所述组合套层中接触层的层数，D为所述组合管层上任一受力点到所述受力点所在平面的圆心的距离的二倍，且Di-1≤D≤Di，Di为所述组合管层中第i层接触层上受力点到所述受力点所在平面的圆心的距离的二倍，Di-1为所述组合管层中第i-1层接触层上受力点到所述受力点所在平面的圆心的距离的二倍，uri为第i层接触层的外表面上受力点的第一径向位移，εθi为第i层接触层上受力点的切向应变，Ei为第i层接触层上受力点的弹性模量，μi为第i层接触层上受力点的泊松比，σθi为第i层接触层上受力点的均匀切向应力，σri为第i层接触层上受力点的均匀径向应力。可选地，通过如下公式(3)得到所述均匀径向应力表达式：通过如下公式(4)得到所述均匀切向应力表达式：其中，Pi为第i+1层接触层上受力点承受的内接触力或第i层接触层上受力点承受的外接触力，Pi-1为第i层接触层上受力点承受的内接触力；通过如下公式(5)得到所述第一连续条件：其中，ur(i+1)为第i+1层接触层的内表面上受力点的径向位移；通过如下公式(6)得到所述第一连续条件：AiPi+1-BiPi+CiPi—1＝0公式(6)；其中，Pi+1为第i+1层接触层上受力点承受的外接触力，P0为钻井液对所述组合管层的内表面产生的内接触力，Pn＝(σH+σh)/2为所述组合管层的外表面承受的外接触力，σH为所述组合管层的最大水平主应力，σh为所述组合管层的最小水平主应力。可选地，所述对所述组合管层上各受力点进行偏差应力场下的受力分析，包括：根据第二连续条件、第一边界条件、第二边界条件、第二径向位移表达式、切向位移表达式、非均匀径向应力表达式、非均匀切向应力表达式和剪应力表达式，获取各受力点的非均匀径向应力、非均匀切向应力和剪应力，其中所述第二连续条件为任一受力点在第三接触层的外表面上的非均匀径向应力和剪应力分别和与所述第三接触层相邻的第四接触层的内表面上的非均匀径向应力和剪应力相等，且任一受力点在所述第三接触层的外表面的径向位移和切向位移分别和与所述第四接触层的内表面上的径向位移和切向位移相等，所述第一边界条件为任一受力点在所述组合套层中最内接触层上的非均匀径向应力和剪应力均为零，所述第二边界条件为任一受力点在所述组合套层中最外接触层上的非均匀径向应力和剪应力均为已知值，所述第三接触层为所述组合套管层中任一接触层。可选地，通过如下公式(7)得到所述第二连续条件：其中，i＝1,2,...,n-1，n为所述组合套层中接触层的层数，D为所述组合管层上任一受力点到所述受力点所在平面的圆心的距离的二倍，且Di≤D≤Di+1，Di为所述组合管层中第i层接触层上受力点到所述受力点所在平面的圆心的距离的二倍，Di+1为所述组合管层中第i+1层接触层上受力点到所述受力点所在平面的圆心的距离的二倍，σ′ri为第i层接触层上受力点的非均匀径向应力，σ′r(i+1)为第i+1层接触层上受力点的非均匀径向应力，τ′rθi为第i层接触层上受力点的剪应力，τ′rθ(i+1)为第i+1层接触层上受力点的剪应力，U′ri为第i层接触层的外表面上受力点的第二径向位移，U′r(i+1)为第i+1层接触层的内表面上受力点的径向位移，U′rθi为第i层接触层的外表面上受力点的切向位移，U′rθ(i+1)为第i+1层接触层的内表面上受力点的切向位移；通过如下公式(8)得到所述第一边界条件：其中，σ′r1为所述组合套层中最内接触层上受力点的非均匀径向应力，τ′rθ1为所述组合套层中最内接触层上受力点的剪应力，D0为所述组合管层中最内接触层上受力点到所述受力点所在平面的圆心的距离的二倍；通过如下公式(9)得到所述第二边界条件：S＝(σH-σh)/2其中，σ′rn为所述组合套层中最外接触层上受力点的非均匀径向应力，τ′rθn为所述组合套层中最外接触层上受力点的剪应力，Dn为所述组合管层中最外接触层上受力点到所述受力点所在平面的圆心的距离的二倍，σH为所述组合管层的最大水平主应力，σh为所述组合管层的最小水平主应力；通过如下公式(10)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种套管强度核验方法，其特征在于，包括：对组合管层上各受力点进行均匀应力场下的受力分析，得到各受力点的均匀径向应力和均匀切向应力，其中所述组合管层包括按照预设排列顺序排列的至少一个套管、与所述套管个数相同的水泥环和地层，所述预设排列顺序为所述套管和所述水泥环交替排列，所述套管排列在最内层，所述地层排列在最外层；对所述组合管层上各受力点进行偏差应力场下的受力分析，得到各受力点的非均匀径向应力、非均匀切向应力和剪应力；根据各受力点的均匀径向应力、均匀切向应力、非均匀径向应力、非均匀切向应力和剪应力，获取所述组合套层中各受力点的应力矩阵；对所述组合套层中套管上各受力点的应力矩阵进行特征值求解，得到多组特征值，每组特征值中包括所述套管的三个主应力；根据多组所述特征值，获取所述套管的最大等效应力；根据所述套管的最大等效应力和所述套管的屈服强度，确定所述套管是否发生屈服。

【技术特征摘要】
1.一种套管强度核验方法，其特征在于，包括：对组合管层上各受力点进行均匀应力场下的受力分析，得到各受力点的均匀径向应力和均匀切向应力，其中所述组合管层包括按照预设排列顺序排列的至少一个套管、与所述套管个数相同的水泥环和地层，所述预设排列顺序为所述套管和所述水泥环交替排列，所述套管排列在最内层，所述地层排列在最外层；对所述组合管层上各受力点进行偏差应力场下的受力分析，得到各受力点的非均匀径向应力、非均匀切向应力和剪应力；根据各受力点的均匀径向应力、均匀切向应力、非均匀径向应力、非均匀切向应力和剪应力，获取所述组合套层中各受力点的应力矩阵；对所述组合套层中套管上各受力点的应力矩阵进行特征值求解，得到多组特征值，每组特征值中包括所述套管的三个主应力；根据多组所述特征值，获取所述套管的最大等效应力；根据所述套管的最大等效应力和所述套管的屈服强度，确定所述套管是否发生屈服。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述套管的最大等效应力和所述套管的屈服强度，确定所述套管是否发生屈服，包括：当所述套管的最大等效应力小于所述套管的屈服强度，则确定所述套管没有发生屈服；当所述套管的最大等效应力等于或大于所述套管的屈服强度，则确定所述套管发生屈服。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述组合管层上各受力点进行均匀应力场下的受力分析，包括：根据第一径向位移表达式、均匀径向应力表达式、均匀切向应力表达式和第一连续条件，获取所述组合管层中相邻接触层之间内接触力和外接触力的关系表达式，其中所述第一连续条件为任一受力点在第一接触层的外表面上的径向位移和在与所述第一接触层相邻的第二接触层的内表面上的径向位移相等，所述第一接触层为所述组合套管层中任一接触层；根据所述组合套管层的内表面上承受的内接触力和所述组合套管的外表面上承受的外接触力，对所述组合管层中相邻接触层之间内接触力和外接触力的关系表达式进行求解，得到所述组合管层中相邻接触层之间内接触力和外接触力；根据所述组合管层中相邻接触层之间内接触力和外接触力、所述均匀径向应力表达式和所述均匀切向应力表达式，获取各受力点的均匀径向应力和均匀切向应力。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过如下公式(1)和公式(2)得到所述第一径向位移表达式：uri＝Dεθi/2；公式(1)；其中，i＝1,2,...,n-1，n为所述组合套层中接触层的层数，D为所述组合管层上任一受力点到所述受力点所在平面的圆心的距离的二倍，且Di-1≤D≤Di，Di为所述组合管层中第i层接触层上受力点到所述受力点所在平面的圆心的距离的二倍，Di-1为所述组合管层中第i-1层接触层上受力点到所述受力点所在平面的圆心的距离的二倍，uri为第i层接触层的外表面上受力点的第一径向位移，εθi为第i层接触层上受力点的切向应变，Ei为第i层接触层上受力点的弹性模量，μi为第i层接触层上受力点的泊松比，σθi为第i层接触层上受力点的均匀切向应力，σri为第i层接触层上受力点的均匀径向应力。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过如下公式(3)得到所述均匀径向应力表达式：通过如下公式(4)得到所述均匀切向应力表达式：其中，Pi为第i+1层接触层上受力点承受的内接触力或第i层接触层上受力点承受的外接触力，Pi-1为第i层接触层上受力点承受的内接触力；通过如下公式(5)得到所述第一连续条件：其中，ur(i+1)为第i+1层接触层的内表面上受力点的径向位移；通过如下公式(6)得到所述第一连续条件：AiPi+1-BiPi+CiPi—1＝0公式(6)；其中，Pi+1为第i+1层接触层上受力点承受的外接触力，P0为钻井液对所述组合管层的内表面产生的内接触力，Pn＝(σH+σh)/2为所述组合管层的外表面承受的外接触力，σH为所述组合管层的最大水平主应力，σh为所述组合管层的最小水平主应力。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述组合管层上各受力点进行偏差应力场下的受力分析，包括：根据第二连续条件、第一边界条件、第二边界条件、第二径向位移表达式、切向位移表达式、非均匀径向应力表达式、非均匀切向应力表达式和剪应力表达式，获取各受力点的非均匀径向应力、非均匀切向应力和剪应力，其中所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨沛，卢运虎，周波，张亚云，陈龙，张涛，张重愿，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11