测井仪器井下剩余安全作业时间的实时预测方法及系统技术方案

本发明专利技术属于测井技术相关领域，并公开了一种测井仪器井下剩余安全作业时间的实时预测方法及系统。该方法包括：S1、实时采集井下环境温度及测井仪器节点的温度信号；S2、构建测井仪器的一维瞬态传热模型；依据当前温度信号以及测井仪器一维瞬态传热模型计算出测井仪器未来温度随时间的变化；S3、基于测井仪器未来温度变化曲线获取测井仪器在当前井况下的剩余安全作业时间。该方法具有预测精度较高，计算耗时短，便于编程及嵌入式开发，广泛适用于各种工况等优势。通过本发明专利技术，解决了测井仪器在井下作业期间实时预测剩余安全作业时间的难题，有利于保障测井仪器在高温井下的安全作业。业。业。

【技术实现步骤摘要】
测井仪器井下剩余安全作业时间的实时预测方法及系统


[0001]本专利技术属于测井技术相关领域，更具体地，涉及一种测井仪器井下剩余安全作业时间的实时预测方法及系统。

技术介绍

[0002]随着全球对油气资源需求不断攀升以及浅层油田的枯竭，石油行业开始开采地底更深处的油田。但随着井深的增加，井下温度也会随之升高，行业内把井温205℃、井下压力140MPa的井定义为高温高压井。测井仪器常用于勘探深层地底下的油气资源分布，在石油行业得到广泛应用。勘探及开采高温高压井的难度非常大，一个重大的挑战就是井下的高温问题，测井仪器内部的电路板无法耐受200+℃的高温，在井下极易热失效。
[0003]为保障测井仪器电路板在高温井下的正常作业，常采用热管理的方式对其进行热保护。热管理方法分为被动式和主动式两种，主动式热管理由于需要额外供电，带有运动部件，可靠性较差等问题尚未得到广泛运用。国内石油行业普遍采用的是“隔热
‑
储热
‑
导热”三种技术联用的被动式热管理方法，采用金属保温瓶将电路板保护起来隔绝环境的高温，同时采用相变材料进行电路板自发热的临时储存，通过金属骨架、热管等手段减小电路板与相变材料间的传热热阻。凭借这套热管理系统，可以较好地保障测井仪器在一段时间内的热控温。
[0004]由于相变材料的储热量有限，不可能满足长时间的控温需求，测井仪器内电路板还是会在某一时刻超过电路最高耐受温度。因此，为保障测井仪器的安全作业，测井工人往往需要知道在当前井下环境、当前的测井仪器状况下测井仪器还能正常工作多长时间，以此为依据安排井下作业进程。商业有限元软件如ANSYS可以仿真出测井仪器未来的温度走向，从而获得测井仪器剩余工作时长，然而需要耗费大量计算时间，无法满足实时预测的需求。CN 113190955A的中国专利技术专利公开了“一种用于测井仪器的温度预测模型生成方法”，设计了一种基于改进的自适应扩展卡尔曼滤波器温度预测模型，本质上为基于数据集驱动的预测方法，不涉及测井仪器传热的物理过程，因而仅仅能预测未来几十分钟的温度变化趋势，对于未来更长时间的温度预测，该方法无法保证精度。因此，对于复杂井况下测井仪器剩余安全作业时间的实时预测，无论是商业有限元方法还是基于数据驱动的温度预测模型，均无法同时满足实时性、且较高精度地预测任意工况下温度趋势的需求。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种测井仪器井下剩余安全作业时间的实时预测方法及系统，其目的在于，实时且较高精度地预测测井仪器在任意工况下的温度趋势。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种测井仪器井下剩余安全作业时间的实时预测方法，包括以下步骤：
[0007]S1、实时采集井下环境温度及测井仪器节点的温度信号；
[0008]S2、构建测井仪器的一维瞬态传热模型，所述一维瞬态传热模型如下：
[0009][0010]式中，T表示节点温度，m表示参与换热的节点个数，Q表示节点的自发热功耗，ρ表示节点密度，c表示节点的比热容，V表示节点的体积，上标t表示当前时刻，Δt表示时间步长，下标i、j表示节点编号，R
ij
表示相邻节点i、j之间的热阻；
[0011]依据当前温度信号以及测井仪器一维瞬态传热模型计算出测井仪器未来温度随时间的变化；
[0012]S3、基于测井仪器未来温度变化曲线获取测井仪器在当前井况下的剩余安全作业时间。
[0013]进一步地，步骤S2包括如下子步骤：
[0014]S2.1、将测井仪器离散为i个节点，分别定义为节点1，节点2，节点3，
……
节点i；
[0015]S2.2、将输入的井下环境温度作为传热模型的第三类边界条件，将输入的测井仪器节点温度作为节点的初始温度条件；
[0016]S2.3、计算相邻节点i与相邻节点j之间的热阻R
ij
；
[0017]S2.4、基于权利要求1的步骤S2中所述的一维瞬态传热模型从t时刻温度场推算t+1时刻i节点的温度，循环遍历所有节点，从t时刻温度场推算出t+1时刻温度场；
[0018]S2.5、重复迭代步骤S2.4，直至出现目标节点的温度大于或等于设定的临界温度，获得测井仪器未来温度随时间变化数据。
[0019]进一步地，步骤S2.4中的临界温度比目标节点最高耐受温度低10～20℃。
[0020]进一步地，测井仪器剩余安全作业时间为测井仪器一维瞬态传热模型中停止迭代时所对应的t与当前时间的差值，停止迭代时所对应的t即为寿命终止时间。
[0021]进一步地，对于吸热剂节点，若吸热剂为相变材料，则利用等效热容法处理相变材料的相变潜热问题，将相变潜热等效为比热容的函数，相变材料的等效热容法控制方程如下：
[0022]ρ
PCM
＝θ
·
ρ
PCM.s
+(1
‑
θ)
·
ρ
PCM.l
[0023][0024][0025][0026]式中，ρ
PCM
、ρ
PCM.s
、ρ
PCM,l.
分别表示相变材料的真实密度及相变材料在纯固体、纯液体状态下的密度，c
PCM
、c
PCM.s
、c
PCM,l
分别表示相变材料的真实比热容及相变材料在纯固体、
纯液体状态下的比热容，V
PCM.s
、V
PCM,l
分别表示相变材料固态体积及液态体积，T
m
表示相变材料的熔点，ΔT表示相转变间隔，L表示相变材料的潜热，θ(T)表示固态相变材料占相变材料整体的体积分数，是与熔点相关的分段函数，α
m
代表从固相到液相的相转变质量分数。
[0027]进一步地，步骤S2.2中，传热模型包括节点与井下环境的对流换热，节点受到来自环境方面的热流由以下方程控制：
[0028]Q
i
＝h
·
A
i
·
(T
out
‑
T
i
)
[0029]式中，Q
i
表示节点i与井下环境的换热热流，A
i
表示节点i与井下环境的对流换热面积，h为测井仪器与井下环境的对流换热系数，T
out
表示井下环境温度，T
i
表示节点当前时刻节点i的温度；
[0030]将井仪器节点温度作为节点的初始温度条件输入，即：
[0031][0032]其中，表示节点i在初始时刻的温度，T
iinput
表示节点i实时输入的实测温度。
[0033]进一步地，步骤S2.3中，根据傅里叶导热定律及中间差分法计算相邻节点i、j之间的热阻R
ij
：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测井仪器井下剩余安全作业时间的实时预测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、实时采集井下环境温度及测井仪器节点的温度信号；S2、构建测井仪器的一维瞬态传热模型，所述一维瞬态传热模型如下：式中，T表示节点温度，m表示参与换热的节点个数，Q表示节点的自发热功耗，ρ表示节点密度，c表示节点的比热容，V表示节点的体积，上标t表示当前时刻，Δt表示时间步长，下标i、j表示节点编号，R
ij
表示相邻节点i、j之间的热阻；依据当前温度信号以及测井仪器一维瞬态传热模型计算出测井仪器未来温度随时间的变化；S3、基于测井仪器未来温度变化曲线获取测井仪器在当前井况下的剩余安全作业时间。2.如权利要求1所述的一种测井仪器井下剩余安全作业时间的实时预测方法，其特征在于，步骤S2包括如下子步骤：S2.1、将测井仪器离散为i个节点，分别定义为节点1，节点2，节点3，
……
节点i；S2.2、将输入的井下环境温度作为传热模型的第三类边界条件，将输入的测井仪器节点温度作为节点的初始温度条件；S2.3、计算相邻节点i与相邻节点j之间的热阻R
ij
；S2.4、基于权利要求1的步骤S2中所述的一维瞬态传热模型从t时刻温度场推算t+1时刻i节点的温度，循环遍历所有节点，从t时刻温度场推算出t+1时刻温度场；S2.5、重复迭代步骤S2.4，直至出现目标节点的温度大于或等于设定的临界温度，获得测井仪器未来温度随时间变化数据。3.如权利要求2所述的一种测井仪器井下剩余安全作业时间的实时预测方法，其特征在于，步骤S2.4中的临界温度比目标节点最高耐受温度低10～20℃。4.如权利要求2所述的一种测井仪器井下剩余安全作业时间的实时预测方法，其特征在于，测井仪器剩余安全作业时间为测井仪器一维瞬态传热模型中停止迭代时所对应的t与当前时间的差值，停止迭代时所对应的t即为寿命终止时间。5.如权利要求2所述的一种测井仪器井下剩余安全作业时间的实时预测方法，其特征在于，对于吸热剂节点，若吸热剂为相变材料，则利用等效热容法处理相变材料的相变潜热问题，将相变潜热等效为比热容的函数，相变材料的等效热容法控制方程如下：ρ
PCM
＝θ
·
ρ
PCM.s
+(1
‑
θ)
·
ρ
PCM.l
式中，ρ
PCM
、ρ
PCM.s
、ρ
PCM,l.
分别表示相变材料的真实密度及相变材料在纯固体、纯液体状态下的密度，c
PCM
...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗小兵，蓝威，魏福龙，邓超，彭嘉乐，王宇君，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：