适用于海底钻机保压取心技术的压力损失程度预测方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于海底钻机保压取心技术的压力损失程度预测方法，包括如下步骤：1）对海底钻机所处的工作水深进行区间分段；2）计算每个区间在内外压差作用下的芯管体积变化量；3）计算每个区间由于温度引起的芯管体积膨胀量；4）利用叠加原理计算出每个区间的芯管总体积变化；5）计算出每个区间芯管内的总压降值；6）将每个区间的芯管总压降值相加，得到最终芯管总压降值。本发明专利技术对海底钻机的的工作水深进行区间分段，并考虑了温度变化对管内的压力变化的影响，减小了由于温度变化引起的内压误差，使得计算结果更精确。使得计算结果更精确。使得计算结果更精确。

【技术实现步骤摘要】
适用于海底钻机保压取心技术的压力损失程度预测方法


[0001]本专利技术涉及一种适用于海底钻机保压取心技术的压力损失程度预测方法。

技术介绍

[0002]天然气水合物作为一种高效、清洁的新能源被世界各国视为未来石油和煤炭的理想替代能源，其主要赋存于海底沉积物和陆地永久冻土带，储量相当于全球已知煤、石油、天然气储量的2倍。海域天然气水合物在高压低温的环境下以固体形式存在，其赋存水深一般在1200米到2000米之间。海底天然气水合物在常温常压下具有不稳定性，通常采用保压取心方式对其进行勘探。利用海底钻机进行作业时整个钻孔所需的全部钻管是存储于钻机上的钻具库内并随钻机一同下放至海底。回次钻进结束后，充满岩心的钻管暂存在钻具库中直至全部作业任务结束后随海底钻机一起提出海面。与传统钻探船在回次钻进结束后能够快速将单根钻具提出水面的回收方式相比，在整个提升回收过程中海底钻机的提升速度在不同海水区间段是变化的，且整个提升过程海底钻机在海水中的历时较长。海底钻机配备的是基于薄壁岩心管直接密封原理的小口径薄壁保压取心钻具。现有的保压性能计算方法主要是围绕内外径之比大于1.2的厚壁保压筒所展开。在以往的保压性能预测过程中，通常是直接采用厚壁筒体的压力预测方法对薄壁保压取心钻具的保压性能进行定性预判。在计算的过程中通常不考虑温度变化因素的影响，或者是将回收全过程的温度变化影响以定值系数的方式进行整体考虑。但是适用于海底钻机的小口径薄壁保压钻具在回收的过程中需要穿越不同环境温度的海水层且历时较长。因此用以往的保压性能预测方法对小口径薄壁保压钻具的保压性能进行预测时，会造成理论预测结果与在实际回收工况下出水后的实际测试结果偏差程度较大、在不同作业水深下的预测准确性不稳定等实际问题。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种可以减小将温度对钻具提升过程整体考虑的误差，使得计算结果更精确的适用于海底钻机保压取心技术的压力损失程度预测方法。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种适用于海底钻机保压取心技术的压力损失程度预测方法，包括以下步骤：
[0006]1)对海底钻机所处的工作水深进行区间分段；
[0007]2)计算每个区间在内外压差作用下的体积变化量ΔV
Pi
，i为区间序号，从下向上编号；
[0008]3)计算每个区间由于温度引起的芯管体积膨胀量ΔV
Ti
，
[0009]4)利用叠加原理计算出每个区间的芯管总体积变化ΔVi，
[0010]5)计算出每个区间芯管内的总压降值ΔPi，
[0011]6)将每个区间的芯管总压降值ΔPi相加，得到最终芯管总压降值ΔP。
[0012]上述的适用于海底钻机保压取心技术的压力损失程度预测方法中，步骤2)具体操
作如下：
[0013]σ
ri
＝P
i
R
i2
(1
‑
R
02
/r2)/(R
02
‑
R
i2
)
[0014]σ
θi
＝P
i
R
i2
(1+R
02
/r2)/(R
02
‑
R
i2
)
[0015]σ
Zi
＝P
i
R
i2
/(R
02
‑
R
i2
)
[0016]其中，σ
ri
是第i区间内芯管内部径向应力，σ
θi
是第i区间内芯管内部切向应力，σ
Zi
是第i区间内芯管内部轴向应力,P
i
是第i区间的芯管的内部压力，第i+1区间的芯管的内部压力P
i+1
＝P
i
+ΔPi，P1为保压取心设计压力；R
i
是为第i区间的芯管的内径，第i+1区间的芯管的内径为R
i+1
＝R
i
‑
ΔR
Pi
，R0是芯管的外径，r是应力分析处半径，取r＝R
i
；
[0017]ε
ri
＝[σ
ri
‑
μ(σ
zi
+σ
θi
)]/E
[0018]ε
θi
＝[σ
θi
‑
μ(σ
ri
+σ
Zi
)]/E
[0019]ε
Zi
＝[σ
Zi
‑
μ(σ
ri
+σ
θi
)]/E
[0020]其中，ε
ri
是第i区间内芯管径向应变，ε
θi
是第i区间内芯管切向应变，ε
zi
是第i区间内芯管轴向应变；μ为泊松比，E为弹性模量，
[0021]第i区间内芯管内径的变化量由管体的厚度在内外压差的作用下的变化量求得：
[0022]ΔR
pi
＝δε
ri
[0023]Δh
pi
＝hε
Zi
[0024]ΔV
pi
＝π(R
i
+ΔR
pi
)2(h+Δh
pi
)
‑
πR
i2
h
[0025]其中，δ为芯管的厚度，h为芯管总长度，ΔR
Pi
是第i区间的芯管内径变化量，Δh
Pi
是第i区间的芯管轴向变化量。
[0026]上述的适用于海底钻机保压取心技术的压力损失程度预测方法中，步骤3)具体操作如下：
[0027]ΔL
i
＝α(2πR
i
×
ΔT
i
)
[0028]ΔL0＝α(2πR0×
ΔT
i
)
[0029]Δδ
Ti
＝α(R0‑
R
i
)ΔT
i
[0030]Δh
Ti
＝αhΔT
i
[0031]ΔV
Ti
＝(L
i
+ΔL
i
+L0+ΔL0)(h+Δh
Ti
)(δ+Δδ
Ti
)/2
‑
π(R
02
‑
R
i2
)h
[0032]其中：L
i
为芯管内圆周周长，L
o
为芯管外圆周周长，ΔL
i
为第i区间的芯管内圆周周长的变化量，ΔL
o
为芯管外圆周周长的变化量，ΔT本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于海底钻机保压取心技术的压力损失程度预测方法，包括以下步骤：1)对海底钻机所处的工作水深进行区间分段；2)计算每个区间在内外压差作用下的芯管体积变化量ΔV
Pi
，i为区间序号，从下向上编号；3)计算每个区间由于温度引起的芯管体积膨胀量ΔV
Ti
，4)利用叠加原理计算出每个区间的芯管总体积变化ΔVi，5)计算出每个区间芯管内的总压降值ΔPi，6)将每个区间的芯管总压降值ΔPi相加，得到最终芯管总压降值ΔP。2.根据权利要求1所述的适用于海底钻机保压取心技术的压力损失程度预测方法，步骤2)具体操作如下：σ
ri
＝P
i
R
i2
(1
‑
R
02
/r2)/(R
02
‑
R
i2
)σ
θi
＝P
i
R
i2
(1+R
02
/r2)/(R
02
‑
R
i2
)σ
Zi
＝P
i
R
i2
/(R
02
‑
R
i2
)；其中，σ
ri
是第i区间内芯管内部径向应力，σ
θi
是第i区间内芯管内部切向应力，σ
Zi
是第i区间内芯管内部轴向应力,P
i
是第i区间的芯管的内部压力，第i+1区间的芯管的内部压力P
i+1
＝P
i
+ΔPi，P1为保压取心设计压力；R
i
是为第i区间的芯管的内径，第i+1区间的芯管的内径为R
i+1
＝R
i
‑
ΔR
Pi
，R0是芯管的外径，r是应力分析处半径，取r＝R
i
；ε
ri
＝[σ
ri
‑
μ(σ
zi
+σ
θi
)]/Eε
θi
＝[σ
θi
‑
μ(σ
ri
+σ
Zi
)]/Eε
Zi
＝[σ
Zi
‑
μ(σ
ri
+σ
θi
)]/E；其中，ε
ri
是第i区间内芯管径向应变，ε

【专利技术属性】
技术研发人员：王佳亮，于孟飞，陈晨，孙杨，唐永辉，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：