一种基于射孔爆轰效应的油管柱的安全性能评估方法技术

本发明专利技术涉及油气井安全技术领域，公开了一种基于射孔爆轰效应的油管柱的安全性能评估方法，包括：

【技术实现步骤摘要】
一种基于射孔爆轰效应的油管柱的安全性能评估方法


[0001]本专利技术涉及油气井安全
，具体涉及一种基于射孔爆轰效应的油管柱的安全性能评估方法
。

技术介绍

[0002]随着勘探开发逐渐向深部储层发展，超深超高压含硫气井试油难度增大，射孔作业逐渐采用高密度射孔器及大威力射孔弹，射孔段管柱在大能量爆轰载荷作用下力学性能产生显著变化，很容易发生管柱的屈曲失稳
、
损伤断裂以及封隔器的坐封失效等问题
(
见图
2)。
[0003]目前，常规油管柱设计往往基于静力学思想或方法，未考虑射孔爆轰效应对管柱的影响，理想状态下的静载荷破坏理论分析有失精准且无法获得复杂条件下结构局部动态力学响应与整体失稳的内在联系，不能完全有效的解决气井管柱设计的所有问题，特别是需要实施射孔酸化测试联作技术的井
。
[0004]常规油管柱设计主要考虑活塞效应
、
屈曲效应
、
鼓胀效应
、
及温度效应的影响，动力学方面也仅仅局限于管柱振动方面的研究
。
对于管柱在射孔爆轰效应下的研究较少，尤其是基于爆炸力学
、
冲击波理论及管柱结构动力学方面的研究
。
国内外研究目前主要通过有限元数值模拟方法对井筒流体波动压力和射孔段管柱动态响应进行分析，但在分析过程中未考虑管柱初始高压及流固耦合作用
。
[0005]随着超深小井眼气井数量的增加，射孔爆轰效应尤为突出，常规管柱力学校核未考虑爆轰效应的影响，导致管柱的安全性能评估不到位，使得在施工过程中管柱存在损伤风险
。

技术实现思路

[0006]针对
技术介绍
存在的问题，本专利技术提出一种基于射孔爆轰效应的油管柱的安全性能评估方法，考虑了射孔瞬态冲击载荷对管柱强度的影响，使得油气井管柱结构设计考虑因素更加全面，安全性能的考虑更加完善，为超深井管柱结构的优化及试油安全控制措施的制定提供了科学的理论支撑
。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0008]一种基于射孔爆轰效应的油管柱的安全性能评估方法，包括：
[0009]S1、
确定油管柱的射孔爆轰效应影响因素；
[0010]S2、
通过确定的射孔爆轰效应影响因素计算油管柱的爆轰效应相关参数；
[0011]S3、
通过对比所述爆轰效应相关参数，基于管柱屈服理论评估油管柱的安全性并计算所述油管柱的安全系数
。
[0012]作为优化，所述射孔爆轰效应影响因素包括射孔弹参数
、
射孔参数
、
射孔段套管参数
、
射孔段油管参数
、
封隔器参数
、
施工参数
、
储层参数
。
[0013]作为优化，其中，
[0014]所述射孔弹参数包括：炸药类型
、
装药质量
、
装药密度；
[0015]所述射孔参数包括：射孔密度
、
射孔相位
、
射孔孔径
、
射孔枪型
、
射孔顶界
、
射孔底界；
[0016]所述射孔段套管参数包括：射孔段套管外径
、
射孔段套管壁厚
、
射孔段套管材质钢级；
[0017]所述射孔段油管参数包括：射孔段油管外径
、
射孔段油管壁厚以及射孔段油管材质钢级；
[0018]所述封隔器参数包括：封隔器类型
、
坐封位置以及抗拉强度；
[0019]所述施工参数包括：人工井底
、
筛管顶界
、
筛管底界
、
射孔液密度
、
减震器位置以及减震器数量；
[0020]所述储层参数包括：岩石抗压强度
、
弹性模量
、
泊松比
、
地应力
、
孔隙度以及渗透率
。
[0021]作为优化，所述爆轰效应相关参数包括射孔爆轰参数
、
射孔爆轰峰值压力
、
射孔脉动压力
、
作用于射孔油管柱底部的爆轰载荷以及射孔油管柱所受应力
。
[0022]作为优化，所述射孔爆轰参数包括爆热
、
爆温
、
爆容
、
爆速
、
爆压，其中，
[0023]所述爆热
Q
jr
的计算公式为：
[0024]Q
jr
＝
Q2‑3+
Δ
nRM
；
[0025]其中，
Q2‑3为定压爆热，
△
n
为爆轰产物中气体成分的摩尔数之和；
R
为理想气体适普常数；
M
为炸药的相对分子量；
[0026]所述爆温
T
jw
的计算公式为：
[0027]T
jw
＝
∑n
i
Δ
E
i
；
[0028]其中，
n
i
为爆炸产物
i
，
Δ
E
i
为爆炸产物
i
内能；
[0029]所述爆容
V
jv
的计算公式为：
[0030][0031]其中，
u
i
为爆炸产物
i
组分的摩尔数；
v
j
为炸药
j
组分的摩尔数；
M
j
为炸药
j
组分的分子量；
m
和
n
为爆炸产物和炸药的组分数；
[0032]所述爆速
V
j
的计算公式为：
[0033][0034]其中，
v
max
为聚能炸药理论密度时的爆速，
ρ0为实际装炸药密度，
ρ
max
为炸药
(
单质炸药或混合炸药
)
的理论密度；
[0035]所述爆压
p
Jv
的计算公式为：
[0036]p
Jv
＝
15.58(
φ
e
W)
ρ
20
；
[0037]其中，
φ
e
为混合聚能炸药中爆炸成分的
φ
值；
W
为混合聚能炸药中爆炸成分的质量分数
。
[0038]作为优化，所述射孔爆轰峰值压力的计算公式为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于射孔爆轰效应的油管柱的安全性能评估方法，其特征在于，包括：
S1、
确定油管柱的射孔爆轰效应影响因素；
S2、
通过确定的射孔爆轰效应影响因素计算油管柱的爆轰效应相关参数；
S3、
通过对比所述爆轰效应相关参数，基于管柱屈服理论评估油管柱的安全性并计算所述油管柱的安全系数
。2.
根据权利要求1所述的一种基于射孔爆轰效应的油管柱的安全性能评估方法，其特征在于，所述射孔爆轰效应影响因素包括射孔弹参数
、
射孔参数
、
射孔段套管参数
、
射孔段油管参数
、
封隔器参数
、
施工参数
、
储层参数
。3.
根据权利要求2所述的一种基于射孔爆轰效应的油管柱的安全性能评估方法，其特征在于，其中，所述射孔弹参数包括：炸药类型
、
装药质量
、
装药密度；所述射孔参数包括：射孔密度
、
射孔相位
、
射孔孔径
、
射孔枪型
、
射孔顶界
、
射孔底界；所述射孔段套管参数包括：射孔段套管外径
、
射孔段套管壁厚
、
射孔段套管材质钢级；所述射孔段油管参数包括：射孔段油管外径
、
射孔段油管壁厚以及射孔段油管材质钢级；所述封隔器参数包括：封隔器类型
、
坐封位置以及抗拉强度；所述施工参数包括：人工井底
、
筛管顶界
、
筛管底界
、
射孔液密度
、
减震器位置以及减震器数量；所述储层参数包括：岩石抗压强度
、
弹性模量
、
泊松比
、
地应力
、
孔隙度以及渗透率
。4.
根据权利要求1所述的一种基于射孔爆轰效应的油管柱的安全性能评估方法，其特征在于，所述爆轰效应相关参数包括射孔爆轰参数
、
射孔爆轰峰值压力
、
射孔脉动压力
、
作用于射孔油管柱底部的爆轰载荷以及射孔油管柱所受应力
。5.
根据权利要求4所述的一种基于射孔爆轰效应的油管柱的安全性能评估方法，其特征在于，所述射孔爆轰参数包括爆热
、
爆温
、
爆容
、
爆速
、
爆压，其中，所述爆热
Q
jr
的计算公式为：
Q
jr
＝
Q2‑3+
Δ
nRM
；其中，
Q2‑3为定压爆热，
△
n
为爆轰产物中气体成分的摩尔数之和；
R
为理想气体适普常数；
M
为炸药的相对分子量；所述爆温
T
jw
的计算公式为：
T
jw
＝
∑n
i
Δ
E
i
；其中，
n
i
为爆炸产物
i
，
Δ
E
i
为爆炸产物
i
内能；所述爆容
V
jv
的计算公式为：其中，
u
i
为爆炸产物
i
组分的摩尔数；
v
j
为炸药
j
组分的摩尔数；
M
j
为炸药
j
组分的分子量；
m
和
n
为爆炸产物和炸药的组分数；所述爆速
V
j
的计算公式为：
其中，
v
ma...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑鹏飞，郑有成，张华礼，李玉飞，唐庚，张林，陆林峰，王汉，彭庚，
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：