[发明专利]深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法及装置

说明书

本申请实施例提供了一种深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法及装置，该方法包括：确定套管的压力载荷及抗压强度的概率分布；根据所述概率分布确定所述套管的静态性失效概率；根据压裂施工曲线和压裂施工记录，获取套管的在线工况监测参数，确定所述在线工况监测参数与套管失效概率之间的价值函数，并根据所述价值函数确定压裂过程中所述套管的动态性失效概率；根据所述静态性失效概率及所述动态性失效概率，构建所述套管的风险评估矩阵，并根据所述风险评估矩阵评估所述套管的失效风险。本申请实施例可实现深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估。

技术领域

本申请涉及页岩油气开发过程中的压裂套管风险评估领域，尤其是涉及一种深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法及装置。

背景技术

页岩油气深井超深井开发过程中，套管需承载多重循环反复的载荷谱，尤其随着高压力、大排量、连续化等压裂作业模式的推广和应用，大大增加了其挤毁变形的几率，导致后续作业困难、严重影响施工进程。

传统的套管承载能力分析与评估主要采用安全系数法，以强度和最大载荷的比值、与预设的安全系数相比作为安全与否的标志。其不足主要表现在以下4个方面：①将强度和载荷参数视为定值，不考虑套管参数的随机变化特性；②没有分析各种参数的离散程度及不确定性对结构可靠性的影响，安全系数与量化的套管可靠性之间不存在联系；③安全系数由人为经验确定，具有较大程度的主观随意性，均存在套管安全可靠性评估结果偏大或偏小的可能性；④施工作业导致磨损、腐蚀等缺陷，套管承载能力必然下降，安全系数的实际值不能表明特定的安全水平和状态。

事实上，因制造工艺和技术的影响、套管几何参数和力学性能参数存在随机性，而复杂的地质结构导致地应力、地层参数也存在不确定性，传统的安全系数法难以正确处理大量的未知因素和参数变化。从20世纪90年代开始，基于结构可靠性理论，国内外提出了一系列量化风险分析(Quantitative Risk Analysis，简称QRA)，这是目前应对套管不确定性因素的主要手段。例如，有的将QRA应用于套管设计的现实案例场景中，含2口勘探井和1口开发井，说明传统方法引起边缘化设计因素时QRA具有选取合适套管柱的优势；有的指出QRA适用于高温高压井的套管设计，并重点研究了QRA在孔隙压力和压裂梯度预测方面的应用；有的基于结构可靠性和随机理论，建立了一种套管抗外挤和抗内压的量化风险评估方法，以弥补传统安全系数法的不足。

然而，这些QRA方法以油气钻探作业时套管的安全可靠性为研究目标，多段加砂压裂紧密承接于钻探作业，因此相对压裂作业而言，上述评估结果只能够表征出套管下入地层后的静态性风险状态。页岩油气深井超深井压裂作业过程中，在线工况监测参数——泵压、排量、砂比等随时间变化，这是现场操作人员获取井下作业状况、判定套管失效与否的最实时和最直接依据；另通过数值模拟验证，套管失效与高压力、大排量、含砂冲蚀、连续化作业之间存在关联关系，因此套管失效风险具有动态实时性。综上所述，静态性QRA方法无法满足作业现场对套管失效风险的实时监测与动态评估的需求，难以保证多段加砂压裂时套管服役的安全可靠性。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法及装置，实现对套管失效风险的实时监测与动态评估。

为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法，包括：

确定套管的压力载荷及抗压强度的概率分布；

根据所述概率分布确定所述套管的静态性失效概率；

根据压裂施工曲线和压裂施工记录，获取套管的在线工况监测参数，确定所述在线工况监测参数与套管失效概率之间的价值函数，并根据所述价值函数确定压裂过程中所述套管的动态性失效概率；

根据所述静态性失效概率及所述动态性失效概率，构建所述套管的风险评估矩阵，并根据所述风险评估矩阵评估所述套管的失效风险。