[发明专利]闸板防喷器剪切性能预测方法、装置、设备及存储介质

说明书

本申请公开了一种闸板防喷器剪切性能预测方法、装置、设备及存储介质，包括：构建防喷器剪切闸板三维物理模型；将模型通过有限元方法进行计算，分析钻杆材料的本构模型、断裂损失准则以及剪切运动载荷与剪切机理形式，获取模型的工作仿真结果；采集反映剪切闸板剪切运动过程和边界受力状态的特征参数并进行预处理；基于工作仿真分析结果、处理后的特征参数、闸板防喷器实际运行环境和各部件间的结构关系，搭建数字孪生数据映射关系，构建数字孪生模型；根据数字孪生模型输出的特征参数数据，通过层次分析法进行剪切性能预测分析。这样开展剪切性能预测分析，可以保证防喷器在使用过程中的安全可靠性，避免油气资源的浪费及不必要的油井事故发生。

技术领域

本发明涉及油气勘探开发领域，特别是涉及一种闸板防喷器剪切性能预测方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

随着油气开采向非常规油气、难动用储量油田发展，超深井、高压油气及平衡钻井工艺得到了广泛使用，特别是在欠平衡钻井中，采用井控设备以及时发现和控制溢流、防止井喷、避免油气资源浪费、保护钻井装置以及人身安全。防喷器作为勘探开发高压油气田时防止事故发生和平衡钻井压力的关键井控设备之一，其剪切闸板需具备在必要情况下切断作业管柱的能力，一旦因失效导致无法正常剪断井内管柱从而全封井口，就有可能发生井喷事故并造成巨大的生命财产损失。因此，对防喷器剪切闸板的剪切性能预测的研究显得十分的重要。

目前，对剪切闸板的剪切性能预测的相关研究主要集中在剪切力大小的经验公式分析、数值模拟求解与试验研究等方面，但是公式分析与数值模拟求解中的假设条件往往存在误差，计算的结果相对保守，而试验研究的成本和试验设备条件要求也相对较高，难以还原生产实际。因此，目前已有的方法无法较好的模拟剪切闸板的剪切力大小以及管柱的变形与失效过程，不能对剪切闸板的剪切性能进行准确预测。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种闸板防喷器剪切性能预测方法、装置、设备及存储介质，可以克服单一的数值模拟经验公式分析与试验研究无法准确预测其剪切性能的问题。其具体方案如下：

一种闸板防喷器剪切性能预测方法，包括：

构建防喷器剪切闸板三维物理模型；

将构建的所述剪切闸板三维物理模型通过有限元方法进行计算，分析钻杆材料的本构模型、断裂损失准则以及剪切运动载荷与剪切机理形式，获取所述剪切闸板三维物理模型的工作仿真分析结果；

采集反映剪切闸板剪切运动过程和边界受力状态的特征参数并进行预处理；

基于获取的所述工作仿真分析结果、处理后的所述特征参数、闸板防喷器实际运行环境和各部件间的结构关系，搭建数字孪生数据映射关系，构建数字孪生模型；

根据所述数字孪生模型输出的特征参数数据，通过层次分析法对闸板防喷器进行剪切性能预测分析。

优选地，在本发明实施例提供的上述闸板防喷器剪切性能预测方法中，分析钻杆材料的本构模型、断裂损失准则以及剪切运动载荷与剪切机理形式，获取所述剪切闸板三维物理模型的工作仿真分析结果，具体包括：

对剪切闸板所需的剪切力进行理论公式分析，解析钻杆材料的本构模型描述方法，并考虑钻杆的断裂损伤机理形式，得到切换井内管柱所需的理论剪切力；

对剪切闸板在不考虑流体动力情况下的剪切过程进行模拟仿真，添加边界约束条件，综合考虑钻杆位置发生左右偏移、上下偏移以及钻杆与井筒成一定角度作用情况下的闸板剪切效果及剪切机理形式，得到剪切钻杆管柱的破坏状况，反向搜寻钻杆管柱被剪断的临界力；

对剪切闸板在考虑内部流体动力情况下的剪切过程进行模拟仿真，考虑钻杆受拉、钻杆受压以及钻杆受力弯曲变形情况下的闸板剪切机理形式，得到剪切钻杆所需的机械力、作用在执行机构活塞上的环空流体压力的净静水力、在剪切面上复杂流动所产生的流体动力；