[发明专利]一种多级水力喷射压裂管柱性能评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多级水力喷射压裂管柱性能评价方法。

背景技术

低渗透油气井采用多级水力喷射压裂管柱进行储层改造、试油、完井一体化作业，由于油气井深度、压力、温度及产量的大幅度变化，加大了下钻、坐封、射孔、试油联作、储层改造等工况下管柱破坏的风险，易出现井下事故，导致施工停止或作业失败。

综合调研国内外管柱及封隔器管柱力学研究文献和资料，经分析发现国内外许多学者在直井、水平井常规聚能射孔压裂管柱安全性分析上做了许多工作，取得了一些认识和结论。但在低渗透油气井水力喷射压裂管柱性能评价和分析方面研究较少，更没有形成水力喷射压裂管柱性能评价方法，无法解决低渗透油气井水力喷射压裂管柱失效难题，成本损失较大，资源浪费严重。

因此，针对这项技术难题，通过系统攻关及研究，目前本公司已形成建立了直井、水平井多级水力喷射压裂管柱性能评价方法，现场应用两口井，评价结果建议指导了现场压裂施工，验证了该方法的有效性和可靠性。

发明内容

为了解决水平井多级水力喷射压裂管柱及工具安全评价难题，本发明提供一种多级水力喷射压裂管柱性能评价方法，本发明主要适用于直井、水平井多级水力喷射压裂管柱性能安全性分析，可降低成本，节约资源，具有较大的经济效益和较强的实用性。

本发明采用的技术方案为：

一种多级水力喷射压裂管柱性能评价方法，该评价方法包括如下步骤：

1)管柱组合：依据油管抗拉强度、管柱长度、每米单位重量计算水力喷射压裂管柱各油管段拉伸应力安全系数，并计算全井段水力喷射压裂管柱拉伸应力安全系数；

评价指标：当应力安全系数满足1.4-1.8，则水力喷射压裂管柱组合合理，强度安全，否则水力喷射压裂管柱组合设计不合理，需重新设计；

2)管柱载荷：依据管柱强度及变形分析数据，确定该井水力喷射压裂管柱的应力危险截面；计算全井段管柱内壁第四相当应力，管柱内壁某点处第四相当应力最大，其安全系数最低，从而确定该点为危险点，并分析在危险截面处的内压、外压、轴向力、弯矩载荷；

评价指标：当应力安全系数满足1.4-1.8，则水力喷射压裂管柱载荷在设计载荷范围内，否则重新分析；

3)管柱强度：依据水力喷射压裂管柱危险截面处的载荷，计算该危险截面处的应力强度安全系数；

评价指标：当应力安全系数满足1.4-1.8，则水力喷射压裂管柱危险截面处安全，其余各处也均安全，否则重新设计泵注参数；

4)管柱变形：依据水力喷射压裂管柱变形简易计算公式计算各工序下温度、轴向力、螺旋弯曲及鼓胀变形量；

评价指标：当综合变形量为负，说明水力喷射压裂管柱处于“缩短”状态，否则处于“拉伸”状态；

5)依据前面的步骤数据形成每口井的多级水力喷射压裂管柱性能评价报告。

步骤1)中，拉伸应力安全系数＝压裂管柱抗拉强度/管柱重量，管柱重量＝管柱长度×每米单位重量。

步骤4)管柱变形，依据轴向变形、温度变形、鼓胀变形、螺旋弯曲变形简易计算公式计算各变形量，再由每米轴向变形所需的力换算成轴向力，拉为正，压为负；

“温度变形”ΔL_t：

ΔL_t≈0.027×(井口温度℃+井底温度℃-40)

“鼓胀变形”ΔL_e：

ΔL_e≈(0.047×井口套压－0.033×井口油压)

+(1.01×环空液体密度－0.73×管内流体密度)

“螺旋弯曲变形”ΔL_b：

ΔL_b≈-5.1×10^－12×封隔器处管柱所受的等效轴向压缩力²

每多少KN轴向力使管柱轴向变形1m。

步骤2)和步骤3)中管柱应力强度安全系数＝管材屈服强度/管柱相当应力。

本发明的有益效果：

本发明采用上述技术原理和方案，发明了一种适合直井、水平井水力喷射压裂管柱性能评价方法，可以在已知条件下进行各工序下的喷射压裂管柱性能分析，给出合理的施工建议，现场应用效果显著，极大地降低了成本，节约了水、支撑剂等资源。