[发明专利]一种基于套管实测数据的管柱外载反演方法

说明书

本发明公开了一种基于套管实测数据的管柱外载反演方法，包括以下步骤：1)读取套管内圆构型的计算结果；2)读取套管内圆构型的实测结果；3)根据套管内圆构型的计算结果与套管内圆构型的实测结果计算两者未重合的面积，以构建套管变形构型的最小化错动目标函数；4)基于蒙特卡洛方法设置套管不同载荷参数，再将设置的套筒不同载荷参数输入到套管变形构型的最小化错动目标函数中，得不同套管变形构型的最小化错动目标函数值，然后基于不同套管变形构型的最小化错动目标函数值建立多维度近似响应面优化模型；5)求解多维度近似响应面优化模型，以反演获取套管外部的载荷数据，该方法能够反演获取套管外部的载荷数据。

技术领域

本发明涉及一种管柱外载反演方法，具体涉及一种基于套管实测数据的管柱外载反演方法。

背景技术

由螺纹连接的套管构成数千米的套管柱，是油气井筒井身结构的基础，其完整性决定了井筒完整性，其服役寿命决定了油气井的寿命。伴随着深井、水平井、高温高压井、强化增产改造工艺等油气井复杂工况下管柱服役条件的日趋苛刻，套管损坏日益严重。在国内，套管损坏比例接近总服役井数的10％。过半数的套损模式是变形，来自于地层的复杂地质应力是套管变形的主要外载来源，表现为：围岩压力、泥岩浸水膨胀和蠕变、断层活动、盐岩蠕变等。定量分析套管柱服役外部载荷是探明套损机理、制定防控策略的基础。

目前，地应力测量是人类探索地应力的最直接方法，方法包括应力解除法、应力恢复法、水压致裂法、岩芯波速各向异性法、岩芯微裂隙取向统计法、震源机制推断法等，随着地应力测试技术的进步，各种测试方法优势互补，精度不断提高，成本不断下降。但是通过测试得到的地应力是地层中未受工程扰动的天然应力，难以获得油气井勘探开发过程中的地应力演化情况，尤其对于导致套管变形严重的长距离水平井多段高压压裂过程(诸如页岩气开发等)的地应力变化，测井方法更是难以捕捉。基于实测数据的解析与数值模拟地应力分析方法弥补了直接测试的不足，但是岩土本构、断层及边界条件等复杂因素的认识局限性导致了地应力反演计算方法的先天不足，计算精度难以满足要求。由上所述，目前对套管服役地应力载荷数据的获取相当有限，严重制约套管变形的机理认识与治理控制。套管变形作为世界性难题，持续造成的巨大工程损失无可估量。

工程上通过井下电视、机械接触、超声成像、电磁等方法可以精确获得服役套管变形发生的部位、形貌及尺寸细节。这些信息目前仅用于套管变形工程分析、修井方案制定等工作。众所周知，失效分析是失败走向成功的科学，大量失效案例数据的深入分析与统计可得到其他方式难以获取的知识，反馈于工程设计与工艺分析。基于该思路，从套管损坏实测数据出发，利用现代优化设计理论，反演套管服役地应力载荷是一种全新的方法，然而现有技术中没有出现类似的公开。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于套管实测数据的管柱外载反演方法，该方法能够反演获取套管外部的载荷数据。

为达到上述目的，本发明所述的基于套管实测数据的管柱外载反演方法包括以下步骤：

1)建立服役套管承载状态的有限元计算模型，再将套管的几何尺寸和材料力学参数以及离散的非均匀外压载荷、静水内压、轴向拉伸及压缩荷载输入到服役套管承载状态的有限元计算模型中，得离散的套管变形几何模型，再沿套管轴向取若干与套管轴向垂直的截面，分别读取套管内圆构型的计算结果；

2)根据测井套管的实测数据，在套管柱变形井段，沿套管轴向取若干个与套管轴向垂直的截面，分别读取套管内圆构型的实测结果；

3)根据套管内圆构型的计算结果与套管内圆构型的实测结果计算两者未重合的面积，以构建套管变形构型的最小化错动目标函数；

4)基于蒙特卡洛方法设置套管不同载荷参数，再将设置的套筒不同载荷参数输入到步骤3)构建的套管变形构型的最小化错动目标函数中，得不同套管变形构型的最小化错动目标函数值，然后基于不同套管变形构型的最小化错动目标函数值建立多维度近似响应面优化模型；