[发明专利]一种封隔段射孔液运动空间大小的预测方法

说明书

本发明提供一种封隔段射孔液运动空间大小的预测方法，包括：建立封隔段射孔爆轰气体与射孔液运动相互作用控制方程组，基于控制方程组，得到射孔液压力波传播运动方程组；基于射孔液在爆轰气体作用下的运动方程组，利用水下爆炸理论，通过分析射孔液的体积压缩性得到射孔液压缩速度方程，以及根据水力学理论及牛顿第二定律，得到射孔液向上运动方程；计算射孔液的压缩运动速度和向上运动速度，对封隔段射孔液运动空间大小进行预测。该预测方法中采用的物理建模，数值计算提供空间大小的预测方法，不仅能保证封隔段射孔液运动空间大小的预测精度，而且得到射孔冲击作用下射孔液运动速度随时间的变化规律，为科学进行射孔设计提供理论依据。

技术领域

本发明涉及油气井工程射孔领域，更具体地，涉及一种封隔段射孔液运动空间大小的预测方法。

背景技术

射孔井筒安全问题不容忽视，特别是对于深水、超深水射孔测试作业，必须经过全面的考虑和周密的准备，确保作业过程中井下工具和设备安全万无一失。否则，任何小问题的发生都可能导致不可想象的后果。国内外深水射孔测试过程中，常常出现的封隔器失效形式有以下几种：封隔器上部或下部漏失、中心管断裂、密封失效、关井时松弛、直接解封、容易坐封、卡住井下、使用寿命降低等。

造成这几类失效形式的直接原因就是当射孔弹在充满液体的井筒内爆炸时，形成的爆轰产物会以气体的形式在井内液体中迅速膨胀，强烈压缩相邻流体，使其压力、温度急剧增加，形成初始压力波，其运动速度近似等于声速，会在封隔器与井底空间内往返多次运动，爆轰产物及形成的高能气体的膨胀作用对射孔液的运动影响较大，而射孔液的运动情况直接影响着封隔器的安全性，有必要针对射孔工况下井筒内射孔液的运动情况进行分析，进而准确预测封隔段射孔液运动空间的大小。

目前国内对于封隔段射孔液运动空间大小的研究较少，缺乏封隔段射孔液运动空间大小的预测方法，而在射孔工况下封隔器段射孔液的运动情况对其安全性有直接的影响。因此，有必要提供一种预测封隔段射孔液运动空间大小的方法，以提高射孔工况下封隔器安全性，为现场射孔作业安全提供有力的技术支撑。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种封隔段射孔液运动空间大小的预测方法，包括：通过对油管段井筒压力场的物理过程分析及条件假设，建立射孔时油管段井筒压力场的一维模型；对所述射孔时油管段井筒压力场的一维模型进行分析，建立封隔段射孔爆轰气体与射孔液运动相互作用控制方程组，所述控制方程组包括压力、速度、井筒截面积、密度随时间、位置变化的关系方程组；将所述控制方程组转化为全微分方程组；对所述全微分方程组进行解算，得到射孔液压力波传播运动方程组，在分析封隔段内爆轰气体产生的压力波的变化情况之后分析得到射孔液在爆轰气体作用下的运动方程组；基于所述射孔液在爆轰气体作用下的运动方程组，利用水下爆炸理论，通过分析射孔液的体积压缩性得到射孔液压缩速度方程，以及根据水力学理论及牛顿第二定律，得到射孔液向上运动方程；根据射孔液压缩速度方程，计算射孔液在受压缩时的压缩运动速度，以及根据射孔液向上运动方程，计算射孔液在受压解除后的向上运动速度；根据射孔液的压缩运动速度和射孔液的向上运动速度，对封隔段射孔液运动空间大小进行预测。

本发明提供的封隔段射孔液运动空间大小的预测方法，采用的物理建模，数值计算提供空间大小的预测方法，不仅能保证封隔段射孔液运动空间大小的预测精度，而且得到射孔冲击作用下射孔液运动速度随时间的变化规律，为科学进行射孔设计提供理论依据。

附图说明

图1为本发明提供的一种封隔段射孔液运动空间大小的预测方法流程图；

图2为封隔段射孔液运动空间大小的预测方法的物理模型简化示意图；

图3为封隔段射孔液运动空间大小的预测方法的物理模型简化示意图；

图4为射孔液压缩速度—时间变化曲线；

图5为射孔液上升速度—时间变化曲线。

具体实施方式