[发明专利]一种冻土层钻井方案确定方法、装置及设备

权利要求书

1.一种冻土层钻井方案确定方法，其特征在于，包括：

获取钻井区域的土体参数；所述钻井区域包括冻土层区域；所述土体参数包括土体初始温度和土体初始含水率中的至少一种；

根据候选钻井方案和所述土体参数模拟钻井过程中的温度变化情况；

基于油气井的井身结构特征和所述温度变化关系，利用所述土体参数计算对应于油气井的承载力；所述承载力包括土体作用于油气井以使油气井维持稳定的力；

在所述承载力满足油气井稳定条件的情况下，确定所述候选钻井方案为应用钻井方案。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述土体参数还包括土体性质、密度、泊松比、比热容、导热系数、相变潜热、膨胀系数和相变温度中的至少一种。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述油气井对应有井身物理参数；所述井身物理参数包括分别对应于表层导管、套管和固井水泥环的密度、弹性模量、泊松比、比热容、导热系数、膨胀系数中的至少一种。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述承载力包括竖向承载力和横向承载力；

所述竖向承载力包括侧向摩擦力、侧向冻胀力、端部阻力和侧向土压力中的至少一种；

所述横向承载力包括侧向土返力和侧向冻胀力中的至少一种。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述承载力包括分别对应于平稳下降段、快速下降段和稳定固结段的承载力。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据候选钻井方案和所述土体参数模拟钻井过程中的温度变化情况，包括：

根据所述候选钻井方案构建对应于油气井的几何模型；

确定所述几何模型所对应的温度边界条件；所述温度边界条件包括温度函数、热流密度值、对流换热系数以及外界温度中的至少一种；

利用所述温度边界条件，结合土体参数模拟钻井过程中的温度变化情况。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述土体参数计算对应于油气井的承载力，包括：

利用公式计算承载力，式中，Q_u为承载力，L为油气井的表层导管长度，d₀为表层套管或技术套管或生产套管的外径，τ(t,ω)为表层导管对应于温度t和含水率ω的函数，其中，C(t,ω)为冻土的粘聚力对应于温度和初始含水率的函数，为冻土内摩擦角，σ为法向应力，其中，K为侧向土压力系数，γ_i为土层容重，H_i为土层厚度，q(t,ω)为表层导管端部对应于温度t和含水率ω的函数，A为端部面积。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述油气井稳定条件包括承载力不小于载荷或融沉位移不大于融沉位移阈值；所述载荷包括油气井自重载荷和环境载荷中的至少一种；所述环境载荷包括高出泥线的井口部分所受的载荷。

9.一种冻土层钻井方案确定装置，其特征在于，包括：

土体参数获取模块，用于获取钻井区域的土体参数；所述钻井区域包括冻土层区域；所述土体参数包括土体初始温度和土体初始含水率中的至少一种；

温度变化关系模拟模块，用于根据候选钻井方案和所述土体参数模拟钻井过程中的温度变化关系；

承载力计算模块，用于基于油气井的井身结构特征和所述温度变化关系，利用所述土体参数计算对应于油气井的承载力；所述承载力包括土体作用于油气井以使油气井维持稳定的力；

应用钻井方案确定模块，用于在所述承载力不小于油气井自重的情况下，确定所述候选钻井方案为应用钻井方案。

10.一种冻土层钻井方案确定设备，包括存储器和处理器；

所述存储器，用于存储计算机程序指令；

所述处理器，用于执行所述计算机程序指令以实现以下步骤：获取钻井区域的土体参数；所述钻井区域包括冻土层区域；所述土体参数包括土体初始温度和土体初始含水率中的至少一种；根据候选钻井方案和所述土体参数模拟钻井过程中的温度变化情况；基于油气井的井身结构特征和所述温度变化关系，利用所述土体参数计算对应于油气井的承载力；所述承载力包括土体作用于油气井以使油气井维持稳定的力；在所述承载力满足油气井稳定条件的情况下，确定所述候选钻井方案为应用钻井方案。