套管强度校核方法和装置与流程

本发明涉及油气钻井工程技术领域，尤其涉及一种套管强度校核方法和装置。

背景技术：

套管在油气开采中可用于支撑钻完井和地下油气资源的输运通道，是保证钻完井和后期油气开采安全高效运行的重要枢纽。通过适当的套管强度校核方法，进行合理的套管规格参数设计是保证套管安全性至关重要的前提。

现有的套管强度校核方法，依据地震资料预测地应力值，借助拉梅公式计算套管所承受的外挤载荷和设计钻井液密度计算的套管内压载荷，求取套管的抗外挤和抗内压系数，来评价套管安全性。并且传统方法中地应力和岩石力学参数的选取只能依据邻井的实测或者测井计算值，并不能充分反映区域的地质构造与地层特征，同时不能结合实际实际钻井复杂工况和组合套管等井身结构特点进行强度校核。

因此，传统的套管强度校核方法对套管强度预测精度较低，无法为实际生产中套管规格参数的设计提供安全有效的指导。

技术实现要素：

为了解决背景技术中提到的至少一个问题，本发明提供一种套管强度校核方法和装置，能够充分考虑待测区域的地质构造和地层特性对套管强度的影响，提高该套管强度校核方法的准确性。

为了实现上述目的，本发明提供一种套管强度校核方法和装置，该套管强度校核方法，包括：

获取待测井所在待测区域的地震资料和待测井的邻井的测井资料。

根据地震资料和测井资料建立待测区域的几何模型，几何模型中具有模拟套管。

确定模拟套管在不同预设变化因素下的最大等效应力。

当待测套管的预设屈服强度大于最大等效应力时，确定待测套管可安装在待测井中。

可选的，几何模型包括待测区域的地质模型和套管-水泥环-地层子模型。

可选的，根据地震资料和测井资料建立待测区域的几何模型，具体包括：

根据测井资料验证地震资料，以获得验证后的地震资料。

根据验证后的地震资料确定待测区域的地质构造和地层分布特性。

根据地质构造和地层分布特性，建立待测区域的几何模型。

可选的，根据地质构造和地层分布特性，建立待测区域的几何模型，具体包括：

获取地质模型中的地应力参数和地层岩石力学参数。

根据地应力参数和地层岩石力学参数确定待测区域的地应力分布特性和地应力位移特性。

根据地应力分布特性和地应力位移特性，确定待测井的井眼轨迹上的危险井段位置。

根据危险井段位置和待测套管的预设参数建立套管-水泥环-地层子模型。

可选的，确定模拟套管在不同预设变化因素下的最大等效应力，具体包括：

确定套管-水泥环-地层子模型中的模拟套管在不同的预设变化因素下的最大等效应力。

可选的，预设变化因素包括待测区域的地层蠕变、待测井的固井质量和待测井的井筒压力卸载。

可选的，邻井的测井资料包括声波时差、地层密度、泥质含量、地层渗透性、钻头直径和井径。

可选的，地应力参数包括上覆岩层压力、水平最大地应力和水平最小地应力。

可选的，岩石力学参数包括弹性模量、泊松比、抗拉强度、抗压强度、粘聚力、内摩擦角和地层孔隙压力。

本发明还提供一种套管强度校核装置，包括：

第一分析模块，用于获取待测井所在待测区域的地震资料和待测井的邻井的测井资料。

第二分析模块，用于根据地震资料和测井资料建立待测区域的几何模型，几何模型中具有模拟套管。

第三分析模块，用于确定模拟套管在不同预设变化因素下的最大等效应力。

确定模块，用于当待测套管的预设屈服强度大于最大等效应力时，确定待测套管可安装在待测井中。

本发明提供的套管强度校核方法和装置，通过获取地震资料和邻井的测井资料，根据该资料建立待测区域的几何模型，在该几何模型中包括待测区域的地质模型和套管-水泥环-地层子模型，并在该几何模型中考察套管强度在不同预设变化因素下的具体值，因此该套管强度校核方法和装置能充分考虑待测区域的地质构造、地层特性以及地层不同预设变化因素对套管强度的影响，提高了该套管强度校核方法的准确性，对实际生产过程具有指导性意义。

本发明的构造以及它的其他发明目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的套管强度校核方法的流程示意图；

图2为本发明实施例一提供的套管强度校核方法的建立待测区域的几何模型的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的套管强度校核方法的建立套管-水泥环-地层子模型的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的套管强度校核装置的结构示意图；

图5为本发明实施例三提供的套管强度校核装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的套管强度校核方法的流程示意图。图2为本发明实施例一提供的套管强度校核方法的建立待测区域的几何模型的结构示意图。图3为本发明实施例一提供的套管强度校核方法的建立套管-水泥环-地层子模型的结构示意图。

如图1至图3所示，本发明提供一种套管强度校核方法，包括：

s1：获取待测井所在待测区域的地震资料和待测井的邻井的测井资料。

需要说明的是，待测区域的地震资料可以包含该待测区域内的薄层反射波特征分析，岩性预测，孔隙度预测、地层压力预测和烃类指示物检测技术。依据上述分析该待测区域的地震速度域和时间域数据，确定该待测区域的地震参数对地层特性的影响。在开设待测井后，需要立即下入套管以对开设的待测井进行保护便于后期采集油气，因此通常需要开设1-2口邻井，以该邻井的测井资料作为该待测井的参考标准。该邻井的测井包括模拟测井、数字测井、数控测井和成像测井四个阶段，分别利用储层岩石的电化学特性、导电特性、声学特性和放射性表征储层的特性。

s2：根据地震资料和测井资料建立待测区域的几何模型，几何模型中具有模拟套管。

需要说明的是，在本实施例中依靠模型分析法，确定在复杂的地层环境中，套管在不同的变化因素下的应力变化，从而确定该套管是否能够承受该待测井中实际情况中所施加的强度值。模型分析法针对性较强，可考察大量且复杂的因素，并跟该因素的影响程度进行排序，因此实验结果较为精准。并且其模型建立和分析时间较短，经济性较高。在本实施例中选用flac-3d有限差分软件建立分析模型。在实际的使用中，还可选用其它的模型分析软件，本实施例对此不加以限制。

s3：确定模拟套管在不同预设变化因素下的最大等效应力。

需要说明的是，套管在地层中是会受到地层中不同变化因素的影响，每个变化因素在不同时间和不同地域内对套管的影响也各不相同，因此为全面考察套管在服役期间的承受强度值，需要在几何模型中模拟该变化因素的变化过程，并确定在不同变化因素下模拟套管需要承受的最大等效应力值，为实际的套管选择提供有效且准确的指导。

s4：当待测套管的预设屈服强度大于最大等效应力时，确定待测套管可安装在待测井中。

需要说明的是，每个待测套管具有固定的屈服强度值，该屈服强度与制备套管的原材料以及制备方法有关，当判断该待测套管的屈服强度大于最大等效应力时，则说明该套管能为该待测井的固井所用，在套管的使用过程中其预设的屈服强度完全满足待测井中的地层施加在套管上的应力值，因此套管不会发生变形、错位甚至断裂的问题，保证了后续油气开采过程中的生产安全。

可选的，几何模型包括待测区域的地质模型和套管-水泥环-地层子模型。

需要说明的是，为充分考虑该待测区域的地层变化，该几何模型首先应包括待测区域的地质模型，该地质模型应当能够反映待测区域的断层特性、地层高倾角以及复杂岩层段等地质特征。并且同时考虑该几何模型的计算速度，该几何模型不宜过大，可以是包含待测井和1-2口待测井，其长度、宽度及高度分别为3-5千米左右为宜。

如图2所示，本发明实施例一中提供的建立待测区域的几何模型的的方法中，还可包括以下分步骤：

s21：根据测井资料验证地震资料，以获得验证后的地震资料。

需要说明的是，在根据测井资料验证地震资料，以获得验证后的地震资料具体是指：首先根据地震资料数据进行反演计算得到待测区域的地应力和岩石力学参数，而后该邻井的测井资料可经过进一步计算得到得到计算后的地应力和岩石力学参数，以计算后的地应力和岩石力学参数作为校核标准对反演计算得到的地应力和岩石力学参数进行校准，以提高该待测区域的地应力和岩石力学参数的精准度。

s22：根据验证后的地震资料确定待测区域的地质构造和地层分布特性。

需要说明的是，在待测区域内水平或竖直方向上的构造运动使岩块相互分离裂开或是相向聚汇，发生挤压、弯曲或剪切、错开，以及相邻块体作差异性上升或下降，最终使地层中各个组成部份具有不同的形态及相互结合方式和面貌特征，这些形态即为该地层的地质构造，不同区域的不同地质构造即形成了地层分布。地质构造和地层分布能表征待测区域地层基本特性，对后期套管的强度具有深刻的影响，因此分析待测区域的地质构造和地层分布特性能提高套管强度校核的精准度。

s23：根据地质构造和地层分布特性，建立待测区域的几何模型。

如图3所示，本发明实施例一中提供的建立套管-水泥环-地层子模型的方法中，还可包括以下分步骤：

s231：获取地质模型中的地应力参数和地层岩石力学参数。

s232：根据地应力参数和地层岩石力学参数确定待测区域的地应力分布特性和地应力位移特性。

需要说明的是，基于上述地应力参数和地层岩石力学参数的表述可知，两者对最终套管强度校核的精准度具有较大的影响。根据地应力参数和地层岩石力学参数确定待测区域的地应力分布特性和地应力位移特性。其中地应力是指由于地质构造运动等原因使地壳物质产生了内应力效应，而岩石在其所处的地层中由于物理或化学环境变化受周围力场作用时会发生变形和破坏。

地应力和岩石力作用在套管外壁，长时间施加的作用力是造成套管变形、错位甚至断裂的直接原因。因此分析地应力参数能从量值上给予套管选择指导性的建议。

s233：根据地应力分布特性和地应力位移特性，确定待测井的井眼轨迹上的危险井段位置。

需要说明的是，根据上述对地应力参数和地层岩石力学参数的分析，可获取该待测区域的地应力和岩石力学分布特性，在待测区域内的某些位置存在较大的地应力和岩石内部作用力，这些位置均不利于开设井口，并在井眼轨迹上形成危险井段位置，为后期开设井口提供指导意义。

s234：根据危险井段位置和待测套管的预设参数建立套管-水泥环-地层子模型。

需要说明的是，规避上述的危险井段位置，并且根据待测套管的预设参数建立建立套管-水泥环-地层子模型，该待测套管的预设参数可以是待测套管的几何参数值。进一步地，鉴于模型的计算速度和实际井口及套管的大小，该套管-水泥环-地层子模型长度、宽度及高度分别为10米左右为宜。

具体的，确定模拟套管在不同预设变化因素下的最大等效应力，具体包括：确定套管-水泥环-地层子模型中的模拟套管在不同的预设变化因素下的最大等效应力。

需要说明的是，本实施例中采用mises屈服准则评价套管是否安全，即套管的最大等效应力超过套管预设的屈服强度，套管即发生屈服。

进一步地，预设变化因素包括待测区域的地层蠕变、待测井的固井质量和待测井的井筒压力卸载。

需要说明的是，本实施例中考察待测区域的地层蠕变、待测井的固井质量和待测井的井筒压力卸载对套管服役期间的强度的影响。其中，地层蠕变是指地层在地应力作用下的运动过程，地层蠕变过程会影响施加在套管的外壁上的作用力。而固井的目的是保护和支撑油气井内的套管，封隔油、气和水等地层。固井质量是指完井中下套管和注水泥的质量，高质量的固井可以提高套管的使用安全度，便于后期的油气开采。井筒压力卸载是指在油气开采完毕后，钻井液被抽出井筒后，井筒内部钻井液对井筒内壁的压力减小的过程。井筒压力卸载时，如套管强度较低会造成其变形或断裂。因此考察待测区域的地层蠕变、待测井的固井质量和待测井的井筒压力卸载对研究套管强度是非常有必要的，而本申请并不局限于上述的预设变化因素，在实际的使用中还可进一步考察相应的变化因素，以提高该套管校核的准确度。

具体的，邻井的测井资料包括声波时差、地层密度、泥质含量、地层渗透性、钻头直径和井径。

具体的，地应力参数包括上覆岩层压力、水平最大地应力和水平最小地应力。

具体的，岩石力学参数包括弹性模量、泊松比、抗拉强度、抗压强度、粘聚力、内摩擦角和地层孔隙压力。

本发明提供的套管强度校核方法，通过获取地震资料和邻井的测井资料，根据该资料建立待测区域的几何模型，在该几何模型中包括待测区域的地质模型和套管-水泥环-地层子模型，并在该几何模型中考察套管强度在不同预设变化因素下的具体值，因此该套管强度校核方法能充分考虑待测区域的地质构造、地层特性以及地层不同预设变化因素对套管强度的影响，提高了该套管强度校核方法的准确性，对实际生产过程具有指导性意义。

实施例二

图4是本发明实施例二提供的套管强度校核装置的结构示意图，如图4所示，本发明实施例二提供一种套管强度校核装置40，包括：

第一分析模块，用于获取待测井所在待测区域的地震资料和待测井的邻井的测井资料。

需要说明的是，根据待测区域的地震资料分析该待测区域的地震速度域和时间域数据，确定该待测区域的地震参数对地层特性的影响。在待测区域开设1-2口邻井，以该邻井的测井资料作为该待测井的参考标准。该邻井的测井包括模拟测井、数字测井、数控测井和成像测井四个阶段，分别利用储层岩石的电化学特性、导电特性、声学特性和放射性表征储层的特性。

第二分析模块，用于根据地震资料和测井资料建立待测区域的几何模型，几何模型中具有模拟套管。

需要说明的是，在本实施例中依靠模型分析法，确定在复杂的地层环境中，套管在不同的变化因素下的应力变化，从而确定该套管是否能够承受该待测井中实际情况中所施加的强度值。在本实施例中选用flac-3d有限差分软件建立分析模型。在实际的使用中，还可选用其它的模型分析软件，本实施例对此不加以限制。

第三分析模块，用于确定模拟套管在不同预设变化因素下的最大等效应力。

需要说明的是，套管在地层中是会受到地层中不同变化因素的影响，每个变化因素在不同时间和不同地域内对套管的影响也各不相同，因此为全面考察套管在服役期间的承受强度值，需要在几何模型中模拟该变化因素的变化过程，并确定在不同变化因素下模拟套管需要承受的最大等效应力值，为实际的套管选择提供有效且准确的指导。

确定模块，用于当待测套管的预设屈服强度大于最大等效应力时，确定待测套管可安装在待测井中。

需要说明的是，每个待测套管具有固定的屈服强度值，该屈服强度与制备套管的原材料以及制备方法有关，当判断该待测套管的屈服强度大于最大等效应力时，则说明该套管能为该待测井的固井所用，在套管的使用过程中其预设的屈服强度完全满足待测井中的地层施加在套管上的应力值，因此套管不会发生变形、错位甚至断裂的问题，保证了后续油气开采过程中的生产安全。

本发明实施例二提供的套管强度校核装置40，通过获取地震资料和邻井的测井资料，根据该资料建立待测区域的几何模型，在该几何模型中包括待测区域的地质模型和套管-水泥环-地层子模型，并在该几何模型中考察套管强度在不同预设变化因素下的具体值，因此该套管强度校核装置40能充分考虑待测区域的地质构造、地层特性以及地层不同预设变化因素对套管强度的影响，提高了该套管强度校核方法的准确性，对实际生产过程具有指导性意义。

实施例三

图5是本发明实施例三提供的套管强度校核装置的结构示意图。如图5所示，本发明实施例三提供的套管强度校核装置50，包括：

存储器501，用于存储指令；具体的，存储器501的存储对象包括软件及模块。处理器502，用于运行存储器501中存储的指令，以执行上述实施例一中所提供的套管强度校核方法。处理器502通过运行或执行存储在存储器501内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器501内的数据，执行该页岩油储层评价装置50的各种功能和处理数据。

具体的，处理器502用于获取待测井所在待测区域的地震资料和待测井的邻井的测井资料。

具体的，处理器502还可用于：根据地震资料和测井资料建立待测区域的几何模型，几何模型中具有模拟套管。

具体的，处理器502还可用于：用于确定模拟套管在不同预设变化因素下的最大等效应力。

具体的，处理器502还可用于：当待测套管的预设屈服强度大于最大等效应力时，确定待测套管可安装在待测井中。

本发明实施例三提供的套管强度校核装置50，通过获取地震资料和邻井的测井资料，根据该资料建立待测区域的几何模型，在该几何模型中包括待测区域的地质模型和套管-水泥环-地层子模型，并在该几何模型中考察套管强度在不同预设变化因素下的具体值，因此该套管强度校核装置50能充分考虑待测区域的地质构造、地层特性以及地层不同预设变化因素对套管强度的影响，提高了该套管强度校核方法的准确性，对实际生产过程具有指导性意义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。