防沉系统、校核方法、校核系统及防止目标井沉降的系统与流程
本发明涉及极地钻井技术领域，具体地，涉及一种防沉系统、用于防沉系统的校核方法与校核系统及防止目标井沉降的系统。
背景技术：
随着油气资源的供应日趋紧张，人们逐渐将目光投入到极地的油气勘探开发当中来。北极地区海洋油气资源开发潜力巨大，根据2009年美国地质调查局的调查，北极地区的原油储量约120×108m3(800亿桶)，天然气储量47×1014m3，分别占全球尚未开发石油和天然气储量的13％和30％。随着科学技术的不断发展，北极冰川不断消融，使北极油气开采变为可能，并逐渐成为油气勘探开发的热点。但北极地区恶劣的自然环境，尤其是低温环境给钻探带来了极大的挑战，传统的保温材料制作的保温装置保温效果差，难以满足极地钻井井筒保温的要求。井口下沉问题是极地钻井过程中遇到的另一个难题，具体地，在钻井过程中，钻井液随钻柱进入井底后获得地层能量随后从环空中返出。当上返至浅表层冻土带时，高温度的钻井液将热量传递给冻土，导致冻土内的冰融化成水；而溶化后的水的体积变小，由此导致储层强度以及套管侧阻力降低，从而在井口载荷及上覆岩层压力引起地层沉降，进而导致井口随之下沉。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种防沉系统、用于防沉系统的校核方法与校核系统及防止目标井沉降的系统，其不仅可有效地防止表层冻土融化所导致的井口下沉，还可实现对油管内流体的良好保温性。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于冻土带的目标井的防沉系统，所述防沉系统包括：防沉装置，被固定安装在所述目标井的井口处，用于减小钻井装置对所述目标井的井口下方地层的压力，以维持井口稳定；以及至少一个套管，所述至少一个套管与所述防沉装置相连接，且所述至少一个套管中的每一者的上部分为第一隔热套管以及其下部分为第二隔热套管，用于对所述目标井中的流体的热量进行隔热，以通过减小所述目标井周围的冻土带的融化区域来防止该目标井下沉，其中所述第一隔热套管的传热系数小于所述第二隔热套管的传热系数。
优选地，所述第一隔热套管的夹层为硅气凝胶。
优选地，所述硅气凝胶具有纳米级的多孔网络结构。
优选地，所述防沉系统包括：连接装置，用于将所述至少一个套管中的距所述目标井的井筒最近的套管的上端与所述防沉装置相连。
优选地，所述防沉装置为套筒式防沉装置。
优选地，所述套筒式防沉装置为桶形结构，该桶形结构的上端面的中央设置有对应于所述目标井的井口的开口，且该桶形结构的下端完全开口。
通过上述技术方案，本发明创造性地设计了套管的结构，使其上部分为隔热性较高的隔热套管以及下部分为隔热性较低的隔热套管，从而可有效地将钻井液或油管内产生的流体返回地层时原本可能散失的热量隔绝在井筒内，由此，一方面可防止浅表层冻土带的冰融化，另一方面可防止油管的流体的热量散失。因此，本发明不仅可有效地防止表层冻土融化所导致的井口下沉，还可实现对油管内流体的良好保温性。
本发明第二方面还提供一种用于所述的防沉系统的校核方法，所述校核方法包括：根据目标井的油管内产生的流体的热学特征参数与流速、及所述目标井的井筒内部的与所述流体的散热过程相关的热学特征参数，建立井筒内部的温度场；根据所述井筒内部的温度场及所述流体到达所述目标井的井口处的目标温度，分别计算所述至少一个套管中的每一者的第一隔热套管的长度；根据所述至少一个套管中的每一者的第一隔热套管的长度，模拟所述流体到达所述目标井的井口处的温度；以及根据所述流体到达所述目标井的井口处的温度及所述目标温度，调整所述至少一个套管中的每一者的第一隔热套管的长度。
优选地，所述分别计算所述至少一个套管中的每一者的第一隔热套管的长度包括：根据以下公式计算第n个第一隔热套管的长度
优选地，所述调整所述至少一个套管中的每一者的第一隔热套管的长度包括：在所述流体到达所述目标井的井口处的温度小于所述目标温度的情况下，将所述至少一个套管中的至少一者的第一隔热套管的长度增大各自的第一预设值，以重新获取所述至少一个套管中的所述至少一者的第一隔热套管的长度。
通过上述技术方案，本发明创造性地根据井筒内部的温度场及产生流体到达所述目标井的井口处的目标温度，分别计算所述至少一个套管中的每一者的第一隔热套管的长度；然后根据每个套管的第一隔热套管的长度，模拟所述流体到达所述目标井的井口处的温度；最后根据所述流体到达所述目标井的井口处的温度及所述目标温度，调整每个套管的第一隔热套管的长度，由此，本发明可通过对套管中的第一隔热套管的长度进行校核来获得合理的尺寸，以不仅满足预设的保温性又满足钻井工程的经济性。
本发明第三方面还提供一种用于所述的用于冻土带的目标井的防沉系统的校核方法，所述校核方法包括：用于根据目标井的钻井液的流速及所述目标井的钻柱中的钻井液的温度冻土带，确定所述目标井的环空内部的温度场；用于根据所述目标井的环空内部的温度场及所述冻土带的温度场，确定所述冻土带的冻土融化区域的冻土特征参数；用于根据所述冻土带的冻土融化区域的冻土特征参数及所述防沉装置的受力分析方程，确定所述防沉装置的尺寸；根据所述防沉装置的尺寸，确定所述目标井的井筒的顶端所承受的最大挤压应力与所述井筒的筒壁所承受的最大挤压应力；以及根据所述井筒的顶端所承受的最大挤压应力、所述井筒的筒壁所承受的最大挤压应力及所述井筒的抗压强度阈值，调整所述防沉装置的尺寸。
优选地，所述确定所述防沉装置的尺寸包括：根据所述冻土带的冻土融化区域的冻土特征参数，确定所述防沉装置的直径，其中所述冻土参数包括冻土带的侧阻力系数和抗压强度；以及根据所述防沉装置的受力平衡方程及所述防沉装置的直径，确定所述防沉装置的贯入深度。
优选地，所述确定所述目标井的井筒的顶端所承受的最大挤压应力与所述井筒的筒壁所承受的最大挤压应力包括：根据所述防沉装置的尺寸，通过有限元模拟方法分别确定所述井筒的顶端所承受的最大挤压应力与所述井筒的筒壁所承受的最大挤压应力。
优选地，所述调整所述防沉装置的尺寸包括：在所述井筒的顶端所承受的最大挤压应力大于或等于所述抗压强度阈值的情况下，将所述防沉装置的直径增大第二预设值，以重新获取所述防沉装置的直径；和/或在所述井筒的筒壁所承受的最大挤压应力大于或等于所述抗压强度阈值的情况下，将所述防沉装置的贯入深度减小第三预设值，以重新获取所述防沉装置的贯入深度。
通过上述技术方案，本发明创造性地首先通过冻土带的冻土融化量，确定所述冻土带的冻土融化区域的冻土特征参数；然后根据所述冻土特征参数及防沉装置的受力情况，确定所述防沉装置的尺寸；接着根据所述防沉装置的尺寸，确定所述目标井的井筒所承受的挤压应力；最后根据所述井筒所承受的挤压应力及所述井筒的抗压强度阈值，调整所述防沉装置的尺寸。由此，本发明可通过对防沉装置的尺寸进行校核来获得合理的尺寸，以能够最大限度地减少井的下沉量，进而防止钻井过程中井发生倾斜，实现稳定钻井。
本发明第四方面还提供一种用于所述的防沉系统的校核系统，所述校核系统包括：井筒温度场确定装置，用于根据目标井的油管内产生的流体的热学特征参数与流速、及所述目标井的井筒内部的与所述流体的散热过程相关的热学特征参数，建立井筒内部的温度场；长度确定装置，用于根据所述井筒内部的温度场及所述流体到达所述目标井的井口处的目标温度，分别确定所述至少一个套管中的每一者的第一隔热套管的长度；温度模拟装置，用于根据所述至少一个套管中的每一者的第一隔热套管的长度，模拟所述流体到达所述目标井的井口处的温度；以及长度调整装置，用于根据所述流体到达所述目标井的井口处的温度及所述目标温度，调整所述至少一个套管中的每一者的第一隔热套管的长度。
有关本发明提供的用于所述的防沉系统的校核系统的具体细节及益处可参阅上述针对用于所述的防沉系统的校核方法的描述，于此不再赘述。
本发明第五方面还提供一种用于所述的用于冻土带的目标井的防沉系统的校核系统，所述校核系统包括：环空温度场确定装置，用于根据目标井的钻井液的流速及所述目标井的钻柱中的钻井液的温度冻土带，确定所述目标井的环空内部的温度场；特征参数确定装置，用于根据所述目标井的环空内部的温度场及所述冻土带的温度场，确定所述冻土带的冻土融化区域的冻土特征参数；尺寸确定装置，用于根据所述冻土带的冻土融化区域的冻土特征参数及所述防沉装置的受力分析方程，确定所述防沉装置的尺寸；最大挤压应力确定装置，用于根据所述防沉装置的尺寸，确定所述目标井的井筒的顶端所承受的最大挤压应力与所述井筒的筒壁所承受的最大挤压应力；以及尺寸调整装置，用于根据所述井筒的顶端所承受的最大挤压应力、所述井筒的筒壁所承受的最大挤压应力及所述井筒的抗压强度阈值，调整所述防沉装置的尺寸。
有关本发明提供的用于所述的防沉系统的校核系统的具体细节及益处可参阅上述针对用于所述的防沉系统的校核方法的描述，于此不再赘述。
本发明第六方面还提供一种用于冻土带的防止目标井沉降的系统，所述系统包括：所述的防沉系统；以及所述的用于所述的防沉系统的校核系统。
本发明第七方面还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行所述的校核方法。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一实施例提供的用于冻土带的目标井的防沉系统的结构图；
图2是本发明一实施例提供的用于冻土带的目标井的防沉系统的剖视图；
图3是本发明一实施例提供的用于所述的防沉系统的校核方法的流程图；
图4是本发明一实施例提供的对防沉系统的校核过程的流程图；
图5是本发明一实施例提供的用于所述的用于冻土带的目标井的防沉系统的校核方法的流程图；
图6是本发明一实施例提供的对防沉系统的校核过程的流程图；
图7是本发明一实施例提供的用于所述的防沉系统的校核系统的结构图；
图8是本发明一实施例提供的用于所述的防沉系统的校核系统的结构图；以及
图9是本发明一实施例提供的用于冻土带的防止目标井沉降的系统的结构图。
附图标记说明
1钻井装置2连接装置
3油管4防沉装置
5套管6水泥环
7环空10防沉系统
20第一校核系统22井筒温度场确定装置
24长度确定装置26温度模拟装置
30第二校核系统32环空温度场确定装置
34特征参数确定装置36尺寸确定装置
38最大挤压应力确定装置40尺寸调整装置
51第一隔热套管52第二隔热套管
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在说明本发明的具体实时方式之前，先简单介绍本发明的设计思路。
套管5是钻井时被设置于井中的装置，在套管5中可以布置钻柱(未示出)(钻好井之后将钻柱替换为油管3)和钻头(未示出)，并且钻井时，在钻柱(未示出)中注入有钻井液，钻井液经过钻头(未示出)被进一步注入钻柱(未示出)与套管5之间的环空8内部，由此形成钻井液的循环流动，如图1所示。图1中竖直向上箭头为油管3内的产出流体(例如，原油)的流动方向，水平方向箭头为井筒内的流体(包括油管内的产出流体或钻井液)传热方向。
在现有技术中，套管由同一材料制作而成，其对井筒内的流体具有一定的保温效果，但保温效果较差。而在本发明各个实施例中，考虑到目标井的井筒内的产生流体(例如原油)从井底输送到井口的过程中，流体的热量不断向地层散失，具体地，在地层深处目标井的周围环境温度较高，流体向周围散热的热量也较小(从而保证了流体较高的温度)；但由于地温梯度的存在，故随着地层深度的逐渐减小，周围环境温度较低(流体的温度逐渐降低)，流体向浅表层周围环境散失的热量较多(从而导致流体的自身温度降低)。由此，在地层较深处仍采用传统套管，在地层上部使用绝热性能更好的套管(例如，气凝胶套管)，即将套管5的上、下部分别设计为由不同传热系数(或称为不同隔热效果)的材料构成，并且上部材料的传热系数较小。因此，一方面可通过减小钻井液与冻土层之间的热交换，从而减小融化带；另一方面可有效防止油管内产出流体的热量散失。综上，本发明各个实施例中的套管的特别设计既满足保温性又满足钻井工程的经济性。
图1是本发明一实施例提供的用于冻土带(例如，极地地区的冻土带)的目标井的防沉系统的结构图。所述防沉系统10可包括：防沉装置4，被固定安装在所述目标井的井口处，用于减小(例如钻井装置1，所述钻井装置1可为防喷器组)对所述目标井的井口下方地层的压力，以维持井口稳定；以及至少一个套管5，所述至少一个套管5与所述防沉装置4相连接，且所述至少一个套管5中的每一者的上部分为第一隔热套管51以及其下部分为第二隔热套管52，用于对所述目标井中的流体的热量进行隔热，以通过减小所述目标井周围的冻土带的融化区域来防止该目标井下沉，其中所述第一隔热套管51的传热系数小于所述第二隔热套管52的传热系数。其中所述流体可为环空内的钻井液或所述目标井产生的位于油管内的流体(例如，原油)。
所述至少一个套管5中的每一者的长度均是提前设计好的(即均有各自固定的长度)。以图1为例，所述至少一个套管5包括三个套管(位于最外层的套管c、位于中间层的套管b及位于最内层的套管a，如图1或图2所示)，该三个套管中的每一者的下端与冻土之间均形成有相应的水泥环6，用于固定井壁并连接固定套管5。
隔热材料可在三种热传递方式中阻断或减缓热传递。作为优良的隔热材料除需要足够的机械强度外,应该具有足够小的体积密度，以减小因热传导而导致的热损失；要尽可能减小气体或液体对流,以减小热对流而导致的损失；要有无穷多的反射面将接收到其他部位辐射过来的热量进行反射,以减小热辐射而导致的损失，而气凝胶在上述三个方面均表现出优异的特性。由此，所述第一隔热套管51可为气凝胶套管。例如，所述气凝胶套管的夹层可为硅气凝胶，并且所述硅气凝胶可具有纳米级的多孔网络结构，所述硅气凝胶的空气含量可超过80％。所述气凝胶套管的硅气凝胶夹层的纳米网格结构不仅有效地限制了热激发的传播，还抑制了气体分子对热传导与热对流的贡献，热导率极低，故所述气凝胶套管的保温效果极好。另外，所述气凝胶套管可以承受相当于自身质量的几千倍的压力，并且具有比重低、防水、防腐蚀、工作环境温度低等优异特性，其工作年限可达传统保温材料的4-5倍。然而，所述气凝胶套管的成本远高于传统套管的成本，因此需要采用下文将要描述的校核方法对气凝胶套管的长度进行设计。
所述防沉装置可为套筒式防沉装置。所述套筒式防沉装置为桶形结构，该桶形结构的上端面的中央设置有对应于所述目标井的井口的开口，以便于油管与套管的下入；且该桶形结构下端完全开口，如图1所示。本发明实施例中的所述套筒式防沉装置具有结构自重小、便于制作安装、抗压强度高、成本低等优点，可有效地缓解冻土带钻井过程中发生的井口下沉问题。
所述防沉系统10还可包括：连接装置2，用于将所述至少一个套管5中的距所述目标井的井筒最近的套管(例如，位于最外层的套管c)的上端与所述防沉装置相连。
在施工过程中，首先将套筒式防沉装置按照图1所示的方式竖向放置于泥面，所述套筒式防沉装置在自重或顶部载荷的作用下贯入泥面，并采用打桩的方式将所述套筒式防沉装置贯入到设计深度(在本发明各个实施例中可将其简称为贯入深度)。然后在所述套筒式防沉装置的上端面的中央所设置的开口进行钻井，并下入油管3和套管5。位于最外层的套管c的上端通过连接装置2与所述套筒式防沉装置相连。由此，当钻井液从环空上返时，气凝胶套管可有效隔绝钻井液与地层之间的热量传递，从而防止了冻土的融化，进而防止了井口的下沉；生产过程中气凝胶套管有效阻止了产出流体的径向散热，起到了较好的保温效果。并且，套筒式防沉装置可极大地增大井口载荷与表层冻土的接触面积，从而有效地降低了井口的下沉量。
综上所述，本发明创造性地设计了套管的结构，使其上部分为隔热性较高的隔热套管以及下部分为隔热性较低的隔热套管，从而可有效地将钻井液或油管内产生的流体返回地层时原本可能散失的热量隔绝在井筒内，由此，一方面可防止浅表层冻土带的冰融化，另一方面可防止油管的流体的热量散失。因此，本发明不仅可有效地防止表层冻土融化所导致的井口下沉，还可实现对油管内流体的良好保温性。
图3是本发明一实施例提供的用于所述的防沉系统的校核方法的流程图。如图3所示，所述校核方法可包括以下步骤s301-s304。
步骤s301，根据目标井的油管内产生的流体的热学特征参数与流速、及所述目标井的井筒内部的与所述流体的散热过程相关的热学特征参数，建立井筒内部的温度场。
所述井筒内部的温度场可通过以下公式模拟：
其中，v为所述流体(例如原油)的流速；rti和rto分别为所述油管的内外径；uto是总传热系数；ke是地层的导热系数；td是常数；z是距井底的距离；ρa是所述流体的密度；θ是所述目标井的倾斜角(即所述目标井与竖直方向的夹角，直井为90度)；f是油管内壁的摩擦因子(所述流体流动受到管壁的阻力)；cf是所述流体的比热容；tf是所述流体的温度；tei是地层的温度；t是时间；g是重力加速度；h为所述流体中的气体焓值；以及d为所述油管的直径。所述总传热系数uto可通过以下公式得到：
其中，ht为所述油管内的对流传热系数；kt为所述油管的导热系数；hc为所述环空内的对流传热系数；rcij和rcoj分别为所述套管j的内径和外径；kcasj和kcemj分别为所述套管j和所述水泥环j的导热系数；rwbj为所述水泥环j的外径；以及n为套管的总数。例如，以3个套管及与该3个套管相对应的3个水泥环为例，按照从井筒的内侧指向外侧的方向对套管的序号进行排序，套管a(与水泥环a’)、套管b(与水泥环b’)与套管c(与水泥环c’)的序号分别为1、2、3。
步骤s302，根据所述井筒内部的温度场及所述流体到达所述目标井的井口处的目标温度，分别计算所述至少一个套管中的每一者的第一隔热套管的长度。
对于步骤s302，所述分别计算所述至少一个套管中的每一者的第一隔热套管的长度可包括：根据以下公式计算第n个第一隔热套管的长度
其中，ln为第n个的套管的总长度且n等于或大于1，twh、twb分别为所述流体在所述目标井的井底与井口处的温度，kagl为所述第一隔热套管的传热系数，tn为第n个套管底部处的温度。
步骤s303，根据所述至少一个套管中的每一者的第一隔热套管的长度，模拟所述流体到达所述目标井的井口处的温度。
具体地，在每个套管各自的第一隔热套管的长度确定的情况下，可根据有限元方法模拟所述流体上返到井口的过程，获取所述流体到达井口时的温度。
步骤s304，根据所述流体到达所述目标井的井口处的温度及所述目标温度，调整所述至少一个套管中的每一者的第一隔热套管的长度。
对于步骤s304，所述调整所述至少一个套管中的每一者的第一隔热套管的长度可包括：在所述流体到达所述目标井的井口处的温度小于所述目标温度的情况下，将所述至少一个套管中的至少一者的第一隔热套管的长度增大各自的第一预设值，以重新获取所述至少一个套管中的所述至少一者的第一隔热套管的长度。
当然，在所述流体到达所述目标井的井口处的温度小于所述目标温度的情况下，还可将每个套管的第一隔热套管的长度均增大某个定值，且所增大的值还可不同。
当所述流体到达所述目标井的井口处的温度等于或大于所述目标温度时，确定所调整得到的所述至少一个套管中的每一者的第一隔热套管的长度为优选的长度。
通过上述方法，能够确定适当的第一隔热套管的长度，一方面可满足预设的保温性，从而防井口下沉；另一方面还可满足钻井工程的经济性。
具体而言，下面以至少一个套管为三个套管且第一绝热套管为气凝胶套管为例对防沉系统的校核过程进行解释和说明，如图4所示。
所述对防沉系统的校核过程可包括以下步骤s401-s407。
步骤s401，根据目标井的油管内产生的流体的热学特征参数与流速、及所述目标井的井筒内部的与所述流体的散热过程相关的热学特征参数，建立井筒内部的温度场。
步骤s402，根据所述井筒内部的温度场及所述流体到达所述目标井的井口处的目标温度，分别计算每个套管的气凝胶套管的长度。
步骤s403，根据每个套管的气凝胶套管的长度，模拟所述流体到达所述目标井的井口处的温度。
步骤s404，判断所述流体到达所述目标井的井口处的温度是否大于或等于目标温度，若是，则执行步骤s405，否则，执行步骤s407。
步骤s405，确定所调整的所述防沉装置的尺寸为所述防沉装置的合适的尺寸。
步骤s406，绘制井筒内部的温度分布曲线图。
步骤s407，增大每个气凝胶套管的长度，并执行步骤s403。
综上所述，本发明创造性地根据井筒内部的温度场及产生流体到达所述目标井的井口处的目标温度，分别计算所述至少一个套管中的每一者的第一隔热套管的长度；然后根据每个套管的第一隔热套管的长度，模拟所述流体到达所述目标井的井口处的温度；最后根据所述流体到达所述目标井的井口处的温度及所述目标温度，调整每个套管的第一隔热套管的长度，由此，本发明可通过对套管中的第一隔热套管的长度进行校核来获得合理的尺寸，以不仅满足预设的保温性又满足钻井工程的经济性。
图5是本发明一实施例提供的用于所述的用于冻土带的目标井的防沉系统的校核方法的流程图。如图5所示，所述校核方法可包括以下步骤s501-s504。
步骤s501，根据目标井的钻井液的流速及所述目标井的钻柱中的钻井液的温度冻土带，确定所述目标井的环空内部的温度场。
环空7为钻柱(或油管3)与套管5之间形成的空隙，在钻井过程中，钻井液在钻柱(未示出)、钻头(未示出)和环空7之间循环，从环空7向上返回的钻井液在流动过程中与套管5进行热交换。
环空内部的温度场可根据下式模拟：
其中，
步骤s502，根据所述目标井的环空内部的温度场及所述冻土带的温度场，确定所述冻土带的冻土融化区域的冻土特征参数。
随着钻井液与套管之间的热交换，温度升高的套管与冻土带之间发生热传递而使冻土温度升高，进而导致冻土融化。冻土带的温度变化取决于从周围吸收的热量、冰融化消耗的能量以及融化水吸收的能量之间的相对大小。根据上述原理以及能量守恒原理，可以用下述方程式来模拟冻土带温度场：
上式中ρe、ρs、ρl分别指冻土、冰和水的密度，t指冻土带温度，φs、φl分别指冰、水的饱和度，ke指冻土带的热传导系数，x指冻土距离井的距离。
根据所述环空内部的温度场和所述冻土带的温度场确定所述冻土带的冻土融化区域的冻土参数的步骤还可包括：根据所述环空内部的温度场和所述冻土带的温度场确定冻土融化区域的融化边界和融化量；以及根据所述融化边界和所述融化量确定所述融化区域的冻土参数。其中，所述冻土参数可以包括冻土的侧阻力系数和抗压强度。
步骤s503，根据所述冻土带的冻土融化区域的冻土特征参数及所述防沉装置的受力分析方程，确定所述防沉装置的尺寸。
对于步骤s503，所述确定所述防沉装置的尺寸可包括：根据所述冻土带的冻土融化区域的冻土特征参数，确定所述防沉装置的直径，其中所述冻土参数包括冻土带的侧阻力系数和抗压强度；以及根据所述防沉装置的受力平衡方程及所述防沉装置的直径，确定所述防沉装置的贯入深度。当然，所述防沉装置的下端两支脚的长度应设置为大于或等于所述贯入深度。
所述防沉装置的直径d可根据以下公式确定：
其中，g为在钻井过程中井口装置1和被设置于所述目标井中的套管的总重力，f指冻土带的侧阻力系数，h为所述冻土带的长度，σp为所述冻土带的抗压强度，ρe为冻土的密度。该式的原理为，使防沉装置、井口装置和套管的带给冻土层的压强小于冻土层的抗压强度。
在确定防沉装置的直径时，可以在根据上式的临界值确定防沉装置的理论尺寸后，可取n＝1.2并预留一定的余量(例如，可以预留10％的尺寸余量)以作为实际确定的尺寸，即防沉装置的直径可计算为：
防沉装置的上端面优选为圆形，但也可以形成为矩形，形成矩形时，防沉装置的直径可以为其边长。
考虑沉贯过程中渗流的作用和土体有效强化应力效应，对井筒进行受力分析可得到以下公式，通过该公式可计算得到所述防沉装置的贯入深度z，
步骤s504，根据所述防沉装置的尺寸，确定所述目标井的井筒的顶端所承受的最大挤压应力与所述井筒的筒壁所承受的最大挤压应力。
对于步骤s504，所述确定所述目标井的井筒的顶端所承受的最大挤压应力与所述井筒的筒壁所承受的最大挤压应力可包括：根据所述防沉装置的尺寸，通过有限元模拟方法分别确定所述井筒的顶端所承受的最大挤压应力与所述井筒的筒壁所承受的最大挤压应力。
具体地，在防沉装置的尺寸确定的情况下，根据有限元方法模拟井筒的贯入过程，分析所述井筒各个位置处的受力情况，可得到井筒的顶端所承受的最大力及筒壁所承受的最大力。其中，所述井筒的顶端所承受的最大力即为所述井筒的顶端所承受的最大挤压应力，所述井筒的筒壁所承受的最大力即为所述井筒的筒壁所承受的最大挤压应力。
步骤s505，根据所述井筒的顶端所承受的最大挤压应力、所述井筒的筒壁所承受的最大挤压应力及所述井筒的抗压强度阈值，调整所述防沉装置的尺寸。
对于步骤s505，所述调整所述防沉装置的尺寸可包括：在所述井筒的顶端所承受的最大挤压应力大于或等于所述抗压强度阈值的情况下，将所述防沉装置的直径增大第二预设值，以重新获取所述防沉装置的直径；和/或在所述井筒的筒壁所承受的最大挤压应力大于或等于所述抗压强度阈值的情况下，将所述防沉装置的贯入深度减小第三预设值，以重新获取所述防沉装置的贯入深度。也就是说，当所述井筒的顶端所承受的最大挤压应力小于所述抗压强度阈值时，所调整得到的所述防沉装置的直径为优选的直径；且当所述井筒的筒壁所承受的最大挤压应力小于所述抗压强度阈值时，所调整得到的所述防沉装置的贯入深度为优选的贯入深度。
通过上述方法，能够确定适当的防沉装置，以缓解各装置对冻土的压强，从而减少井的下沉量。
具体而言，下面以防沉装置的上端面的形状为圆形为例对防沉系统的校核过程进行解释和说明，如图6所示。
如图6所示，所述对防沉系统的校核过程可包括以下步骤s601-s610。
步骤s601，根据目标井的钻井液的流速及所述目标井的钻柱中的钻井液的温度冻土带，确定所述目标井的环空内部的温度场。
步骤s602，根据所述目标井的环空内部的温度场及所述冻土带的温度场，确定所述冻土带的冻土融化区域的冻土特征参数。
步骤s603，根据所述冻土带的冻土融化区域的冻土特征参数及所述防沉装置的受力分析方程，确定所述防沉装置的直径。
步骤s604，根据所述防沉装置的受力平衡方程及其直径，确定所述防沉装置的贯入深度。
步骤s605，根据所述防沉装置的直接与贯入深度，通过有限元模拟方法模拟所述目标井的井筒的顶端所承受的最大挤压应力与其筒壁所承受的最大挤压应力。
步骤s606，判断所述井筒的顶端所承受的最大挤压应力是否小于抗压强度阈值，若是，执行步骤s607，否则，执行步骤s608。
步骤s607，判断所述井筒的筒壁所承受的最大挤压应力是否小于所述抗压强度阈值，若是，执行步骤s609，否则，执行步骤s610。
步骤s608，增大所述防沉装置的直径，并执行步骤s605。
步骤s609，确定所调整的所述防沉装置的尺寸为所述防沉装置的合适的尺寸。
步骤s610，减小所述防沉装置的贯入深度，并执行步骤s605。
图7是本发明一实施例提供的用于所述的防沉系统的校核系统(可简称为第一校核系统)的结构图。如图7所示，所述第一校核系统20可包括：井筒温度场确定装置22，用于根据目标井的油管内产生的流体的热学特征参数与流速、及所述目标井的井筒内部的与所述流体的散热过程相关的热学特征参数，建立井筒内部的温度场；长度确定装置24，用于根据所述井筒内部的温度场及所述流体到达所述目标井的井口处的目标温度，分别确定所述至少一个套管中的每一者的第一隔热套管的长度；温度模拟装置26，用于根据所述至少一个套管中的每一者的第一隔热套管的长度，模拟所述流体到达所述目标井的井口处的温度；以及长度调整装置28，用于根据所述流体到达所述目标井的井口处的温度及所述目标温度，调整所述至少一个套管中的每一者的第一隔热套管的长度。
有关本发明提供的用于所述的防沉系统的校核系统的具体细节及益处可参阅上述针对用于所述的防沉系统的校核方法的描述，于此不再赘述。
图8是本发明一实施例提供的用于所述的用于冻土带的目标井的防沉系统的校核系统(可简称为第二校核系统30)的结构图。如图8所示，所述第二校核系统30包括：环空温度场确定装置32，用于根据目标井的钻井液的流速及所述目标井的钻柱中的钻井液的温度冻土带，确定所述目标井的环空内部的温度场；特征参数确定装置34，用于根据所述目标井的环空内部的温度场及所述冻土带的温度场，确定所述冻土带的冻土融化区域的冻土特征参数；尺寸确定装置36，用于根据所述冻土带的冻土融化区域的冻土特征参数及所述防沉装置的受力分析方程，确定所述防沉装置的尺寸；最大挤压应力确定装置38，用于根据所述防沉装置的尺寸，确定所述目标井的井筒的顶端所承受的最大挤压应力与所述井筒的筒壁所承受的最大挤压应力；以及尺寸调整装置40，用于根据所述井筒的顶端所承受的最大挤压应力、所述井筒的筒壁所承受的最大挤压应力及所述井筒的抗压强度阈值，调整所述防沉装置的尺寸。
有关本发明提供的用于所述的防沉系统的校核系统的具体细节及益处可参阅上述针对用于所述的防沉系统的校核方法的描述，于此不再赘述。
本发明一实施例还提供一种用于冻土带的防止目标井沉降的系统，所述系统可包括：所述防沉系统10；以及所述第一校核系统20和/或所述第二校核系统30。图9示出了所述系统包括所述防沉系统10、所述第一校核系统20及所述第二校核系统30。
本发明又一实施例还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行所述的校核方法。
所述机器可读存储介质包括但不限于相变内存(相变随机存取存储器的简称，phasechangerandomaccessmemory，pram，亦称为rcm/pcram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体(flashmemory)或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备等各种可以存储程序代码的介质。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！