本发明属于钻完井技术领域，具体涉及一种套管抗剪切性能评价方法。
背景技术：
国内西南油气田页岩气井复杂压裂过程中套管变形率达到40％以上，通过打铅印及多臂井径仪等方法监测结果显示套管径向变形呈现非对称性，国内外专家学者初步研究后认为外部地层剪切是造成套管变形的主要原因之一，且井下工具下入正常与否是判断套管是否变形的主要手段。截止目前尚未发现有可行的套管剪切变形理论计算方法，现有评价套管抗剪切能力的方法主要是数值模拟方法，旨在确定外部剪切载荷与套管内径形变量之间的关系，该方法缺乏实物试验验证且误差较大。因此，如何借助实物模拟试验确定不同规格套管抗剪切性能图谱，形成套管抗剪切性能评价方法，为现场页岩气井储层体积改造用套管选用提供技术支撑，显得尤为重要。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种套管抗剪切性能评价方法，基于实物试验的方法确定套管的抗剪切性能，考虑到现场储层体积改造过程剪切载荷间距的改变，形成套管抗剪切能力随剪切间距变化规律的特征图谱，为现场套管选用提供技术支撑。
本发明采用以下技术方案：
一种套管抗剪切性能评价方法，采用套管柱在剪切载荷工况下的实物试验的方法确定套管的抗剪切性能，根据现场储层体积改造过程剪切载荷间距的改变，建立套管在不同剪切载荷工况下与壁厚改变的关系式，改变剪切间距λ确定不同规格套管的抗剪切性能特征图，根据储层岩性发生改变的层间距离λ1和最大剪切荷载，根据剪切间距λ1的直线与抗剪切性能曲线存在的交点判断套管抗剪切能力。
进一步的，包括以下步骤：
s1、进行套管柱在剪切载荷工况下的实物模拟试验；
s2、沿轴向剖开剪切变形套管，测量最大变形位置处的壁厚，得到套管壁厚最大改变量；
s3、在步骤s1和s2的基础上确定剪切载荷和套管内径剪切变形iu的关系
s4、根据步骤s3确定的剪切载荷和套管内径剪切变形关系，改变剪切间距λ确定不同规格套管的抗剪切性能特征图；
s5、根据现场地质勘查和录井资料，确定储层岩性发生改变的层间距离λ1和最大剪切荷载，根据套管变形前内径iuo和套管变形前井下工具最大外径划分区域i和ii，根据剪切间距为λ1的直线与抗剪切性能曲线存在交点判断套管抗剪切能力。
步骤s1实物模拟试验中，套管从左至右依次包括套管端部约束影响范围区、套管剪切载荷施加范围区、套管端部约束影响范围区以及套管径向加载液压缸，两侧套管端部约束影响范围区的剪切加载位置与端部距离l1均大于8d，d为套管的外径，将剪切夹具设置在套管剪切载荷施加范围区，通过改变剪切夹具的剪切间距λ，确定套管柱剪切外径变形ou和剪切载荷f变化规律特征图。
步骤s2中，套管壁厚最大改变量△t具体计算如下：
△t＝t-t1
其中，t为套管初始壁厚，t1为最大变形位置处的壁厚。
步骤s3中，通过套管抗剪切变形特征图，拟合得到剪切载荷f和外径ou变形的关系曲线，将步骤s2得到的套管壁厚最大改变量△t代入即可得到剪切载荷f和套管内径变形的关系式iu＝iu(f，t)。
剪切间距λ为0～40d，d为套管的外径。
步骤s5中，当交点位于i区时，套管剪切内径变形>iuo-iue，套管抗剪切能力弱；
当交点位于ii区时，套管剪切内径变形<iuo-iue，套管抗剪切能力满足工况要求。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种套管抗剪切性能评价方法，考虑到页岩气井储层体积改造过程中套管剪切变形率远高于常规油气井套损率，采用套管柱在剪切载荷工况下的实物试验的方法确定套管的抗剪切性能，考虑到现场储层体积改造过程剪切载荷间距的改变，改变剪切间距λ确定不同规格套管的抗剪切性能特征图，根据储层岩性发生改变的层间距离λ1和最大剪切荷载，根据剪切间距λ1的直线与抗剪切性能曲线存在的交点判断套管抗剪切能力，提出了详实可行的实物套管抗剪切能力评价方法，形成了不同规格套管抗剪切性能特征图，为现场非常规油气井套管柱精细化选用提供技术支撑。
进一步的，沿轴向剖开套管剪切变形，测量最大变形位置处的壁厚，得到套管壁厚最大改变量，确定剪切载荷和套管内径剪切变形iu的关系，明确了页岩气井用套管抗剪切性能。
进一步的，现阶段页岩气井用套管发生剪切变形的判断方法在于井下工具不能顺利下入，即：下入工具的外径大于套管变形后的内径值，本方法的目的就是确定不同剪切载荷工况下的套管内径变形情况，以确定下入工具的外径允许值。或者在确定下入工具的外径时，为使该工具正常下入，借助该关系式优选套管钢级和壁厚。
进一步的，技术人员根据交点判断套管抗剪切能力，简单直观，利于推广使用。
综上所述，本发明从套管本身出发，结合实物模拟试验结果，形成了一种套管抗剪切性能评价方法，为非常规油气井套管选用提供技术支撑。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为套管抗剪切性能评价方法加载示意图；
图2为p110φ139.7×9.17mm套管在不同剪切间距工况下的剪切载荷和外径变形关系曲线图；
图3为p110套管φ139.7不同壁厚工况下套管抗剪切性能特征图。
其中：1.套管端部约束影响范围区；2.套管剪切载荷施加范围区；3.剪切夹具；4.套管径向加载液压缸；5.套管壁厚9.17mm抗剪切性能曲线；6.套管壁厚10.54mm抗剪切性能曲线；7.套管壁厚11.1mm抗剪切性能曲线。
具体实施方式
现有技术主要采用尝试的办法提高钢级(v140)增加壁厚(>15mm)，造成了经济投入的极大浪费，且不能对症下药。本发明一种套管抗剪切性能评价方法，借助实物模拟试验的方法确定不同规格尺寸套管的抗剪切性能，进而形成不同剪切间距工况下的套管抗剪切性能变化规律，建立套管在不同剪切载荷工况下与壁厚改变的关系式，综合形成不同工况下的套管抗剪切性能特征图，为现场套管选用提供技术支撑，包括以下步骤：
s1、进行套管柱在剪切载荷工况下的实物模拟试验，如图1所示，套管从左至右依次包括套管端部约束影响范围区1、套管剪切载荷施加范围区2、套管端部约束影响范围区1以及套管径向加载液压缸4，基于圣维南原理，考虑端部约束的影响范围，套管端部约束影响范围区1的剪切加载位置与端部距离l1应大于8d(d为套管的外径)，将剪切夹具3设置在套管剪切载荷施加范围区2，改变剪切夹具3的剪切间距λ，确定套管柱剪切外径变形ou和剪切载荷f变化规律特征图；
如图2所示，采用图1所示的剪切实物模拟试验装置得到套管抗剪切性能与径向变形的对应关系，通过实物模拟试验的方法记录加载曲线，将加载曲线中的卸载曲线部分去掉，确定套管柱剪切外径变形ou和剪切载荷f变化规律特征图。
s2、沿轴向剖开套管剪切变形，测量最大变形位置处的壁厚t1，与套管初始壁厚t比对，确定套管壁厚最大改变量△t＝t-t1；
s3、在步骤s1和s2的基础上确定剪切载荷和套管内径剪切变形iu的关系iu＝iu(f，t)；
通过套管抗剪切变形特征图，拟合得到剪切载荷f和外径ou变形的关系曲线，而套管内径和外径的关系为△t＝t-t1，代入即可得到剪切载荷f和套管内径变形的关系式iu＝iu(f，t)。
s4、改变剪切间距λ(0、d、2d、3d、4d、5d、10d、15d、20d、25d、30d、35d、40d)，确定不同规格套管的抗剪切性能特征图；
如图2所示，与步骤s1类似，只需要改变两剪切板间的间距，即可得到对应的特征图。
套管壁厚9.17mm抗剪切性能曲线5，套管壁厚10.54mm抗剪切性能曲线6和套管壁厚11.1mm抗剪切性能曲线7如图3所示，考虑到现场最大剪切载荷可以粗略得到，为了更好的与现场工况对应，建立了图3所示的在某种剪切载荷工况下，套管内径形变量与剪切间距的关系曲线，结合下入工具的外径，可以实现套管的优选；
s5、油气田现场用套管抗剪切性能评价方法；
根据现场地质勘查和录井资料，确定储层岩性发生改变的层间距离λ1和最大剪切荷载，根据套管变形前内径iuo和套管变形前井下工具最大外径划分区域i和ii，根据剪切间距为λ1的直线与抗剪切性能曲线存在交点判断套管抗剪切能力；
当交点位于i区时，套管剪切内径变形>iuo-iue，套管抗剪切能力弱；
当交点位于ii区时，套管剪切内径变形<iuo-iue，套管抗剪切能力满足工况要求。
实施例
以p110钢级φ139.7mm套管为例说明套管抗剪切性能评价方法。
根据现场地质勘查和录井资料，确定储层岩性发生改变的层间距离λ1和最大剪切荷载，借助实物试验方法确定图3所示的套管抗剪切性能特征图，剪切间距为λ1的直线与抗剪切性能曲线存在交点：p1、p2和p3。
当交点p1位于i区时，套管剪切内径变形>iuo-iue，套管抗剪切能力弱，不满足工况需求；
当交点p2和p3位于ii区时，套管剪切内径变形<iuo-iue，套管抗剪切能力满足工况要求，同时基于经济成本的考虑，选择壁厚较薄(10.54mm)的套管为优。
本方法能够准确的描述套管在不同载荷工况下的抗剪切性能，为油田现场选用合适钢级、壁厚的套管提供技术支撑。实现了针对具体井况的性能优选，适当降低了全部采用高钢级大壁厚套管造成的成本投入。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。