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复杂井况综合诊断与套管优化设计分析系统 Well Diagnosis-Optimization
 
复杂井况综合诊断与套管优化设计分析系统(Well Diagnosis-Optimization Expert V3.0)
Complex Well Status Diagnosis and Casing Optimization Software
1)软件开发主要技术概要
*         动态数据库(表)的创建
根据需要,软件在对数据库操作时采用ADO方式,先使用数据库管理系统(Microsoft Access)建立好数据库和数据表结构,然后在程序中引用ADO对象与数据库中的表建立连接,再通过数据库感知DataGrid控件来进行数据库的各种操作。
*         基于数据查询的套管优化筛选技术
其基本步骤如下:尽可能全面地建立套管资料数据库;依次将套管的“抗挤强度”、“抗拉强度”、“抗内压强度”、“单价”等按照由小到大的顺序将套管型号排序;根据是否有特殊要求(如抗腐蚀、抗硫、特殊密封螺纹扣等)首次筛选数据库;按照套管可靠性设计方法确定每一段套管的各种强度值,然后从数据库中选择刚好且能够满足所有强度要求的套管,并同时选择下方1~3个套管型号作为对比型号;将选择的所有型号的套管属性分别代入套管可靠性校核模块进行校核,同时计算出各种套管型号方案的总成本,从中选择成本最小的套管型号作为最优方案;按照上述方法依次筛选出各层套管柱即为最优的套管可靠性设计结果。
2)软件的功能模块
 
*         软件启动界面及操作主窗口

²        软件操作主窗口
*         套管数据库
包括套管型号数据库和套损资料数据库两部分,分别用于存储各种型号套管的性能参数(如几何尺寸、力学性能、连接性能、价格等)和套管损坏井的基本资料(套管损坏形式、套管损坏层位、套管寿命等),同时为用户提供了便捷的数据资料查询、添加、修改、删除等功能。藉此,用户可以根据技术更新和市场供应情况不断完善套管型号数据库,并根据各油田的开发情况补充套管损坏资料库。

²        套管数据库操作子窗体

²        套损资料数据库操作子窗体
*         套管柱常规设计
Ø         套管柱完整结构设计模块
套管柱完整结构设计用于模拟钻井过程的整个套管柱结构(井身结构),对一口井的整体井身结构进行设计计算。
Ø         单层套管柱设计模块
单层套管柱设计主要采用目前常用的设计方法(如安全系数法、BEB法、边界载荷法等)对单层套管柱进行设计,以满足用户的常规需求,同时用于和套管柱的可靠性设计数据进行对比。计算结果采用两种显示输出方式——文本输出和图形输出,文本输出是以文字的方式给出计算设计结果,用户可以理性地分析各种结果数据;而图形输出则将计算设计结果形象地展示给用户,用户可以直观地观察结果。
   
 
Ø         套管柱强度校核模块
该模块对分别对套管柱的抗挤、抗内压和抗拉强度进行校核。其中采用现场常用的预设井涌量法及最大载荷法计算套管柱内压力。
   
 

*         地应力与出砂计算
地应力与出砂计算模块包括地应力计算和出砂预测两部分。
Ø         地应力计算模块
地应力计算主要考虑在缺少地应力数据的情况下,为后面出砂预测及套管受力分析提供数据。通过改变回归公式计算系数可分别模拟不同区块地应力的大小。
Ø         出砂预测模块
出砂预测部分针对不同情况分为射孔完井、裸眼完井和砂拱稳定三种情况进行出砂预测。首先对井眼周围及射孔孔眼周围应力分布进行计算,在此基础上针对油水井现场实际状况采用不同模型进行出砂预测,计算结果可提供出砂状况(是否出砂)、出砂层位以及临界井底流压,根据计算结果可以对出砂影响参数进行分析,并确定最佳生产工艺。
该模块主要具有以下功能:新井出砂预测,以判断是否需要采取防砂措施;老井出砂解释,并对其未来行为进行预测;对生产工艺参数确定提供参考意见。
热采井出砂套管受力分析
*         套管受力分析
套管柱受力分析包括出砂前套管受力分析,出砂后套管受力分析和出砂后套管失稳分析三个功能子模块。
出砂前套管受力分析包括套管和水泥环内外壁径向应力、环向应力、切向应力、第一主应力、第二主应力、第三主应力、Mises应力等,以及套管和水泥环内外壁的位移情况分析。该模块可以通过改变套管壁厚、水泥环厚度和弹性模量以及地应力大小研究其对套管及水泥环受力的影响。
   
   
   
 
井眼非均匀正应力与剪应力分布图
井眼变形与主应力分布图
*         注水井压力计算
该模块分为两种情况考虑注水压力:1.注水的井口注水压力,2.低渗透油层的井口注水压力。注水井注水时,注水压力同时作用于套管、水泥环(I、II界面)、隔层、油层。合理的注水压力就是既要使注水量满足地质方案要求,又要不超过上述部位中最小强度的允许值。
*         射孔分析
射孔分析包括以下三个模块:射孔后地层损坏程度与半径,产能随孔深变化曲线和油井conoco负压差法。
   
 
*         套管柱安全评价
套管安全分析包括套管柱风险评估和套管柱寿命预测两个基本功能,前者主要借助于套管柱系统故障树模型,采用基于Borda序值的套管风险评估的模糊综合定量分析方法及其模型,定量计算各风险因素对套管柱的影响程度、套管柱各种失效形式的危险程度,以及套管柱系统的整体风险指标;而后者则基于前者的分析结果,以各风险影响因素对套管柱的影响程度指标为主要输入向量,以套管柱系统的服役寿命为输出向量,采用支持向量机理论,对实际套管的寿命进行预测。
套管柱风险评估主要包括基本参数、地质条件、井身结构与固井、采油与开发、地应力与腐蚀等五个类项。
   
 
 
 
*         套管柱可靠性计算分析
套管柱可靠性计算分析包括套管柱系统可靠性分析和套管柱可靠性设计两个基本功能,主要采用结构可靠性理论进行套管柱系统和单层套管柱的可靠度计算。该功能模块为软件的核心功能之一。
Ø         套管柱系统可靠性分析模块
由于套管柱系统的可靠性分析较为复杂,考虑的因素较多,因此套管柱系统可靠性分析的操作子窗体较为复杂。该操作子窗体主要包括地质条件、井身结构与固井、采油与开发、地应力与腐蚀等四个类项。
Ø         套管柱可靠性设计模块
该模块主要包括如下几部分:1)设计基本参数,包括井号、油气井类型、套(尾)管公称外径、控制设计段数、井斜角、套管类型、套(尾)管下深、套(尾)管顶深、套(尾)管标准(分为API、非API和全部三个选项)、水泥返高等;2)可选参数,包括钻井液密度、井身温度梯度、循环出口温度、地层压力梯度、特殊要求(用于设置对套管性能的特殊要求,分为“无”、“抗硫”、“抗腐蚀”三类)、螺纹扣类型等;3)随机分布参数,用于设置套管外径、壁厚、屈服强度、弹性模量、泊松比,外挤压力、内压力、轴向力等多个参量的随机分布类型和分布参数,这是可靠性设计的典型特征,也是区别于常规设计的主要特点;4)安全系数预设,由于安全系数法在传统的强度计算中具有举足轻重的地位,为了兼顾用户的设计习惯,仍保留安全系数预设框,用户可以通过文本输入设置对应的安全系数;结果输出选项,用于选择计算结果的输出方式,可以选择文本输出、图形输出,也可二者全选。
 
 
 
 
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