CN111581872A - 一种预测井下脉冲电极寿命的方法 - Google Patents

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Abstract

一种预测井下脉冲电极寿命的方法，包括：(1)获取井下脉冲电极作业工况；(2)将井下作业深度、电极起始间隙、电极直径、环境温度、放电电压、水的电导率输入仿真模型；(3)获取单次放电结束后，电极的烧蚀率；(4)根据烧蚀率与放电频率，预测电极使用寿命；(5)根据预测的电极使用寿命，指导施工作业。该方法全面考虑了影响井下水中脉冲电极寿命的因素，能够根据作业工况，快速、方便、准确的预测电极的使用寿命。根据预测的电极使用寿命，设计相关设备单次下井作业时间，为非常规页岩油气井施工提供指导作用。

Description

一种预测井下脉冲电极寿命的方法
技术领域
本发明属于非常规页岩油气领域，具体的涉及一种预测井下脉冲电极寿命的方法。
背景技术
当前石油的主要产量来自于老油田，然而老油田不同程度地存在因污染堵塞而减产的情况。目前油田的解堵主要采用传统的化学解堵和压裂解堵方法，但是化学物品的处理、储存运输及带来的生态问题已严重制约了该方法的应用，采用压裂解堵也会带来严重的地下水污染等问题。
基于液电效应与脉冲功率技术的油田增产装置在近些年被广泛研究，其通过在储层段产生强冲击的液电脉冲波，解除油田射孔堵塞，增加岩层裂缝，提高储层渗透率，实现增产的目的。该方法为纯粹的物理增产手段，较传统的解堵方法而言，不存在环境污染问题，同时具有安全高效、施工工艺简单、作业时间短等特点。
为使作用在目标储层的冲击波达到储层致裂效果，井下脉冲电极的放电电压通常高达20-30kV，电流可达5-10kA，在巨大的能量冲击作用下，电极的烧蚀情况十分严重，需要在工作一定时间后，及时更换电极。然而脉冲电极的使用寿命受到多种作业工况影响，单凭施工经验无法获取电极的使用寿命，对施工造成一定困扰。
本发明提供了一种预测井下脉冲电极寿命的方法，该方法考虑了井下作业深度、电极起始间隙、电极直径、环境温度、放电电压、水的电导率对电极寿命的影响，应用模型仿真得到电极的烧蚀率，并利用电极的烧蚀率与放电频率预测电极的使用寿命。经过实验比对，该方法预测的电极寿命较为准确，可以为相关工程作业提供指导。
发明内容
本发明的技术解决问题是：填补现有技术的空白，提供一种预测井下脉冲电极寿命的方法，其能够准确、快速、方便的预测井下脉冲电极的使用寿命。
本发明的技术解决方案是：这种预测井下脉冲电极寿命的方法，其包括以下步骤：
(1)获取井下脉冲电极作业工况；
(2)将井下作业深度、电极起始间隙、电极直径、环境温度、放电电压、水的电导率输入仿真模型；
(3)获取单次放电结束后，电极的烧蚀率；
(4)根据烧蚀率与放电频率，预测电极使用寿命；
(5)根据预测的电极使用寿命，指导施工作业。
其中，所述步骤(3)中，基于COMSOL有限元仿真软件对电极模型进行仿真，得到电极的烧蚀率Q，烧蚀率为单次放电电极损失的材料体积。
其中，所述步骤(4)中，建立如下电极寿命模型
Figure BDA0002538452130000021
本发明的优点与效果是：目前国内外暂无预测井下脉冲电极寿命的方法，无法确定设备每次下井作业的时间，对油气井施工造成一定困扰。本发明提供了一种预测井下脉冲电极寿命的方法，该方法考虑了井下作业深度、电极起始间隙、电极直径、环境温度、放电电压、水的电导率对电极寿命的影响，应用模型仿真得到电极的烧蚀率，并利用电极的烧蚀率与放电频率预测电极的使用寿命。经过实验比对，该方法预测的电极寿命较为准确，可以为相关工程作业提供指导。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1是根据本发明的一种预测井下脉冲电极寿命的方法的流程图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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做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。
如图1所示，提供一种预测井下脉冲电极寿命的方法，其包括以下步骤：
(1)获取井下脉冲电极作业工况；
(2)将井下作业深度、电极起始间隙、电极直径、环境温度、放电电压、水的电导率输入仿真模型；
(3)获取单次放电结束后，电极的烧蚀率；
(4)根据烧蚀率与放电频率，预测电极使用寿命；
(5)根据预测的电极使用寿命，指导施工作业。
其中，所述步骤(3)中，基于COMSOL有限元仿真软件对电极模型进行仿真，电极的烧蚀率Q是通过以下控制方程得到的：
阳极电极热通量：-n·(-k▽T)＝|J·n|φs
阴极电极热通量：-n·(-k▽T)＝-|Jelec|φs+|Jion|Vion
通过阳极、阴极电极的热通量计算出电极表面的温升，根据电极材料的熔点计算出脉冲放电结束后电极的体积损失，即电极的烧蚀率Q。
其中，所述步骤(4)中，建立如下电极寿命模型
Figure BDA0002538452130000031
式中r为电极半径，单位为mm；h0为电极起始间隙，单位为mm；Q为电极的烧蚀率，单位为mm3；f为放电频率，单位为Hz。
计算出的T即为井下脉冲电极寿命，经实验验证，计算出的电极寿命具有较高的准确度。
本发明填补了预测井下脉冲电极寿命技术的空白，提供了一种预测井下脉冲电极寿命的方法，该方法考虑了井下作业深度、电极起始间隙、电极直径、环境温度、放电电压、水的电导率对电极寿命的影响，应用模型仿真得到电极的烧蚀率，并利用电极的烧蚀率与放电频率预测电极的使用寿命。经过实验比对，该方法预测的电极寿命较为准确，可以为相关工程作业提供指导。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种预测井下脉冲电极寿命的方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)获取井下脉冲电极作业工况；
(2)将井下作业深度、电极起始间隙、电极直径、环境温度、放电电压、水的电导率输入仿真模型；
(3)获取单次放电结束后，电极的烧蚀率；
(4)根据烧蚀率与放电频率，预测电极使用寿命；
(5)根据预测的电极使用寿命，指导施工作业。
2.根据权利要求1所述的一种预测井下脉冲电极寿命的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，建立如下电极寿命模型
Figure FDA0002538452120000011
其中，r为电极半径，单位为mm；h0为电极起始间隙，单位为mm；Q为电极的烧蚀率，单位为mm3；f为放电频率，单位为Hz。
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