WO2023124938A1 - 测试完井管柱的射孔爆轰分析方法及装置 - Google Patents
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Abstract
公开了一种测试完井管柱的射孔爆轰分析方法，该方法包括：以三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型，创建并执行爆轰分析任务，并分析任务结果得到测试完井的管柱爆轰工程数据。该方法可提升测试完井管柱射孔爆轰分析的准确性和分析效率，降低分析成本。
Description
相关申请
本申请要求2021年12月31日递交的、申请号为202111678839.7、专利名称为“测试完井管柱的射孔爆轰分析方法及装置”的中国发明专利的优先权，该专利的所有内容在此全部引入。
本发明涉及油田钻完井工程技术领域，尤其涉及测试完井管柱的射孔爆轰分析方法及装置。
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
现阶段，95％以上油气井都需要进行射孔压裂改造。当射孔枪炸药起爆时其产生的巨大爆轰波会推动管柱强烈振动，可能使测试完井管柱发生整体屈曲，甚至造成管柱断脱。
随着油气勘探的深入，“三超”(超深、超高温、超高压)井射孔爆轰引起的测试完井管柱断脱事故越来越多，造成巨大的经济损失。例如，西南油气田、塔里木油田的高温高压深井都发生过射孔测试联作封隔器管柱中心管断裂落井事故。由于爆轰问题复杂，射孔爆轰对管柱强度的影响目前主要依靠有限元数值分析和试验进行研究。
部分学者运用DYTRAN或ANSYS模拟射孔弹爆炸冲击波传递过程，采用三维实体单元模型模拟射孔管柱，确定射孔管柱轴向位移随时间变化规律。但由于采用三维实体单元计算，不光代价高昂，且一般只能选取管柱局部区域建立射孔爆轰有限元分析模型，获取管柱爆轰响应定性规律，因此很难获得管柱爆轰的整体响应特性，导致研究成果很难应用于工程实际。
本申请内容
本发明实施例提供一种测试完井管柱的射孔爆轰分析方法，用以提升测试完井管柱射孔爆轰分析的准确性、分析效率和安全性预测的准确度，降低分析成本，该方法包括：
根据测试完井的井身结构数据、井眼轨迹数据和测试完井管柱组合数据，生成三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型；
获取预设的井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷；所述爆炸冲击载荷与预设的炸药模型相关联；根据组合模型、井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，创建爆轰分析任务；所述爆轰分析任务用于模拟液压环境下管柱有限元模型与井筒有限元模型的初始接触过程、管柱有限元模型的下放和坐封过程和射孔爆轰过程；
根据组合模型、井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，执行爆轰分析任务；
对爆轰分析任务的执行结果进行分析，得到测试完井的管柱爆轰工程数据。
本发明实施例还提供一种测试完井管柱的射孔爆轰分析装置，用以提升测试完井管柱射孔爆轰分析的准确性、分析效率和安全性预测的准确度，降低分析成本，该装置包括：
测试完井管柱几何生成模块，用于根据测试完井的井身结构数据、井眼轨迹数据和测试完井管柱组合数据，生成三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型；
射孔爆轰分析任务创建模块，用于获取预设的井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷；所述爆炸冲击载荷与预设的炸药模型相关联；根据组合模型、井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，创建爆轰分析任务；所述爆轰分析任务用于模拟液压环境下管柱有限元模型与井筒有限元模型的初始接触过程、管柱有限元模型的下放和坐封过程和射孔爆轰过程；
射孔爆轰分析模块，用于根据组合模型、井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，执行爆轰分析任务；
射孔爆轰分析结果模块，用于对爆轰分析任务的执行结果进行分析，得到测试完井的管柱爆轰工程数据。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述测试完井管柱的射孔爆轰分析方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述测试完井管柱的射孔爆轰分析方法。
本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述测试完井管柱的射孔爆轰分析方法。
本发明实施例中，根据测试完井的井身结构数据、井眼轨迹数据和测试完井管柱组合数据，生成三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型；获取预设的井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷；所述爆炸冲击载荷与预设的炸药模型相关联；根据组合模型、井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，创建爆轰分析任务；所述爆轰分析任务用于模拟液压环境下管柱有限元模型与井筒有限元模型的初始接触过程、管柱有限元模型的下放和坐封过程和射孔爆轰过程；根据组合模型、井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，执行爆轰分析任务；对爆轰分析任务的执行结果进行分析，得到测试完井的管柱爆轰工程数据，与现有技术中采用三维实体单元模型模拟射孔管柱的技术方案相比，通过三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型，可大幅减少计算代价，降低了分析成本，又可最大程度接近测试完井管柱射孔爆轰过程的真实转态，满足了工程上测试完井管柱射孔爆轰计算分析要求，提升了测试完井管柱射孔爆轰分析的准确性和分析效率；同时，也提升了测试完井管柱射孔爆轰安全性预测的准确度。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明实施例中一种测试完井管柱的射孔爆轰分析装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中一种测试完井管柱的射孔爆轰分析装置的具体示例图；
图3是本发明实施例中一种测试完井管柱的射孔爆轰分析装置的具体示例图；
图4是本发明实施例中一种测试完井管柱的射孔爆轰分析装置的工作流程图；
图5是本发明实施例中一种测试完井管柱有限元模型与井筒有限元模型自动生成的示例图；
图6是本发明实施例中一种测试完井管柱射孔载荷的示意图；
图7是本发明实施例中一种封隔器附近Mises应力历程的曲线示意图；
图8为本发明实施例中一种测试完井管柱的射孔爆轰分析方法的流程示意图；
图9为本发明实施例中一种测试完井管柱的射孔爆轰分析方法的具体示例图；
图10为本发明实施例中用于测试完井管柱的射孔爆轰分析的计算机设备示意图。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本文中术语“和/或”，仅仅是描述一种关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。
在本说明书的描述中，所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本申请的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。
现阶段，95％以上油气井都需要进行射孔压裂改造。当射孔枪炸药起爆时其产生的巨大爆轰波会推动管柱强烈振动，可能使测试完井管柱发生整体屈曲，甚至造成管柱断脱。随着油气勘探的深入，“三超”(超深、超高温、超高压)井射孔爆轰引起的测试完井管柱断脱事故越来越多，造成巨大的经济损失。西南油气田、塔里木油田的高温高压深井都发生过射孔测试联作封隔器管柱中心管断裂落井事故。由于爆轰问题复杂，射孔爆轰对管柱强度的影响目前主要依靠有限元数值分析和试验进行研究。
部分学者运用DYTRAN或ANSYS模拟射孔弹爆炸冲击波传递过程，采用三维实体单元模型模拟射孔管柱，确定射孔管柱轴向位移随时间变化规律。由于采用三维实体单元计算代价高昂，一般只能选取管柱局部区域建立射孔爆轰有限元分析模型，获取管柱爆轰响应定性规律，因此很难获得管柱爆轰的整体响应特性，导致研究成果很难应用于工程实际。亟需发展一种能够实时准确预测测试完井管柱射孔爆轰过程的系统方法，提高测试完井管柱爆轰分析准确性，指导测试完井管柱安全设计。
为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种测试完井管柱的射孔爆轰分析装置，用以提升测试完井管柱射孔爆轰分析的准确性、分析效率和安全性预测的准确度，降低分析成本，参见图1，该装置可以包括：
测试完井管柱几何生成模块101，用于根据测试完井的井身结构数据、井眼轨迹数据和测试完井管柱组合数据，生成三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型；
射孔爆轰分析任务创建模块102，用于获取预设的井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷；上述爆炸冲击载荷与预设的炸药模型相关联；根据组合模型、井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，创建爆轰分析任务；上述爆轰分析任务用于模拟液压环境下管柱有限元模型与井筒有限元模型的初始接触过程、管柱有限元模型的下放和坐封过程和射孔爆轰过程；
射孔爆轰分析模块103，用于根据组合模型、井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，执行爆轰分析任务；
射孔爆轰分析结果模块104，用于对爆轰分析任务的执行结果进行分析，得到测试完井的管柱爆轰工程数据。
本发明实施例中，测试完井管柱几何生成模块，用于根据测试完井的井身结构数据、井眼轨迹数据和测试完井管柱组合数据，生成三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型；射孔爆轰分析任务创建模块，用于获取预设的井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷；上述爆炸冲击载荷与预设的炸药模型相关联；根据组合模型、井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，创建爆轰分析任务；上述爆轰分析任务用于模拟液压环境下管柱有限元模型与井筒有限元模型的初始接触过程、管柱有限元模型的下放和坐封过程和射孔爆轰过程；射孔爆轰分析模块，用于根据组合模型、井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，执行爆轰分析任务；射孔爆轰分析结果模块，用于对爆轰分析任务的执行结果进行分析，得到测试完井的管柱爆轰工程数据，与现有技术中采用三维实体单元模型模拟射孔管柱的技术方案相比，通过三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型，可大幅减少计算代价，降低了分析成本，又可最大程度接近测试完井管柱射孔爆轰过程的真实转态，满足了工程上测试完井管柱射孔爆轰计算分析要求，提升了测试完井管柱射孔爆轰分析的准确性和分析效率；同时，也提升了测试完井管柱射孔爆轰安全性预测的准确度。
具体实施时，测试完井管柱几何生成模块，用于根据测试完井的井身结构数据、井眼轨迹数据和测试完井管柱组合数据，生成三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型。
实施例中，测试完井管柱几何生成模块，具体用于：
根据测试完井的井身结构数据、井眼轨迹数据和测试完井管柱组合数据，生成三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型；
对三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型，分别划分管柱有限元模型和井筒有限元模型的网格单元；上述网格单元的类型为管单元PIPE31；
对划分网格单元的管柱有限元模型和井筒有限元模型，进行组装，得到三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型。
在一个实施例中，测试完井管柱几何生成模块，具体用于：
基于ABAQUS有限元分析软件，根据测试完井的井身结构数据、井眼轨迹数据和测试完井管柱组合数据，生成三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型。
在一个实施例中，可根据井身结构、测试完井管柱组合和井眼轨迹数据，自动生成测试完井管柱组合与井筒的材料与截面特性，以及三维测试完井管柱组合与井筒几何模型，并将测试完井管柱组合与井筒几何模型组装在一起。还可自动划分测试完井管柱组合与井筒几何模型网格，并将网格单元类型设置为PIPE31。
在上述实施例中，ABAQUS可提供测试完井管柱爆轰分析系统运行环境，采用管单元PIPE31单元，可模拟管柱射孔爆轰响应过程，具有计算分析速度快、结果准确可靠的特点，应用前景广泛。
在上述实施例中，使用管单元实现了测试完井管柱射孔爆轰全尺寸仿真模拟分析，相较于传统上通过实体单元模拟测试完井管柱爆轰过程，可在大幅减少计算代价的情况下又最大程度接近测试完井管柱射孔爆轰过程的真实转态，满足了工程上测试完井管柱射孔爆轰计算分析要求，对于及时准确设计测试完井管柱组合和确定射孔作业参数决策至关重要。
具体实施时，射孔爆轰分析任务创建模块，用于获取预设的井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷；上述爆炸冲击载荷与预设的炸药模型相关联；根据组合模型、井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，创建爆轰分析任务；上述爆轰分析任务用于模拟 液压环境下管柱有限元模型与井筒有限元模型的初始接触过程、管柱有限元模型的下放和坐封过程和射孔爆轰过程。
具体实施时，射孔爆轰分析模块，用于根据组合模型、井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，执行爆轰分析任务。
在一个具体实施例中，上述压力载荷包括：管柱外压力载荷、管柱内压力载荷和管柱浮力载荷；
射孔爆轰分析模块，具体用于：在执行爆轰分析任务中的管柱有限元模型的射孔爆轰过程时，通过ABAQUS有限元分析软件的DLOAD用户子程序，向管柱有限元模型施加管柱外压力载荷、管柱内压力载荷和管柱浮力载荷。
在一个具体实施例中，上述爆炸冲击载荷包括：管柱轴向力和管柱侧向力；
射孔爆轰分析模块，具体用于：在执行爆轰分析任务中的射孔爆轰过程时，根据爆轰压力基本参数，通过ABAQUS有限元分析软件的DLOAD用户子程序，向管柱有限元模型施加管柱轴向力和管柱侧向力；上述爆轰压力基本参数包括射孔弹参数、射孔参数和射孔段井眼参数。
实施例中，管柱内外压力载荷和管柱浮重载荷(即管柱浮力载荷)可通过ABAQUS的用户子程序DLOAD进行定义加载，并通过变量JLTYP区分载荷类型。
举一实例，当JLTYP＝＝27时可定义管柱内压载荷；当JLTYP＝＝28时可定义管柱外压载荷；当JLTYP＝＝43时可定义管柱浮力载荷。
上述射孔爆轰分析任务创建模块可通过3个分析步定义测试完井管柱载荷变化过程，进而创建爆轰分析任务，具体说明如下：
第1分析步、假定管柱模型(即上述的管柱有限元模型，可简称为管柱模型)在最终下入位置以上的预设深度处(如30～100m)与井眼轨迹重合，则模拟液压环境下管柱模型与井眼模型(即上述的井筒有限元模型)的初始接触过程；
第2分析步、模拟管柱模型下放到预定测深的动态过程，同时通过用户子程序DLOAD施加重力载荷(即管柱浮力载荷)与管柱内外静水压力载荷(即上述的管柱内外压力载荷)；
第3分析步、模拟管柱射孔爆轰响应过程，根据爆轰压力基本参数如射孔弹参数、射孔参数、射孔段井眼参数等，通过用户子程序DLAOD施加爆炸冲击载荷。
在一个实施例中，上述装置还包括：
管柱轴向力和管柱侧向力计算模块，用于：
按如下方式计算施加的管柱轴向力和管柱侧向力：
其中，p
CJ表示炸药模型的爆炸压力，单位为GPa；ρ
0为炸药模型的炸药初始密度，单位为g/cm
3；D为炸药模型的炸药爆速，单位为mm/μs；γ为多方指数，近似为γ＝1.6+0.8ρ
0；
其中，F
a表示管柱轴向力，单位为N；π为圆周率；R为管柱有限元模型的管柱内径，单位为mm；R
1为射孔直径，单位为mm；w为管柱有限元模型的管柱壁厚，单位为mm；θ为药型罩锥角；
其中，F
s表示管柱侧向力，单位为N。
在上述实施例中，上述管柱轴向力和管柱侧向力可通过ABAQUS集中载荷加载方法实现。
在上述实施例中，通过获取预设的井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，而这些获取预设的井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，可根据测试完井的实际情况由工作人员自由设置，从而实现了系统参数化的建模，可方便地调整测试完井管柱组合设计与射孔作业参数，以及选择不同炸药模型，更改预设的上述参数值和数据值，可针对每口井工程实际情况进行个性化射孔爆轰模拟分析，进一步提高了测试完井管柱射孔爆轰安全性预测准确度。
在一个实施例中，射孔爆轰分析任务创建模块，还可用于：定义测试完井管柱组合与井筒几何模型的边界条件与接触条件。而管柱与井眼的动态接触作用可通过edge-to-edge技术实现。
举一例，上述创建边界条件可结合井眼位移参数，按照如下方式设置管柱有限元模型与井筒有限元模型的位移：
1、首先设置井眼位移固定；2、在上述第1分析步中设置管柱顶部位移为0，第2分析步中设置管柱顶部位移为拟下放的深度；3、在上述第3分析步中设置管柱顶部位移保持第2分析步状态，封隔器位移为0。
具体实施时，射孔爆轰分析结果模块，用于对爆轰分析任务的执行结果进行分析，得到测试完井的管柱爆轰工程数据。
实施例中，上述管柱爆轰工程数据包括测试完井管柱的射孔爆轰Mises应力、轴向压缩拉伸载荷、速度和加速度。
在一个具体实施例中，上述测试完井的管柱爆轰工程数据，可以包括：测试完井管柱射孔爆轰Mises应力、轴向压缩拉伸载荷、速度、加速度和位移响应动画，管柱与井壁接触状态动画；靠近封隔器处Mises应力历程曲线图等；测试完井管柱最大Mises应力、最小安全系数和最大轴向压缩拉伸载荷等。
在上述实施例中，上述测试钻井管柱爆轰响应分析具有三维实时计算与显示的优点，实现了测试钻井管柱射孔爆轰分析过程实时可视化，为油田公司多领域工程团队决策分析提供直观动画与曲线，促进了团队融合，提高了地质工程一体化决策效率。
下面给出一个具体方案，来说明本发明的具体应用，该方案可按如下方式执行：
上述具体方案中的硬件设备可为高性能的计算工作站，其软件系统为测试完井管柱爆轰响应分析系统(即上述的测试完井管柱的射孔爆轰分析装置，以下不再赘述)、有限元分析软件ABAQUS、软件开发平台Visual Studio和Intel Parallel Studio XE，以及数据库系统SQL Server。上述各个软件系统均可运行于高性能计算系统之上。该装置可以对测试完井管柱射孔爆轰载荷和管柱强度安全性分析预测，优化射孔管柱配置和射孔参数，达到预防射孔管柱及井下工具损坏的目的。
上述方案中高性能计算工作站可提供系统运行所需的硬件条件，ABAQUS可提供测试完井管柱爆轰分析系统运行环境，软件开发平台Visual Studio和Intel Parallel Studio XE可编译测试完井管柱爆轰响应分析系统中的Fortran程序，SQL Server数据库可负责管理管柱爆轰分析涉及的数据。
上述方案中的测试完井管柱爆轰分析系统包括测试完井管柱几何生成模块、射孔爆轰载荷定义模块(即上述的射孔爆轰分析任务创建模块)、射孔爆轰分析模块、射孔爆轰分析结果模块。
上述方案中的测试完井管柱几何生成模块，可根据井身结构、测试完井管柱组合和井眼轨迹数据，自动生成测试完井管柱组合与井筒的材料与截面特性，以及三维测试完井管柱组合与井筒几何模型，并将测试完井管柱组合与井筒几何模型组装在一起。自动划分测试完井管柱组合与井筒几何模型网格，并将网格单元类型设置为PIPE31。
上述方案中的射孔爆轰载荷定义模块，可用于定义测试完井管柱组合与井筒几何模型的边界条件与接触条件。管柱与井眼的动态接触作用通过edge-to-edge技术实现。管柱的内外压力载荷和浮重通过ABAQUS的用户子程序DLOAD进行定义加载，并通过 变量JLTYP区分载荷类型。当JLTYP＝＝27时定义管柱内压载荷；当JLTYP＝＝28时定义管柱外压载荷；当JLTYP＝＝43时定义管柱浮力载荷。模块通过3个分析步定义测试完井管柱载荷变化过程。其中，第1分析步假定假设管柱在最终下入位置以上某深度处(30～100m)与井眼轨迹重合，管柱模拟液压环境下管柱与井眼的初始接触；第2分析步模拟管柱下放到预定测深的动态过程，同时通过用户子程序DLOAD施加重力载荷与管柱内外静水压力载荷；第3分析步模拟管柱射孔爆轰响应过程，根据爆轰压力基本参数如射孔弹参数、射孔参数、射孔段井眼参数等，通过用户子程序DLAOD施加爆炸冲击载荷。
上述方案中的射孔爆轰分析模块，可调用DLOAD用户子程序模板，根据系统输入的参数自动修改DLOAD用户子程序参数模板中相应的载荷参数值，参数修改完成，自动将修改好的DLOAD用户子程序模板文件保存成DLOAD用户子程序文件。模块自动生成测试完井管柱射孔爆轰分析任务，提交ABAQUS分析并监控。
上述方案中的射孔爆轰分析结果模块，其显示结果包括测试完井管柱射孔爆轰Mises应力、轴向压缩拉伸载荷、速度、加速度和位移响应动画，管柱与井壁接触状态动画；靠近封隔器处Mises应力历程曲线图等；测试完井管柱最大Mises应力、最小安全系数和最大轴向压缩拉伸载荷等。
下面对上述方案作进一步的说明：
如图2所示，上述具体实施例的方案，其由高性能计算工作站、测试完井管柱射孔爆轰分析系统、ABAQUS软件、Sql Server数据库、Intel Parallel Studio XE软件和Visual Studio软件组成。
如图3所示，上述测试完井管柱射孔爆轰分析系统，其由测试完井管柱几何生成模块、射孔爆轰载荷定义模块、射孔爆轰分析模块和射孔爆轰分析结果模块组成。具体实施流程如下：
第一步：如图2所示，上述高性能计算工作站上安装Visual Studio软件、SQL Server数据库、Intel Parallel Studio XE软件和ABAQUS软件，通过ABAQUS启动测试完井管柱射孔爆轰分析系统；
第二步：如图4所示，上述ABAQUS上启动测试完井管柱射孔爆轰分析系统，配置系统井眼和管柱尺寸、管材钢级等参数；
第三步：如图4所示，上述测试完井管柱几何生成模块，根据井身结构、井眼轨迹和测试完井管柱组合数据，生成管柱组合与井眼模型，并将管柱组合与井眼模型组装在 一起。设置管柱与井眼的单元类型为PIPE31，划分管柱与井眼网格。生成的管柱组合模型和井眼组合模型如图5所示；图5中，1为射孔段管柱，2为射孔眼中心点，3为射孔眼上端点，4为射孔眼下端点。
第四步：如图4所示，上述射孔爆轰载荷定义模块创建分析步。第1分析步用于模拟液压环境下管柱与井眼的初始接触；第2分析步模拟管柱下放到预定测深并坐封的动态过程；第3分析步模拟测试完井管柱射孔爆轰分析过程。
第五步：如图4所示，上述射孔爆轰载荷定义模块设置管柱与井眼相互作用为edge-to-edge接触，允许用户指定测试完井管柱与井眼套管的摩擦系数，以及测试完井管柱与裸眼段的摩擦系数。
第六步：如图4所示，上述射孔爆轰载荷定义模块创建边界条件。设置井眼位移固定；第1分析步中设置管柱顶部位移为0，第2分析步中设置管柱顶部位移为拟下放的深度；第3分析步中设置管柱顶部位移保持第2分析步状态，封隔器位移为0。
第七步：如图4所示，上述射孔爆轰载荷定义模块创建射孔爆轰载荷。通过ABAQUS集中载荷施加方法加载管柱射孔段侧向与轴向冲击力；通过用户子程序DLOAD加载管柱内压、外压与浮重。测试完井管柱射孔载荷如图6所示；
第八步：如图4所示，上述射孔爆轰分析模块创建测试完井管柱射孔爆轰分析作业，提交分析并进行监控。
第九步：如图4所示，上述射孔爆轰分析结果模块对管柱分析结果进行处理，提取所需的工程参数并显示。例如，图7显示了封隔器附近的Mises应力历程曲线。
综上，上述方案假定管柱的初始位置在下入最终位置以上某处与井眼轨迹重合，以接近管柱真实力学行为的方式模拟了管柱下入到最终位置、坐封并射孔爆轰的全过程，可以提供测试完井管柱在爆轰冲击作用下的应力演变过程，可实现射孔爆轰载荷和管柱强度安全性准确预测，优化射孔参数和射孔管柱配置，达到预防射孔作业时井下工具损坏的目的。
当然，可以理解的是，上述详细装置还可以有其他变化例，相关变化例均应落入本发明的保护范围。
本发明实施例中，测试完井管柱几何生成模块，用于根据测试完井的井身结构数据、井眼轨迹数据和测试完井管柱组合数据，生成三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型；射孔爆轰分析任务创建模块，用于获取预设的井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷；上述爆炸冲击载荷与预设的炸药模型相关联；根据组合模型、 井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，创建爆轰分析任务；上述爆轰分析任务用于模拟液压环境下管柱有限元模型与井筒有限元模型的初始接触过程、管柱有限元模型的下放和坐封过程和射孔爆轰过程；射孔爆轰分析模块，用于根据组合模型、井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，执行爆轰分析任务；射孔爆轰分析结果模块，用于对爆轰分析任务的执行结果进行分析，得到测试完井的管柱爆轰工程数据，与现有技术中采用三维实体单元模型模拟射孔管柱的技术方案相比，通过三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型，可大幅减少计算代价，降低了分析成本，又可最大程度接近测试完井管柱射孔爆轰过程的真实转态，满足了工程上测试完井管柱射孔爆轰计算分析要求，提升了测试完井管柱射孔爆轰分析的准确性和分析效率；同时，也提升了测试完井管柱射孔爆轰安全性预测的准确度。
如上述，本发明实施例涉及油田钻完井工程技术及装备领域，可以对测试完井管柱在射孔爆轰载荷冲击下的瞬态响应过程进行动态模拟及应力强度分析，得到射孔段管柱振动位移、速度、加速度及等效应力等对射孔爆轰冲击载荷的响应规律，准确分析管柱在射孔爆轰载荷作用下的强度安全性。
本发明实施例提供一种测试完井管柱的射孔爆轰分析方法，用以提升测试完井管柱射孔爆轰分析的准确性、分析效率和安全性预测的准确度，降低分析成本，如图8所示，该方法包括：
步骤801：根据测试完井的井身结构数据、井眼轨迹数据和测试完井管柱组合数据，生成三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型；
步骤802：获取预设的井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷；上述爆炸冲击载荷与预设的炸药模型相关联；根据组合模型、井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，创建爆轰分析任务；上述爆轰分析任务用于模拟液压环境下管柱有限元模型与井筒有限元模型的初始接触过程、管柱有限元模型的下放和坐封过程和射孔爆轰过程；
步骤803：根据组合模型、井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，执行爆轰分析任务；
步骤804：对爆轰分析任务的执行结果进行分析，得到测试完井的管柱爆轰工程数据。
在一个实施例中，生成三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型，如图9所示，包括：
步骤901：根据测试完井的井身结构数据、井眼轨迹数据和测试完井管柱组合数据，生成三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型；
步骤902：对三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型，分别划分管柱有限元模型和井筒有限元模型的网格单元；上述网格单元的类型为管单元PIPE31；
步骤903：对划分网格单元的管柱有限元模型和井筒有限元模型，进行组装，得到三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型。
在一个实施例中，生成三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型，包括：
基于ABAQUS有限元分析软件，根据测试完井的井身结构数据、井眼轨迹数据和测试完井管柱组合数据，生成三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型。
在一个实施例中，上述压力载荷包括：管柱外压力载荷、管柱内压力载荷和管柱浮力载荷；
执行爆轰分析任务，包括：在执行爆轰分析任务中的管柱有限元模型的射孔爆轰过程时，通过ABAQUS有限元分析软件的DLOAD用户子程序，向管柱有限元模型施加管柱外压力载荷、管柱内压力载荷和管柱浮力载荷。
在一个实施例中，上述爆炸冲击载荷包括：管柱轴向力和管柱侧向力；
执行爆轰分析任务，包括：在执行爆轰分析任务中的射孔爆轰过程时，根据爆轰压力基本参数，通过ABAQUS有限元分析软件的DLOAD用户子程序，向管柱有限元模型施加管柱轴向力和管柱侧向力；上述爆轰压力基本参数包括射孔弹参数、射孔参数和射孔段井眼参数。
在一个实施例中，还包括：
按如下方式计算施加的管柱轴向力和管柱侧向力：
其中，p
CJ表示炸药模型的爆炸压力，单位为GPa；ρ
0为炸药模型的炸药初始密度，单位为g/cm
3；D为炸药模型的炸药爆速，单位为mm/μs；γ为多方指数，近似为γ＝1.6+0.8ρ
0；
其中，F
a表示管柱轴向力，单位为N；π为圆周率；R为管柱有限元模型的管柱内径，单位为mm；R
1为射孔直径，单位为mm；w为管柱有限元模型的管柱壁厚，单位为mm；θ为药型罩锥角；
其中，F
s表示管柱侧向力，单位为N。
在一个实施例中，上述管柱爆轰工程数据包括测试完井管柱的射孔爆轰Mises应力、轴向压缩拉伸载荷、速度和加速度。
本发明实施例提供一种用于实现上述测试完井管柱的射孔爆轰分析方法中的全部或部分内容的计算机设备的实施例所述计算机设备具体包含有如下内容：
处理器(processor)、存储器(memory)、通信接口(Communications Interface)和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述通信接口用于实现相关设备之间的信息传输；该计算机设备可以是台式计算机、平板电脑及移动终端等，本实施例不限于此。在本实施例中，该计算机设备可以参照实施例用于实现测试完井管柱的射孔爆轰分析方法的实施例及用于实现测试完井管柱的射孔爆轰分析装置的实施例进行实施，其内容被合并于此，重复之处不再赘述。
图10为本申请实施例的计算机设备1000的系统构成的示意框图。如图10所示，该计算机设备1000可以包括中央处理器1001和存储器1002；存储器1002耦合到中央处理器1001。值得注意的是，该图10是示例性的；还可以使用其他类型的结构，来补充或代替该结构，以实现电信功能或其他功能。
一实施例中，测试完井管柱的射孔爆轰分析功能可以被集成到中央处理器1001中。其中，中央处理器1001可以被配置为进行如下控制：
根据测试完井的井身结构数据、井眼轨迹数据和测试完井管柱组合数据，生成三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型；
获取预设的井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷；所述爆炸冲击载荷与预设的炸药模型相关联；根据组合模型、井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，创建爆轰分析任务；所述爆轰分析任务用于模拟液压环境下管柱有限元模型与井筒有限元模型的初始接触过程、管柱有限元模型的下放和坐封过程和射孔爆轰过程；
根据组合模型、井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，执行爆轰分析任务；
对爆轰分析任务的执行结果进行分析，得到测试完井的管柱爆轰工程数据。
在另一个实施方式中，测试完井管柱的射孔爆轰分析装置可以与中央处理器1001分开配置，例如可以将测试完井管柱的射孔爆轰分析装置配置为与中央处理器1001连接的芯片，通过中央处理器的控制来实现测试完井管柱的射孔爆轰分析功能。
如图10所示，该计算机设备1000还可以包括：通信模块1003、输入单元1004、音频处理器1005、显示器1006、电源1007。值得注意的是，计算机设备1000也并不是必须要包括图10中所示的所有部件；此外，计算机设备1000还可以包括图10中没有示出的部件，可以参考现有技术。
如图10所示，中央处理器1001有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器1001接收输入并控制计算机设备1000的各个部件的操作。
其中，存储器1002，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与失败有关的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器1001可执行该存储器1002存储的该程序，以实现信息存储或处理等。
输入单元1004向中央处理器1001提供输入。该输入单元1004例如为按键或触摸输入装置。电源1007用于向计算机设备1000提供电力。显示器1006用于进行图像和文字等显示对象的显示。该显示器例如可为LCD显示器，但并不限于此。
该存储器1002可以是固态存储器，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、SIM卡等。还可以是这样的存储器，其即使在断电时也保存信息，可被选择性地擦除且设有更多数据，该存储器的示例有时被称为EPROM等。存储器1002还可以是某种其它类型的装置。存储器1002包括缓冲存储器1021(有时被称为缓冲器)。存储器1002可以包括应用/功能存储部1022，该应用/功能存储部1022用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器1001执行计算机设备1000的操作的流程。
存储器1002还可以包括数据存储部1023，该数据存储部1023用于存储数据，例如联系人、数字数据、图片、声音和/或任何其他由计算机设备使用的数据。存储器1002的驱动程序存储部1024可以包括计算机设备的用于通信功能和/或用于执行计算机设备的其他功能(如消息传送应用、通讯录应用等)的各种驱动程序。
通信模块1003即为经由天线1008发送和接收信号的发送机/接收机1003。通信模块(发送机/接收机)1003耦合到中央处理器1001，以提供输入信号和接收输出信号，这可以和常规移动通信终端的情况相同。
基于不同的通信技术，在同一计算机设备中，可以设置有多个通信模块1003，如蜂窝网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。通信模块(发送机/接收机)1003还经由音频处理器1005耦合到扬声器1009和麦克风1010，以经由扬声器1009提供音频输出，并接收来自麦克风1010的音频输入，从而实现通常的电信功能。音频处理器1005可以包括任何合适的缓冲器、解码器、放大器等。另外，音频处理器1005还耦合到中央处理器1001，从而使得可以通过麦克风1010能够在本机上录音，且使得可以通过扬声器1009来播放本机上存储的声音。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述测试完井管柱的射孔爆轰分析方法。
本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述测试完井管柱的射孔爆轰分析方法。
本发明实施例中，测试完井管柱几何生成模块，用于根据测试完井的井身结构数据、井眼轨迹数据和测试完井管柱组合数据，生成三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型；射孔爆轰分析任务创建模块，用于获取预设的井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷；所述爆炸冲击载荷与预设的炸药模型相关联；根据组合模型、井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，创建爆轰分析任务；所述爆轰分析任务用于模拟液压环境下管柱有限元模型与井筒有限元模型的初始接触过程、管柱有限元模型的下放和坐封过程和射孔爆轰过程；射孔爆轰分析模块，用于根据组合模型、井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，执行爆轰分析任务；射孔爆轰分析结果模块，用于对爆轰分析任务的执行结果进行分析，得到测试完井的管柱爆轰工程数据，与现有技术中采用三维实体单元模型模拟射孔管柱的技术方案相比，通过三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型，可大幅减少计算代价，降低了分析成本，又可最大程度接近测试完井管柱射孔爆轰过程的真实转态，满足了工程上测试完井管柱射孔爆轰计算分析要求，提升了测试完井管柱射孔爆轰分析的准确性和分析效率；同时，也提升了测试完井管柱射孔爆轰安全性预测的准确度。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
- 一种测试完井管柱的射孔爆轰分析方法，其特征在于，包括：根据测试完井的井身结构数据、井眼轨迹数据和测试完井管柱组合数据，生成三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型；获取预设的井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷；所述爆炸冲击载荷与预设的炸药模型相关联；根据组合模型、井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，创建爆轰分析任务；所述爆轰分析任务用于模拟液压环境下管柱有限元模型与井筒有限元模型的初始接触过程、管柱有限元模型的下放和坐封过程和射孔爆轰过程；根据组合模型、井眼位移参数、压力载荷和爆炸冲击载荷，执行爆轰分析任务；对爆轰分析任务的执行结果进行分析，得到测试完井的管柱爆轰工程数据。
- 如权利要求1所述的方法，其特征在于，生成三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型，包括：根据测试完井的井身结构数据、井眼轨迹数据和测试完井管柱组合数据，生成三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型；对三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型，分别划分管柱有限元模型和井筒有限元模型的网格单元；所述网格单元的类型为管单元PIPE31；对划分网格单元的管柱有限元模型和井筒有限元模型，进行组装，得到三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型。
- 如权利要求1所述的方法，其特征在于，生成三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型，包括：基于ABAQUS有限元分析软件，根据测试完井的井身结构数据、井眼轨迹数据和测试完井管柱组合数据，生成三维测试完井的管柱有限元模型和井筒有限元模型的组合模型。
- 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力载荷包括：管柱外压力载荷、管柱内压力载荷和管柱浮力载荷；执行爆轰分析任务，包括：在执行爆轰分析任务中的管柱有限元模型的射孔爆轰过程时，通过ABAQUS有限元分析软件的DLOAD用户子程序，向管柱有限元模型施加管柱外压力载荷、管柱内压力载荷和管柱浮力载荷。
- 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述爆炸冲击载荷包括：管柱轴向力和管柱侧向力；执行爆轰分析任务，包括：在执行爆轰分析任务中的射孔爆轰过程时，根据爆轰压力基本参数，通过ABAQUS有限元分析软件的DLOAD用户子程序，向管柱有限元模型施加管柱轴向力和管柱侧向力；所述爆轰压力基本参数包括射孔弹参数、射孔参数和射孔段井眼参数。
- 如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：按如下方式计算施加的管柱轴向力和管柱侧向力：
其中，p CJ表示炸药模型的爆炸压力，单位为GPa；ρ 0为炸药模型的炸药初始密度，单位为g/cm 3；D为炸药模型的炸药爆速，单位为mm/μs；γ为多方指数，近似为γ＝1.6+0.8ρ 0；
其中，F a表示管柱轴向力，单位为N；π为圆周率；R为管柱有限元模型的管柱内径，单位为mm；R 1为射孔直径，单位为mm；w为管柱有限元模型的管柱壁厚，单位为mm；θ为药型罩锥角；
其中，F s表示管柱侧向力，单位为N。 - 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管柱爆轰工程数据包括测试完井管柱的射孔爆轰Mises应力、轴向压缩拉伸载荷、速度和加速度。
- 一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1所述方法。
- 一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1所述方法。
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