基于多目标优化的钻井射孔套管多目标设计方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于多目标优化的钻井射孔套管多目标设计方法及装置。所述方法包括：初始化射孔套管有限元参数化模型的参数；根据预设的优化目标、约束条件及所述参数的优化范围，对有限元参数化模型进行应力分析，确定分析结果及对应的参数解集；其中，分析结果至少包括套管应力值及套管通径值，参数解集至少包括：套管的公称外径等、射孔的孔眼大小等，以及水泥环弹性模量与泊松比；判断套管应力值及套管通径值是否满足约束条件，若是，则确定分析结果对应的参数解集为最优解集。本发明专利技术应用于开发井射孔套管的优化设计，满足不同复杂地层的套管设计与射孔设计要求，包括套管厚度和钢级的优选、最大过油面积和最少地层出砂量，提高油气产量。

【技术实现步骤摘要】
基于多目标优化的钻井射孔套管多目标设计方法及装置
本专利技术涉及钻井射孔套管优化设计
，尤指一种基于多目标优化的钻井射孔套管多目标设计方法及装置。
技术介绍
射孔是一项重要的完井工艺，能显著提高油气田的增产、增注效果。但是射孔会改变套管柱完整性，使其抗挤压强度降低。在地应力和注采生产过程中井下动载的联合作用下，孔眼周边产生应力集中，容易发生失效破坏。射孔是导致套管损坏的重要因素之一。由于地层结构复杂多样性，使得套管的破坏形式也复杂化。中原油田几个采油厂的统计表明，射孔段套管损坏井占所有套损井的比例为25.3％～61.4％。有的油田套管损坏发生在射孔井段或直接与射孔有关的井数占套管损坏井数的60％～70％。用常规的室内试验来研究射孔套管的破坏过程成本较高，而且可能还得不到满意的结果。传统的射孔套管单目标优化设计方法难以完全满足复杂井设计分析的要求。例如，射孔直径越大，则过油面积越大，油气产量越高，但是套管抗挤安全系数则会随之降低。
技术实现思路
为了解决传统的射孔套管单目标优化设计方法难以完全满足复杂井设计分析要求的问题，本专利技术实施例提供一种基于多目标优化的钻井射孔套管多目标设计方法，所述方法包括：初始化射孔套管有限元参数化模型的参数；根据预设的优化目标、约束条件及所述参数的优化范围，对所述有限元参数化模型进行应力分析，确定分析结果及对应的参数解集；其中，所述分析结果至少包括套管应力值及套管通径值，所述参数解集至少包括：套管公称外径、套管钢级、套管壁厚、射孔孔眼大小、射孔孔眼密度、射孔孔眼分布相位角以及水泥环弹性模量与泊松比；判断所述套管应力值及所述套管通径值是否满足所述约束条件，若是，则确定所述分析结果对应的参数解集为最优解集。可选的，在本专利技术一实施例中，所述初始化射孔套管参数化力学模型的参数包括：建立射孔套管力学模型；将射孔套管的几何参数及载荷参数转换为变量，以确定所述射孔套管力学模型对应的射孔套管有限元参数化模型；对所述有限元参数化模型的参数进行初始化。可选的，在本专利技术一实施例中，所述优化目标包括射孔套管过油面积最大、出砂量最小及套管抗外挤安全系数最大。可选的，在本专利技术一实施例中，所述约束条件包括套管应力值与套管抗外挤安全系数的乘积不大于套管屈服强度及套管通径值不小于预设最小通径值。本专利技术实施例还提供一种基于多目标优化的钻井射孔套管多目标设计装置，所述装置包括：初始化模块，用于初始化射孔套管有限元参数化模型的参数；解析模块，用于根据预设的优化目标、约束条件及所述参数的优化范围，对所述有限元参数化模型进行应力分析，确定分析结果及对应的参数解集；其中，所述分析结果至少包括套管应力值及套管通径值，所述参数解集至少包括：套管公称外径、套管钢级、套管壁厚、射孔孔眼大小、射孔孔眼密度、射孔孔眼分布相位角以及水泥环弹性模量与泊松比；判断模块，用于判断所述套管应力值及所述套管通径值是否满足所述约束条件，若是，则确定所述分析结果对应的参数解集为最优解集。可选的，在本专利技术一实施例中，所述初始化模块包括：力学模型单元，用于建立射孔套管力学模型；参数化模型单元，用于将射孔套管的几何参数及载荷参数转换为变量，以确定所述射孔套管力学模型对应的射孔套管有限元参数化模型；初始化单元，用于对所述有限元参数化模型的参数进行初始化。可选的，在本专利技术一实施例中，所述优化目标包括射孔套管过油面积最大、出砂量最小及套管抗外挤安全系数最大。可选的，在本专利技术一实施例中，所述约束条件包括套管应力值与套管抗外挤安全系数的乘积不大于套管屈服强度及套管通径值不小于预设最小通径值。本专利技术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以下步骤：初始化射孔套管有限元参数化模型的参数；根据预设的优化目标、约束条件及所述参数的优化范围，对所述有限元参数化模型进行应力分析，确定分析结果及对应的参数解集；其中，所述分析结果至少包括套管应力值及套管通径值，所述参数解集至少包括：套管公称外径、套管钢级、套管壁厚、射孔孔眼大小、射孔孔眼密度、射孔孔眼分布相位角以及水泥环弹性模量与泊松比；判断所述套管应力值及所述套管通径值是否满足所述约束条件，若是，则确定所述分析结果对应的参数解集为最优解集。本专利技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：初始化射孔套管有限元参数化模型的参数；根据预设的优化目标、约束条件及所述参数的优化范围，对所述有限元参数化模型进行应力分析，确定分析结果及对应的参数解集；其中，所述分析结果至少包括套管应力值及套管通径值，所述参数解集至少包括：套管公称外径、套管钢级、套管壁厚、射孔孔眼大小、射孔孔眼密度、射孔孔眼分布相位角以及水泥环弹性模量与泊松比；判断所述套管应力值及所述套管通径值是否满足所述约束条件，若是，则确定所述分析结果对应的参数解集为最优解集。本专利技术可应用于开发井射孔套管的优化设计，满足不同复杂地层的套管设计与射孔设计要求，包括套管厚度和钢级的优选、最大过油面积和最少地层出砂量，提高油气产量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一种基于多目标优化的钻井射孔套管多目标设计方法的流程图；图2A、图2B及图2C为本专利技术实施例中三维射孔套管-水泥环-地层有限元参数化模型示意图；图3为本专利技术实施例中射孔套管多目标优化分析流程示意图；图4为本专利技术实施例一种基于多目标优化的钻井射孔套管多目标设计装置的结构示意图。具体实施方式本专利技术实施例提供一种基于多目标优化的钻井射孔套管多目标设计方法及装置。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。近年来，应用用有限元技术研究套管损坏机理已经成为主要的研究手段。通过建立射孔套管-水泥环-地层三维有限元模型，模拟射孔套管后可能承受的各种内外压力和轴向压力载荷作用时的应力分布，再通过调整套管壁厚和钢级以及射孔密度、射孔直径和射孔相位角等参数，得出各自对应的套管应力，揭示套管应力与这些因素间的具体函数关系，为优化套管设计和射孔参数提供参考。射孔套管设计是一个多目标优化问题，需要综合考虑套管壁厚和钢级的优选、最大油气采收效率和最少地层出砂量等多目标因素。射孔套管优化设计总的原则：在保证射孔套管后强度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多目标优化的钻井射孔套管多目标设计方法，其特征在于，所述方法包括：/n初始化射孔套管有限元参数化模型的参数；/n根据预设的优化目标、约束条件及所述参数的优化范围，对所述有限元参数化模型进行应力分析，确定分析结果及对应的参数解集；其中，所述分析结果至少包括套管应力值及套管通径值，所述参数解集至少包括：套管公称外径、套管钢级、套管壁厚、射孔孔眼大小、射孔孔眼密度、射孔孔眼分布相位角以及水泥环弹性模量与泊松比；/n判断所述套管应力值及所述套管通径值是否满足所述约束条件，若是，则确定所述分析结果对应的参数解集为最优解集。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多目标优化的钻井射孔套管多目标设计方法，其特征在于，所述方法包括：
初始化射孔套管有限元参数化模型的参数；
根据预设的优化目标、约束条件及所述参数的优化范围，对所述有限元参数化模型进行应力分析，确定分析结果及对应的参数解集；其中，所述分析结果至少包括套管应力值及套管通径值，所述参数解集至少包括：套管公称外径、套管钢级、套管壁厚、射孔孔眼大小、射孔孔眼密度、射孔孔眼分布相位角以及水泥环弹性模量与泊松比；
判断所述套管应力值及所述套管通径值是否满足所述约束条件，若是，则确定所述分析结果对应的参数解集为最优解集。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始化射孔套管参数化力学模型的参数包括：
建立射孔套管力学模型；
将射孔套管的几何参数及载荷参数转换为变量，以确定所述射孔套管力学模型对应的射孔套管有限元参数化模型；
对所述有限元参数化模型的参数进行初始化。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化目标包括射孔套管过油面积最大、出砂量最小及套管抗外挤安全系数最大。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述约束条件包括套管应力值与套管抗外挤安全系数的乘积不大于套管屈服强度及套管通径值不小于预设最小通径值。


5.一种基于多目标优化的钻井射孔套管多目标设计装置，其特征在于，所述装置包括：
初始化模块，用于初始化射孔套管有限元参数化模型的参数；
解析模块，用于根据预设的优化目标、约束条件及所述参数的优化范围，对所述有限元参数化模型进行应力分析，确定分析结果及对应的参数解集；其中，所述分析结果至少包括套管应力值及套管通径值，所述参数解集至少包括：套管公称外径、套管钢级、套管壁厚、射孔孔眼大小、射孔孔眼密度、射孔孔眼分布相位角以及水泥环弹性模量与泊松比；
判断模块，用于判断所述套管应力值及所述套管通径值是否满足所述约束条件，若是，则确定所述分析结果对应的参数解集为最优解集。


6.根据权利要求5所述的装...

【专利技术属性】
技术研发人员：康鹏飞，连志龙，周英操，赵庆，辛佳博，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，中国石油集团工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11