一种油气井射孔动态冲击过程的模拟方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种油气井射孔动态冲击过程的模拟方法及装置，该方法包括：获取井下射孔系统的实际射孔工况；根据实际射孔工况，简化井下射孔系统；根据简化后的井下射孔系统，设置射孔过程中的模型参数，建立三维计算模型；根据模型参数，确定三维计算模型的至少一个材料区域，并确定对应的描述算法进行网格划分，形成网格计算模型；根据网格计算模型，针对至少一个材料区域，选用不同的响应模型方程进行动态响应；根据完整仿真模型，导入有限元分析模型中的数值以进行模拟运算，并针对模拟运算结果进行综合分析。本发明专利技术能够将油气井实际射孔动态冲击过程呈现出来，可以方便灵活地获取在井下不同位置处局部或者整体的动力学数据。在井下不同位置处局部或者整体的动力学数据。在井下不同位置处局部或者整体的动力学数据。

【技术实现步骤摘要】
一种油气井射孔动态冲击过程的模拟方法及装置


[0001]本专利技术涉及石油行业射孔
，尤其涉及一种油气井射孔动态冲击过程的模拟方法及装置。

技术介绍

[0002]射孔技术是石油开采过程中的关键步骤之一，而油气井射孔领域又属于多学科交叉。射孔冲击载荷是一个多形式动态载荷的耦合体，包含周期载荷、阶跃载荷、随机载荷等，形成过程还会涉及到复杂的叠加耦合效应。目前而言，想要准确求取射孔工况下动态载荷的理论解析解是非常困难的，采用相关的理论方法展开研究具有很大的局限性。因此，目前采用理论方法很难全面分析井下射孔动态冲击过程。同时，采用实验方法分析此类问题也不易实现，室内采用真实射孔弹药的实验方法会消耗大量人力物力，且存在较高安全风险，而且现有的测量技术难以捕捉到真实物理现象及全面采集动态数据。现有技术是利用非线性动力学有限元仿真计算，借助有限元仿真手段研究井下射孔问题是众多研究人员的首选方案。
[0003]然而，井下射孔爆炸冲击涉及多方面物理化学过程，数值建模及网格划分极为复杂。一方面，在此过程中存在较大的工作量和计算量，但如果进行较大的简化无法全面准确反映井下真实的射孔冲击动态过程；另一方面，类似的冲击动态问题求解难度较大，数值模拟过程面临如何多方面数据求解的难题。因此，有必要综合运用多学科知识，针对井下实际射孔条件，形成一套有效、合理、准确的油气井射孔动态冲击过程的数值模拟方法。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，有必要提供一种油气井射孔动态冲击过程的模拟方法，用以解决如何合理高效地模拟油气井射孔动态冲击过程的问题。
[0005]本专利技术提供一种油气井射孔动态冲击过程的模拟方法，包括：
[0006]获取井下射孔系统的实际射孔工况；
[0007]根据所述实际射孔工况，简化所述井下射孔系统；
[0008]根据简化后的井下射孔系统，设置射孔过程中的模型参数，建立三维计算模型；
[0009]根据所述模型参数，确定所述三维计算模型的至少一个材料区域，并根据所述至少一个材料区域，确定对应的描述算法进行网格划分，形成网格计算模型；
[0010]根据所述网格计算模型，针对所述至少一个材料区域，选用不同的响应模型方程进行动态响应，形成完整仿真模型；
[0011]根据所述完整仿真模型，导入有限元分析模型中的数值以进行模拟运算，并针对模拟运算结果进行综合分析。
[0012]进一步地，所述根据所述实际射孔工况，简化所述井下射孔系统包括：
[0013]根据所述实际射孔工况，建立射孔物理过程；
[0014]根据所述射孔物理过程和预设的关注重点条件，选取建模出发点和材料分类。
[0015]进一步地，所述根据所述射孔物理过程和预设的关注重点条件，选取建模出发点和材料分类包括：
[0016]根据所述射孔物理过程和所述关注重点条件，选取所述井下射孔系统的射孔管柱、封隔器作为所述建模出发点；
[0017]根据所述射孔物理过程和所述关注重点条件，将所述井下射孔系统的管柱结构及管柱部件作为各向同性管柱材料，将所述井下射孔系统的水泥或储层作为各向同性材料。
[0018]进一步地，所述三维计算模型包括油管段、射孔段以及井底口袋段，所述模型参数包括器材参数、管柱尺寸、作业环境参数以及建模材料参数，所述根据简化后的井下射孔系统，设置射孔过程中的模型参数，建立三维计算模型包括：
[0019]根据所述简化后的井下射孔系统及实际作业现场，确定所述射孔段的所述器材参数、所述油管段的所述管柱尺寸和所述作业环境参数；
[0020]根据所述简化后的井下射孔系统及所述实际作业现场，确定所述油管段和所述射孔段的所述建模材料参数。
[0021]进一步地，所述至少一个材料区域包括射枪孔、套管、油管、射孔液体、射孔弹药、空气、水泥环和地层岩石，其中，所述油管段包括所述套管、所述油管，所述射孔段包括所述射枪孔、所述射孔液体以及所述射孔弹药，所述井底口袋段包括水泥环和地层岩石。
[0022]进一步地，所述根据所述至少一个材料区域，确定对应的描述算法进行网格划分，形成网格计算模型包括：
[0023]针对所述射孔枪、所述油管及所述套管，采用拉格朗日算法建立网格模型；
[0024]针对所述射孔弹药、所述空气以及所述射孔液体，采用欧拉算法建立网格模型；
[0025]其中，所述三维计算模型采用六面体网格，并对所述射孔弹药对应的区域进行网格加密。
[0026]进一步地，所述根据所述至少一个材料区域，确定对应的描述算法进行网格划分，形成网格计算模型还包括：采用ALE算法描述射孔爆炸过程中的大变形问题，准确描述计算过程中的流固耦合现象。
[0027]进一步地，所述根据所述网格计算模型，针对所述至少一个材料区域，选用不同的响应模型方程进行动态响应，形成完整仿真模型包括：
[0028]所述射孔炸药采用HIGH_EXPLOSIVE_BURN材料模型，应用JWL状态方程描述对应的动态响应过程；
[0029]所述射孔流体采用MAT_NULL材料模型，应用Gruneisen状态方程描述对应的动态响应过程；
[0030]所述射孔枪、所述油管及所述套管采用Cowper
‑
Symonds材料模型；
[0031]所述水泥环和地层岩石采用Holmquist
‑
Johnson
‑
Cook材料模型。
[0032]进一步地，所述根据所述完整仿真模型，导入有限元分析模型中的数值以进行模拟运算，并针对模拟运算结果进行综合分析包括：
[0033]根据k文件形式的所述有限元模型，分别采用关键字进行定义炸药起爆点和炸药起爆时间、流固耦合、网格单元算法、计算时间和时间步，以进行模拟运算；
[0034]根据所述模拟运算结果，绘制对应于不同时刻、不同位置处的射孔动态压力分布云图；
[0035]根据设置的结构块、单元或节点，提取对应的动态力学数据，结合所述射孔动态压力分布云图，综合模拟分析油气井射孔动态冲击过程。
[0036]本专利技术还提供一种油气井射孔动态冲击过程的模拟装置，包括：
[0037]获取单元，用于获取井下射孔系统的实际射孔工况；
[0038]处理单元，用于根据所述实际射孔工况，简化所述井下射孔系统；还用于根据简化后的井下射孔系统，设置射孔过程中的模型参数，建立三维计算模型；
[0039]还用于根据所述模型参数，确定所述三维计算模型的至少一个材料区域，并根据所述至少一个材料区域，确定对应的描述算法进行网格划分，形成网格计算模型；还用于根据所述网格计算模型，针对所述至少一个材料区域，选用不同的响应模型方程进行动态响应，形成完整仿真模型；
[0040]分析单元，用于根据所述完整仿真模型，导入有限元分析模型中的数值以进行模拟运算，并针对模拟运算结果进行综合分析。
[0041]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：首先，根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种油气井射孔动态冲击过程的模拟方法，其特征在于，包括：获取井下射孔系统的实际射孔工况；根据所述实际射孔工况，简化所述井下射孔系统；根据简化后的井下射孔系统，设置射孔过程中的模型参数，建立三维计算模型；根据所述模型参数，确定所述三维计算模型的至少一个材料区域，并根据所述至少一个材料区域，确定对应的描述算法进行网格划分，形成网格计算模型；根据所述网格计算模型，针对所述至少一个材料区域，选用不同的响应模型方程进行动态响应，形成完整仿真模型；根据所述完整仿真模型，导入有限元分析模型中的数值以进行模拟运算，并针对模拟运算结果进行综合分析。2.根据权利要求1所述的油气井射孔动态冲击过程的模拟方法，其特征在于，所述根据所述实际射孔工况，简化所述井下射孔系统包括：根据所述实际射孔工况，建立射孔物理过程；根据所述射孔物理过程和预设的关注重点条件，选取建模出发点和材料分类。3.根据权利要求2所述的油气井射孔动态冲击过程的模拟方法，其特征在于，所述根据所述射孔物理过程和预设的关注重点条件，选取建模出发点和材料分类包括：根据所述射孔物理过程和所述关注重点条件，选取所述井下射孔系统的射孔管柱、封隔器作为所述建模出发点；根据所述射孔物理过程和所述关注重点条件，将所述井下射孔系统的管柱结构及管柱部件作为各向同性管柱材料，将所述井下射孔系统的水泥或储层作为各向同性材料。4.根据权利要求1所述的油气井射孔动态冲击过程的模拟方法，其特征在于，所述三维计算模型包括油管段、射孔段以及井底口袋段，所述模型参数包括器材参数、管柱尺寸、作业环境参数以及建模材料参数，所述根据简化后的井下射孔系统，设置射孔过程中的模型参数，建立三维计算模型包括：根据所述简化后的井下射孔系统及实际作业现场，确定所述射孔段的所述器材参数、所述油管段的所述管柱尺寸和所述作业环境参数；根据所述简化后的井下射孔系统及所述实际作业现场，确定所述油管段和所述射孔段的所述建模材料参数。5.根据权利要求4所述的油气井射孔动态冲击过程的模拟方法，其特征在于，所述至少一个材料区域包括射枪孔、套管、油管、射孔液体、射孔弹药、空气、水泥环和地层岩石，其中，所述油管段包括所述套管、所述油管，所述射孔段包括所述射枪孔、所述射孔液体以及所述射孔弹药，所述井底口袋段包括水泥环和地层岩石。6.根据权利要求5所述的油气井射孔动态冲击过程的模拟方法，其特征在于，所述根据所述至少一个材料区域，确定对应的描述算法进行网格划分，形成网格计算模型包括：针对所述射孔枪、所述油管及所述套管，采用拉格朗日算法建立网格...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓桥，
申请(专利权)人：长江大学，
类型：发明
国别省市：