CN107451325A - 深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法及装置，该方法包括：确定套管的压力载荷及抗压强度的概率分布；根据所述概率分布确定所述套管的静态性失效概率；根据压裂施工曲线和压裂施工记录，获取套管的在线工况监测参数，确定所述在线工况监测参数与套管失效概率之间的价值函数，并根据所述价值函数确定压裂过程中所述套管的动态性失效概率；根据所述静态性失效概率及所述动态性失效概率，构建所述套管的风险评估矩阵，并根据所述风险评估矩阵评估所述套管的失效风险。本申请实施例可实现深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估。
Description
技术领域
本申请涉及页岩油气开发过程中的压裂套管风险评估领域，尤其是涉及一种深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法及装置。
背景技术
页岩油气深井超深井开发过程中，套管需承载多重循环反复的载荷谱，尤其随着高压力、大排量、连续化等压裂作业模式的推广和应用，大大增加了其挤毁变形的几率，导致后续作业困难、严重影响施工进程。
传统的套管承载能力分析与评估主要采用安全系数法，以强度和最大载荷的比值、与预设的安全系数相比作为安全与否的标志。其不足主要表现在以下4个方面：①将强度和载荷参数视为定值，不考虑套管参数的随机变化特性；②没有分析各种参数的离散程度及不确定性对结构可靠性的影响，安全系数与量化的套管可靠性之间不存在联系；③安全系数由人为经验确定，具有较大程度的主观随意性，均存在套管安全可靠性评估结果偏大或偏小的可能性；④施工作业导致磨损、腐蚀等缺陷，套管承载能力必然下降，安全系数的实际值不能表明特定的安全水平和状态。
事实上，因制造工艺和技术的影响、套管几何参数和力学性能参数存在随机性，而复杂的地质结构导致地应力、地层参数也存在不确定性，传统的安全系数法难以正确处理大量的未知因素和参数变化。从20世纪90年代开始，基于结构可靠性理论，国内外提出了一系列量化风险分析(Quantitative Risk Analysis，简称QRA)，这是目前应对套管不确定性因素的主要手段。例如，有的将QRA应用于套管设计的现实案例场景中，含2口勘探井和1口开发井，说明传统方法引起边缘化设计因素时QRA具有选取合适套管柱的优势；有的指出QRA适用于高温高压井的套管设计，并重点研究了QRA在孔隙压力和压裂梯度预测方面的应用；有的基于结构可靠性和随机理论，建立了一种套管抗外挤和抗内压的量化风险评估方法，以弥补传统安全系数法的不足。
然而，这些QRA方法以油气钻探作业时套管的安全可靠性为研究目标，多段加砂压裂紧密承接于钻探作业，因此相对压裂作业而言，上述评估结果只能够表征出套管下入地层后的静态性风险状态。页岩油气深井超深井压裂作业过程中，在线工况监测参数——泵压、排量、砂比等随时间变化，这是现场操作人员获取井下作业状况、判定套管失效与否的最实时和最直接依据；另通过数值模拟验证，套管失效与高压力、大排量、含砂冲蚀、连续化作业之间存在关联关系，因此套管失效风险具有动态实时性。综上所述，静态性QRA方法无法满足作业现场对套管失效风险的实时监测与动态评估的需求，难以保证多段加砂压裂时套管服役的安全可靠性。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法及装置，实现对套管失效风险的实时监测与动态评估。
为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法，包括：
确定套管的压力载荷及抗压强度的概率分布；
根据所述概率分布确定所述套管的静态性失效概率；
根据压裂施工曲线和压裂施工记录，获取套管的在线工况监测参数，确定所述在线工况监测参数与套管失效概率之间的价值函数，并根据所述价值函数确定压裂过程中所述套管的动态性失效概率；
根据所述静态性失效概率及所述动态性失效概率，构建所述套管的风险评估矩阵，并根据所述风险评估矩阵评估所述套管的失效风险。
本申请实施例的深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法，所述确定套管的压力载荷及抗压强度的概率分布，包括：
基于蒙特卡洛随机抽样法确定套管的外挤荷载、内压荷载、抗外挤强度和抗内压强度的概率分布。
本申请实施例的深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法，在基于蒙特卡洛随机抽样法，确定套管的外挤荷载的概率分布过程中，所述套管的外挤荷载根据以下公式确定：
式中，pce为套管外挤载荷；Ec为套管弹性模量；vc为套管泊松比；m为套管内外径比；Es为地层弹性模量；vs为地层泊松比；σ为均匀地应力，且σmax为最大地应力，σmin为最小地应力；Cc为水泥环卸载系数；km为掏空系数；ρ为钻井液密度；h为套管计算点深度。
本申请实施例的深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法，在基于蒙特卡洛随机抽样法，确定套管的内压荷载的概率分布过程中，所述套管的内压荷载根据以下公式确定：
pbe2＝pp-0.00981ρwh
式中，pbe1为表层套管或技术套管的内压载荷；pbe2为生产套管或套管管尾的内压载荷的概率分布；ρmax为最大钻井液密度；Hs为套管下深或套管鞋深度；h为套管计算点深度；ρg为油气相对密度；ρw为地层水密度；pp为地层或油气层压力载荷。
本申请实施例的深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法，在基于蒙特卡洛随机抽样法，确定套管的抗外挤强度的概率分布过程中，所述套管的抗外挤强度根据以下公式确定：
式中，pca为套管的抗外挤强度；Kp为载荷不均匀系数，且Kp＝|(q1+q2)/q1|，q1为均匀载荷，q2为椭圆形载荷；K为套管外内径比，且K＝ro/ri，ro为套管外半径， ri为套管内半径；p0为套管API抗挤强度；Ry为管材的屈服极限。
本申请实施例的深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法，在基于蒙特卡洛随机抽样法，确定套管的抗内压强度的概率分布过程中，所述套管的抗内压强度根据以下公式确定：
式中，pba为套管的抗内压强度；pbo为抗内压强度标定值；ro为套管外半径；ri为套管内半径；po为管外液柱压力；σa为轴向应力；Ry为管材的屈服极限。
本申请实施例的深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法，所述根据所述概率分布，确定所述套管的静态性失效概率，包括：
根据以下公式确定所述套管的静态性失效概率：
F＝1-R
式中，fZ(Z)为概率密度函数，Z为干涉随机变量，且Z＝Q-S，并服从正态分布；S、Q分别为套管的压力载荷、抗压强度的连续随机变量，其服从正态分布且相互独立；σZ为干涉随机变量的标准差，且σS、σQ分别为套管的压力载荷、抗压强度的标准差；μZ为干涉随机变量的均值，且μZ＝μS-μQ；μS、μQ分别为套管的压力载荷、抗压强度的均值；R、F分别为套管的静态性可靠性与静态性失效概率。
本申请实施例的深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法，根据以下公式确定所述在线工况监测参数与套管失效概率之间的价值函数：
式中，X、Pi、Ci和Ki分别为价值函数vi的变量、形状参量、拐点横坐标和拐点纵坐标；Xmax，Xmin分别为X的最大值、最小值；B为限制价值函数vi在区间[0,1] 内变化的参数。
本申请实施例的深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法，根据以下公式确定压裂过程中套管的动态性失效概率：
确定压裂过程中套管的动态性失效概率；
式中，Is,i为预设的第一指标；Iv为套管的动态性失效概率；vi为价值函数，λi、λs,i分别为vi、Is,i的权重；n为指标个数。
本申请实施例的深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法，所述根据所述静态性失效概率及所述动态性失效概率，构建所述套管的风险评估矩阵包括：
将所述静态性失效概率与所述动态性失效概率分级关联，构建所述套管的失效概率分级矩阵；
将所述所述套管的失效概率分级与预设的后果严重度分级关联，构建所述套管的风险评估矩阵。
另一方面，本申请实施例提供了一种深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估装置，包括：
概率分布确定模块，用于确定套管的压力载荷及抗压强度的概率分布；
第一概率确定模块，用于根据所述概率分布确定所述套管的静态性失效概率；
第二概率确定模块，用于根据压裂施工曲线和压裂施工记录，获取套管的在线工况监测参数，确定所述在线工况监测参数与套管失效概率之间的价值函数，并根据所述价值函数确定压裂过程中所述套管的动态性失效概率；
失效风险评估模块，用于根据所述静态性失效概率及所述动态性失效概率，构建所述套管的风险评估矩阵，并根据所述风险评估矩阵评估所述套管的失效风险。
再一方面，本申请实施例提供了一种计算机存储介质，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：
确定套管的压力载荷及抗压强度的概率分布；
根据所述概率分布确定所述套管的静态性失效概率；
根据压裂施工曲线和压裂施工记录，获取套管的在线工况监测参数，确定所述在线工况监测参数与套管失效概率之间的价值函数，并根据所述价值函数确定压裂过程中所述套管的动态性失效概率；
根据所述静态性失效概率及所述动态性失效概率，构建所述套管的风险评估矩阵，并根据所述风险评估矩阵评估所述套管的失效风险。
由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例首先确定套管的压力载荷及抗压强度的概率分布，并根据概率分布确定套管的静态性失效概率；然后根据压裂施工曲线和压裂施工记录，获取套管的在线工况监测参数，确定在线工况监测参数与套管失效概率之间的价值函数，并根据价值函数确定压裂过程中套管的动态性失效概率；最后根据静态性失效概率及动态性失效概率，构建套管的风险评估矩阵，并根据风险评估矩阵评估所述套管的失效风险，从而实现了深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估，满足了作业现场对套管失效风险的实时监测与动态评估的需求，有利于提高多段加砂压裂时套管的安全可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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。在附图中：
图1为本申请一实施例中深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法的流程图；
图2a-2d分别为本申请一实施例中套管的外挤荷载、内压荷载、抗外挤强度和抗内压强度的概率分布示意图；
图3a为本申请一实施例中的压裂施工曲线；
图3b为本申请一实施例中的生产套管的动态失效概率；
图4a为本申请一实施例中生产套管的失效概率的可视化风险图谱；
图4b为本申请另一实施例中生产套管的失效风险的可视化风险图谱；
图5为本申请一实施例中深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
参考图1所示，本申请实施例的深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法可以包括以下步骤：
S101、确定套管的压力载荷及抗压强度的概率分布。
本申请实施例中，可以采用蒙特卡洛(Monte-Carlo)随机抽样法确定套管的外挤荷载、内压荷载、抗外挤强度和抗内压强度的概率分布。其中：
在基于蒙特卡洛随机抽样法，确定套管的外挤荷载的概率分布过程中，所述套管的外挤荷载根据以下公式确定：
式中，pce为套管外挤载荷；Ec为套管弹性模量；vc为套管泊松比；m为套管内外径比；Es为地层弹性模量；vs为地层泊松比；σ为均匀地应力，且σmax为最大地应力，σmin为最小地应力；Cc为水泥环卸载系数；km为掏空系数；ρ为钻井液密度；h为套管计算点深度。
在基于蒙特卡洛随机抽样法，确定套管的内压荷载的概率分布过程中，所述套管的内压荷载根据以下公式确定：
pbe2＝pp-0.00981ρwh
式中，pbe1为表层套管或技术套管的内压载荷；pbe2为生产套管或套管管尾的内压载荷的概率分布；ρmax为最大钻井液密度；Hs为套管下深或套管鞋深度；h为套管计算点深度；ρg为油气相对密度；ρw为地层水密度；pp为地层或油气层压力载荷。
在基于蒙特卡洛随机抽样法，确定套管的抗外挤强度的概率分布过程中，所述套管的抗外挤强度根据以下公式确定：
式中，pca为套管的抗外挤强度；Kp为载荷不均匀系数，且Kp＝|(q1+q2)/q1|，q1为均匀载荷，q2为椭圆形载荷；K为套管外内径比，且K＝ro/ri，ro为套管外半径， ri为套管内半径；p0为套管API抗挤强度；Ry为管材的屈服极限。
在基于蒙特卡洛随机抽样法，确定套管的抗内压强度的概率分布过程中，所述套管的抗内压强度根据以下公式确定：
式中，pba为套管的抗内压强度；pbo为抗内压强度标定值；ro为套管外半径；ri为套管内半径；po为管外液柱压力；σa为轴向应力；Ry为管材的屈服极限。
S102、根据所述概率分布确定所述套管的静态性失效概率。
所述静态性失效概率即页岩气深井超深井压裂作业开始，套管下入地层的静态性失效概率。所述根据所述概率分布，确定所述套管的静态性失效概率，包括：
根据以下公式确定所述套管的静态性失效概率：
F＝1-R
式中，fZ(Z)为概率密度函数，Z为干涉随机变量，且Z＝Q-S，并服从正态分布；S、Q分别为套管的压力载荷、抗压强度的连续随机变量，其服从正态分布且相互独立；σZ为干涉随机变量的标准差，且σS、σQ分别为套管的压力载荷、抗压强度的标准差；μZ为干涉随机变量的均值，且μZ＝μS-μQ；μS、μQ分别为套管的压力载荷、抗压强度的均值；R、F分别为套管的静态性可靠性与静态性失效概率。
S103、根据压裂施工曲线和压裂施工记录，获取套管的在线工况监测参数，确定所述在线工况监测参数与套管失效概率之间的价值函数，并根据所述价值函数确定压裂过程中所述套管的动态性失效概率。
本申请实施例中，根据典型的套管失效模式——疲劳裂纹、磨粒磨损、腐蚀缺陷，可建立在页岩气深井超深井压裂作业过程中套管失效概率的评估指标体系，见表1。由于套管在连续化作业时经历了不同的泵压、排量和砂比，因此可重点考虑一些具有时间累积效应的工况监测参数，如阶段砂量、累积液量等。同时，还可以建立在线工况监测参数与套管失效概率之间的价值函数模型，并明确各个模型参数取值，见表1。
由此，所述确定套管的动态性失效概率，可以包括以下步骤：
首先，通过压裂施工曲线和压裂施工记录，获取套管的在线工况监测参数；
其次，根据以下公式：
确定所述在线工况监测参数与套管失效概率之间的价值函数；
然后，根据公式确定压裂过程中套管的动态性失效概率。
式中，X、Pi、Ci和Ki分别为价值函数vi的变量、形状参量、拐点横坐标和拐点纵坐标；Xmax，Xmin分别为X的最大值、最小值；B为限制价值函数vi在区间[0,1] 内变化的参数；Is,i为预设的第一指标(例如可以为表1中所示的一级指标)；Iv为套管的动态性失效概率；λi、λs,i分别为vi、Is,i的权重；n为指标个数。
表1套管综合评估指标体系及价值函数的参数取值
S104、根据所述静态性失效概率及所述动态性失效概率，构建所述套管的风险评估矩阵，并根据所述风险评估矩阵评估所述套管的失效风险。
具体的，首先，将所述静态性失效概率与所述动态性失效概率分级关联，构建所述套管的失效概率分级矩阵(如表2所示)；然后将所述所述套管的失效概率分级与预设的后果严重度分级关联，构建所述套管的风险评估矩阵(如表3所示)，从而可根据所述风险评估矩阵评估所述套管的失效风险，以揭示其安全可靠性状态和风险等级区域，判定是否能够继续压裂施工作业。例如，静态性失效概率为0.05，处于Ⅳ级；动态性失效概率为0.3，处于Ⅱ级；则根据表2，套管的失效概率处于3级，其对应的后果严重度处于3级；则根据表3，失效风险处于C2级，属于中间区域。按照最低合理可行(As Low As Reasonably Practicable，简称ALARP)原则，此时应采取必要的风险转移、减小或消除措施，但如果降低风险的成本超过了改进的收益，则可以保持现有风险水平。
表2套管失效概率分级矩阵
表3风险评估矩阵
ALARP原则：①规定A等级属于可忽略的风险。②规定B、C1等级属于广泛可接受区域，在这里不需要采取进一步降低风险的措施。③规定C2和D1等级属于中间区域，即容忍区域或ALARP区域，在这里最好采取降低风险的措施，但如果成本和收益比例失衡、也可不采取行动。④规定D2、E等级属于不可接受区域，在这里除了特殊情况之外，风险都是无法容忍的，必须采取降低风险的措施。
当然，本申请实施例中，上述处理过程可与压裂等作业同步开展，具有实时性效果。
本申请实施例将静态性失效概率、动态性失效概率与后果严重度集成化，通过构建风险矩阵对套管失效风险开展量化评估和分级评定研究，加之综合考虑高压力、大排量、含砂冲蚀等页岩气超深井压裂作业特点，显著提高了评估结果的准确性，有助于满足作业现场实时监测、准确掌握套管失效风险的需求。
为便于理解本申请，下面介绍本申请一个示例性实施例：
通过对某井实地调研，发现属于超深预探井，斜深5700m、垂深4417.43m、水平段1034.23m。以生产套管(钢级TP125TS、外径177.8mm、壁厚12.65mm、段长 5696.77m)为例，根据前述步骤对其开展失效概率求解、量化风险评估与风险分级评定研究。
首先，利用Monte-Carlo随机抽样法分别确定该井生产套管外挤载荷、内压载荷、抗外挤强度和抗内压强度的概率分布规律(具体方法请参见上述步骤S101)。通过 100000次计算模拟，发现其载荷及强度均服从正态分布，如图2a～图2d所示。图2a～图2d中的横坐标分别为外挤荷载、内压荷载、抗外挤强度和抗内压强度外挤荷载、内压荷载、抗外挤强度和抗内压强度；图2a～图2d中的纵坐标均为概率密度，σ为标准差，μ为均值。
其次，确定套管的静态性失效概率(具体方法请参见上述步骤S102)。通过计算发现该井生产套管的抗外挤和抗内压可靠性、均为1.00，即静态性失效概率为0。
然后，确定套管的动态性失效概率(具体方法请参见上述步骤S103)。通过该井某段压裂施工曲线(如图3a所示)和压裂施工记录(见表4)，获取在线工况监测参数——泵压、排量、砂比和阶段砂量、累积液量等。在图3a中，左侧外层纵坐标为排量，左侧内层纵坐标为泵压，右侧纵坐标为砂比。通过计算得到该段压裂施工过程中生产套管的动态失效概率，如图3b所示。
表4某段压裂施工记录(部分截取)
最后，根据所述静态性失效概率及所述动态性失效概率，构建所述套管的风险评估矩阵，并根据所述风险评估矩阵评估所述套管的失效风险(具体方法请参见上述步骤S104)。
由于该井生产套管的静态性失效概率均为0、属于Ⅰ级，动态性失效概率多处于Ⅱ级。按照表2所示的套管失效概率分级矩阵、静动态集成化求解，综合分析出该段压裂施工过程中生产套管的总体失效概率多处于2级，如图4a所示。
除失效概率外，生产套管的失效风险需考虑后果严重度；按照表3所示的风险评估矩阵，后果严重度包含人员、设备、环境和声誉。参考现场井史资料，在此规定：从压裂开始8:47:30至压裂中11:34:11，人员无伤亡、设备无损坏、环境轻微影响、声誉无影响，后果严重度属于Ⅰ级；从压裂中11:34:11至压裂结束13:34:00，人员无伤亡、设备轻微损坏、环境局部影响、声誉无影响，后果严重度属于Ⅱ级。
据此，可综合衡量出该井生产套管的安全可靠性状态，即该段压裂施工过程中其失效风险处于A级或B级，如图4b所示。根据ALARP原则，风险可忽略或属于广泛可接受区域，能够继续压裂施工作业。
参见图5所示，本申请实施例的深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估装置，可以包括：
概率分布确定模块51，可以用于确定套管的压力载荷及抗压强度的概率分布；
第一概率确定模块52，可以用于根据所述概率分布确定所述套管的静态性失效概率；
第二概率确定模块53，可以用于根据压裂施工曲线和压裂施工记录，获取套管的在线工况监测参数，确定所述在线工况监测参数与套管失效概率之间的价值函数，并根据所述价值函数确定压裂过程中所述套管的动态性失效概率；
失效风险评估模块54，可以用于根据所述静态性失效概率及所述动态性失效概率，构建所述套管的风险评估矩阵，并根据所述风险评估矩阵评估所述套管的失效风险。
本申请实施例的装置与上述实施例的方法对应，因此，有关于本申请的装置细节，请参见上述实施例的方法，在此不再赘述。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、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。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (12)
1.一种深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法，其特征在于，包括：
确定套管的压力载荷及抗压强度的概率分布；
根据所述概率分布确定所述套管的静态性失效概率；
根据压裂施工曲线和压裂施工记录，获取套管的在线工况监测参数，确定所述在线工况监测参数与套管失效概率之间的价值函数，并根据所述价值函数确定压裂过程中所述套管的动态性失效概率；
根据所述静态性失效概率及所述动态性失效概率，构建所述套管的风险评估矩阵，并根据所述风险评估矩阵评估所述套管的失效风险。
2.如权利要求1所述的深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法，其特征在于，所述确定套管的压力载荷及抗压强度的概率分布，包括：
基于蒙特卡洛随机抽样法确定套管的外挤荷载、内压荷载、抗外挤强度和抗内压强度的概率分布。
3.如权利要求2所述的深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法，其特征在于，在基于蒙特卡洛随机抽样法，确定套管的外挤荷载的概率分布过程中，所述套管的外挤荷载根据以下公式确定：
式中，pce为套管外挤载荷；Ec为套管弹性模量；vc为套管泊松比；m为套管内外径比；Es为地层弹性模量；vs为地层泊松比；σ为均匀地应力，且，σmax为最大地应力，σmin为最小地应力；Cc为水泥环卸载系数；km为掏空系数；ρ为钻井液密度；h为套管计算点深度。
4.如权利要求2所述的深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法，其特征在于，在基于蒙特卡洛随机抽样法，确定套管的内压荷载的概率分布过程中，所述套管的内压荷载根据以下公式确定：
pbe2＝pp-0.00981ρwh
式中，pbe1为表层套管或技术套管的内压载荷；pbe2为生产套管或套管管尾的内压载荷的概率分布；ρmax为最大钻井液密度；Hs为套管下深或套管鞋深度；h为套管计算点深度；ρg为油气相对密度；ρw为地层水密度；pp为地层或油气层压力载荷。
5.如权利要求2所述的深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法，其特征在于，在基于蒙特卡洛随机抽样法，确定套管的抗外挤强度的概率分布过程中，所述套管的抗外挤强度根据以下公式确定：
式中，pca为套管的抗外挤强度；Kp为载荷不均匀系数，且Kp＝|(q1+q2)/q1|，q1为均匀载荷，q2为椭圆形载荷；K为套管外内径比，且K＝ro/ri，ro为套管外半径，ri为套管内半径；p0为套管API抗挤强度；Ry为管材的屈服极限。
6.如权利要求2所述的深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法，其特征在于，在基于蒙特卡洛随机抽样法，确定套管的抗内压强度的概率分布过程中，所述套管的抗内压强度根据以下公式确定：
式中，pba为套管的抗内压强度；pbo为抗内压强度标定值；ro为套管外半径；ri为套管内半径；po为管外液柱压力；σa为轴向应力；Ry为管材的屈服极限。
7.如权利要求2所述的深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法，其特征在于，所述根据所述概率分布，确定所述套管的静态性失效概率，包括：
根据以下公式确定所述套管的静态性失效概率：
F＝1-R
式中，fZ(Z)为概率密度函数，Z为干涉随机变量，且Z＝Q-S，并服从正态分布；S、Q分别为套管的压力载荷、抗压强度的连续随机变量，其服从正态分布且相互独立；σZ为干涉随机变量的标准差，且σS、σQ分别为套管的压力载荷、抗压强度的标准差；μZ为干涉随机变量的均值，且μZ＝μS-μQ；μS、μQ分别为套管的压力载荷、抗压强度的均值；R、F分别为套管的静态性可靠性与静态性失效概率。
8.如权利要求1所述的深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法，其特征在于，根据以下公式确定所述在线工况监测参数与套管失效概率之间的价值函数：
式中，X、Pi、Ci和Ki分别为价值函数vi的变量、形状参量、拐点横坐标和拐点纵坐标；Xmax，Xmin分别为X的最大值、最小值；B为限制价值函数vi在区间[0,1]内变化的参数。
9.如权利要求1所述的深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法，其特征在于，根据以下公式确定压裂过程中套管的动态性失效概率：
确定压裂过程中套管的动态性失效概率；
式中，Is,i为预设的第一指标；Iv为套管的动态性失效概率；vi为价值函数，λi、λs,i分别为vi、Is,i的权重；n为指标个数。
10.如权利要求1或2所述的深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估方法，其特征在于，所述根据所述静态性失效概率及所述动态性失效概率，构建所述套管的风险评估矩阵包括：
将所述静态性失效概率与所述动态性失效概率分级关联，构建所述套管的失效概率分级矩阵；
将所述所述套管的失效概率分级与预设的后果严重度分级关联，构建所述套管的风险评估矩阵。
11.一种深井超深井压裂套管失效风险实时定量评估装置，其特征在于，包括：
概率分布确定模块，用于确定套管的压力载荷及抗压强度的概率分布；
第一概率确定模块，用于根据所述概率分布确定所述套管的静态性失效概率；
第二概率确定模块，用于根据压裂施工曲线和压裂施工记录，获取套管的在线工况监测参数，确定所述在线工况监测参数与套管失效概率之间的价值函数，并根据所述价值函数确定压裂过程中所述套管的动态性失效概率；
失效风险评估模块，用于根据所述静态性失效概率及所述动态性失效概率，构建所述套管的风险评估矩阵，并根据所述风险评估矩阵评估所述套管的失效风险。
12.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
确定套管的压力载荷及抗压强度的概率分布；
根据所述概率分布确定所述套管的静态性失效概率；
根据压裂施工曲线和压裂施工记录，获取套管的在线工况监测参数，确定所述在线工况监测参数与套管失效概率之间的价值函数，并根据所述价值函数确定压裂过程中所述套管的动态性失效概率；
根据所述静态性失效概率及所述动态性失效概率，构建所述套管的风险评估矩阵，并根据所述风险评估矩阵评估所述套管的失效风险。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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