CN109138911A - 水泥环尺寸的确定方法、钻井方法及装置 - Google Patents

水泥环尺寸的确定方法、钻井方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种水泥环尺寸的确定方法、钻井方法及装置，该水泥环尺寸的确定方法包括：基于应力方程计算每段水泥环的塑性应变幅值；在径向变形增量相同的条件下，根据不同两段水泥环的塑性应变幅值和所述不同两段水泥环被破坏时所受载荷的循环次数，计算得到所述不同两段水泥环之间的厚度关系；根据所述不同两段水泥环之间的厚度关系确定各段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸，得到整个水泥环的尺寸。本发明能够保证各个压裂区段固井水泥环变形相互协调，防止多段压裂引发水泥环完整性破坏。

Description

水泥环尺寸的确定方法、钻井方法及装置
技术领域
本发明涉及油气勘探技术领域，尤其涉及一种水泥环尺寸的确定方法、钻井方法及装置。
背景技术
固井过程中，水泥材料在井下环境中凝固形成具有一定胶结能力的水泥环。固井水泥环是保证井筒有效密封的重要屏障。如何保证固井水泥环的完整性是固井工程特别关注的问题。多级分段压裂是提升油气资源开发成效的重要手段，但是在改造过程中，却会出现较为严重的井筒完整性失效的问题，部分区块的套管变形比例甚至达到了40％，导致分段压裂改造失效，严重制约油气资源开发进程。
多段分级压裂时导致固井水泥环完整性遭到破坏的主要原因在于，不同压裂区段循环载荷对固井水泥环的损伤破坏不同，造成不同压裂区段固井水泥环应变不协调，最终导致水泥环完整性遭到破坏。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种水泥环尺寸的确定方法、钻井方法及装置，以保证各个压裂区段固井水泥环变形相互协调，防止多段压裂引发水泥环完整性破坏。
本发明实施例提供一种水泥环尺寸的确定方法，包括：基于应力方程计算每段水泥环的塑性应变幅值；在径向变形增量相同的条件下，根据不同两段水泥环的塑性应变幅值和所述不同两段水泥环被破坏时所受载荷的循环次数，计算得到所述不同两段水泥环之间的厚度关系；根据所述不同两段水泥环之间的厚度关系确定各段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸，得到整个水泥环的尺寸。
本发明实施例还提供一种钻井方法，包括：根据如上述实施例所述的水泥环尺寸的确定方法得到的各段水泥环的外半径尺寸进行钻井。
本发明实施例还提供一种水泥环尺寸的确定装置，包括：应变幅值计算单元，用于：基于应力方程计算每段水泥环的塑性应变幅值；厚度关系计算单元，用于：在径向变形增量相同的条件下，根据不同两段水泥环的塑性应变幅值和所述不同两段水泥环被破坏时所受载荷的循环次数，计算得到所述不同两段水泥环之间的厚度关系；半径尺寸确定单元，用于：根据所述不同两段水泥环之间的厚度关系确定各段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸，得到整个水泥环的尺寸。
本发明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，该程序被处理器执行时实现上述实施例所述方法的步骤。
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程序时实现上述实施例所述方法的步骤。
本发明的水泥环尺寸的确定方法、钻井方法、水泥环尺寸的确定装置、计算机可读存储介质及计算机设备，在计算不同两段水泥环之间的厚度关系时，利用了水泥环被破坏时所受载荷的循环次数，所以所得水泥环的尺寸考虑了多段压裂引发水泥环完整性遭到破坏的情况，通过增加径向变形增量相同的条件保证了水泥环的径向变形增量相同，而且，通过不同两段水泥环之间的厚度关系能够考虑到不同段水泥环之间的尺寸关系，因此，根据所得不同两段水泥环之间的厚度关系确定的各段水泥环的内外半径尺寸，不仅能够保证各个压裂区段固井水泥环变形相互协调，而且能够防止多段压裂引发水泥环完整性破坏。
附图说明
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是本发明一实施例的水泥环尺寸的确定方法的流程示意图；
图2是本发明一实施例中基于应力方程计算每段水泥环的塑性应变幅值的方法流程示意图；
图3是本发明一实施例中计算得到不同两段水泥环之间的厚度关系的方法流程示意图；
图4是本发明一实施例中根据不同两段水泥环之间的厚度关系确定各段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸的方法流程示意图；
图5是本发明一实施例中确定其余各段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸的方法流程示意图；
图6是本发明一实施例的水泥环尺寸的确定方法的流程示意图；
图7是本发明一实施例中水泥环工况分析示意图；
图8是本发明一实施例中水泥环轮廓的示意图；
图9是本发明一实施例的水泥环尺寸的确定装置的结构示意图。
具体实施方式
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。
图1是本发明一实施例的水泥环尺寸的确定方法的流程示意图。如图1所示，一些实施例的水泥环尺寸的确定方法，可包括：
步骤S110：基于应力方程计算每段水泥环的塑性应变幅值；
步骤S120：在径向变形增量相同的条件下，根据不同两段水泥环的塑性应变幅值和所述不同两段水泥环被破坏时所受载荷的循环次数，计算得到所述不同两段水泥环之间的厚度关系；
步骤S130：根据所述不同两段水泥环之间的厚度关系确定各段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸，得到整个水泥环的尺寸。
在上述步骤S110中，该应力方程可以涉及径向应力、周向应力及剪切力。水泥环的塑性应变幅值可以指变形增量与水泥环原有尺寸(例如厚度)的比值。可以基于应力方程进行工况分析得到水泥环的塑性应变幅值。该应力方程可以包括：
其中：
τrθ＝τθr＝0 (7)
其中，σr表示径向应力，σθ表示周向应力，τrθ表示剪切力，τθr表示与τrθ方向不同的剪切力，表示应力函数，r表示径向变量，θ表示周向角度变量，A、B、C及D表示常系数。
在上述步骤S120中，经过水泥环变形分析，发明人得知若要防止多段压裂对水泥环完整性的破坏，需要保证多段压裂时各段水泥环的径向变形增量相同，所以设定了该径向变形增量相同的条件，以防止多段压裂破坏水泥环的完整性。具体地，不同两段水泥环的塑性应变幅值可以不同。由于不同两段水泥环在井中的位置不同，所以被破坏时所受载荷的循环次数不同，即所能够承受的循环载荷不同。而且，在计算不同两段水泥环之间的厚度关系时，认为不同两段水泥环在受到不同循环载荷的情况下径向变形增量相同。通过对不同压裂区段的固井水泥环进行具体分析，可以得到各不同区段的固井水泥环之间的厚度关系。例如，可以得到各相邻两端水泥环之间的厚度关系，或者各非首段水泥环与首段水泥环之间的厚度关系。
在上述步骤S130中，根据所述不同两段水泥环之间的厚度关系可以得到不同两段水泥环之间的半径关系，例如在不同两段水泥环的内径满足一定关系的情况下，可以得到不同两段水泥环的外径之间的关系。通过设定其中一段水泥的内径或外径，例如首段水泥环的内径，可以得到各水泥环的内径和外径的尺寸。
本实施例中，在计算不同两段水泥环之间的厚度关系时，利用了水泥环被破坏时所受载荷的循环次数，所以所得水泥环的尺寸考虑了多段压裂引发水泥环完整性遭到破坏的情况，通过增加径向变形增量相同的条件保证了水泥环的径向变形增量相同，而且，通过不同两段水泥环之间的厚度关系能够考虑到不同段水泥环之间的尺寸关系，因此，根据所得不同两段水泥环之间的厚度关系确定的各段水泥环的内外半径尺寸，不仅能够保证各个压裂区段固井水泥环变形相互协调，而且能够防止多段压裂引发水泥环完整性破坏。
图2是本发明一实施例中基于应力方程计算每段水泥环的塑性应变幅值的方法流程示意图。如图2所示，上述步骤S110，即，基于应力方程计算每段水泥环的塑性应变幅值，可包括：
步骤S111：基于应力方程求解每段水泥环的径向应力表达式和周向应力表达式；
步骤S112：基于增量应力和应变之间的关系，根据所述的径向应力表达式和周向应力表达式计算得到每段水泥环的塑性应变幅值。
在上述步骤S111中，应力方程例如可以包括上述公式(1)～(7)。利用应力方程求解一段水泥环的径向应力表达式和周向应力表达式具体可以包括如下过程：
对于内半径为a，外半径为b，所受内压力为qa，所受外圧力为qb的一段水泥环(圆环)，经过分析，应力方程(上述公式(1)～(7))应满足的边界条件包括：
(τrθ)r＝a＝0 (8)
(τrθ)r＝b＝0 (9)
(σr)r＝a＝-qa (10)
(σr)r＝b＝-qb (11)
根据公式(5)、(10)及(11)可得：
该段水泥环的环向位移表达式可以表示为：
其中，uθ表示环向位移，E表示弹性模量，H、I及K表示常系数。
在水泥环上，对于半径r相同的位置，根据公式(14)知，环向位移θ＝θ1和环向位移θ＝θ1+2π的环向位移相位差为进一步，根据环向位移单值条件，由环向位移相位差可以得到，B＝0。将B＝0代入公式(12)和(13)，可以得到：
根据公式(15)和(16)可以求解得到常系数A和C。将B＝0以及求解得到的常系数A和C代入应力分量表达式(公式(5)～(6))可以得到径向应力表达式和周向应力表达式
在上述步骤S112中，增量应力和应变之间的关系可以为：
dσ＝Edεe (17)
其中，dσ表示应力增量，其中的σ表示包含径向应力σr和周向应力σθ的张量，dεe表示弹性应变增量，E表示弹性模量。
根据公式(17)，由dε＝dεe+dεp并根据流动法则和一致性条件推导可以得到：
其中，Et表示切线模量，h表示标量函数，f表示屈服函数，K表示强化参数。屈服函数f和强化参数K可视工况与材料参数而定。
当井筒受井筒内压裂液挤压时，产生径向压力-qa；当井筒内不注入压裂液时，径向压力qa＝0。因此，在压裂前后，井筒将产生塑性应变变化，即产生塑性应变幅值Δεp。
图3是本发明一实施例中计算得到不同两段水泥环之间的厚度关系的方法流程示意图。如图3所示，上述步骤S120，在径向变形增量相同的条件下，根据不同两段水泥环的塑性应变幅值和所述不同两段水泥环被破坏时所受载荷的循环次数，计算得到所述不同两段水泥环之间的厚度关系，可包括：
步骤S121：根据Coffin-Manson关系和所述塑性应变幅值确定不同两段水泥环的塑性应变幅值和所述不同两段水泥环被破坏时所受载荷的循环次数之间的关系式；在径向变形增量相同的条件下，根据塑性应变幅值的定义和所述塑性应变幅值确定不同两段水泥环的塑性应变幅值和所述不同两段水泥环的厚度之间的关系式；
步骤S122：根据不同两段水泥环的塑性应变幅值和所述不同两段水泥环被破坏时所受载荷的循环次数之间的关系式与不同两段水泥环的塑性应变幅值和所述不同两段水泥环的厚度之间的关系式，求解得到所述不同两段水泥环之间的厚度关系。
在上述步骤S121中，该Coffin-Manson关系可以为：
ΔεpNs＝T (19)
其中，Δεp是塑性应变幅值；N是断裂时的循环次数；s、T是材料常数。
对于高应力、低循环疲劳，或称塑性疲劳、应变疲劳，可以利用Coffin-Manson关系来计算疲劳寿命。
根据给定的工况和材料，可以得知一段水泥环断裂时的循环次数N。不同段的水泥环，工况不同，断裂时的循环次数N不同。
由塑性应变幅值的定义可知：
其中，ΔLp为水泥环的径向变形增量，L为水泥环的厚度。
保证径向变形增量ΔLp一致，可以保证不同压裂区段固井水泥环应变或变形协调。由公式(19)和(20)可以看出，对于不同的断裂时的循环次数N，塑性应变幅值Δεp不同。为保证变形增量ΔLp相同，只有使不同区段水泥环的水泥环半径不同，即
对于不同的两段水泥环：
根据上述径向应力表达式和周向应力表达式，可以得到第一段水泥环的塑性应变幅值Δεp1和第二段水泥环的塑性应变幅值Δεp2，其中，此处的Δεp1和Δεp2是最大应变幅值，不再与半径变量r有关。
根据公式(19)可以得到：
Δεp1N1 s＝T (21)
Δεp2N2 s＝T (22)
其中，N1和N2为不同的两段水泥环被破坏时的载荷的循环次数。
根据公式(20)可以得到：
其中，L1和L2为不同的两段水泥环的厚度，ΔLp为不同的两段水泥环的相同的变形增量。
在上述步骤S121中，不同两段水泥环的塑性应变幅值可以是上述第一段水泥环的塑性应变幅值Δεp1和第二段水泥环的塑性应变幅值Δεp2。不同两段水泥环的塑性应变幅值和所述不同两段水泥环被破坏时所受载荷的循环次数之间的关系式可以是上述公式(21)～(22)。在径向变形增量相同的条件下，根据塑性应变幅值的定义和所述塑性应变幅值确定的不同两段水泥环的塑性应变幅值和所述不同两段水泥环的厚度之间的关系式可以是上述公式(23)～(24)。在上述步骤S122中，根据第一段水泥环的塑性应变幅值Δεp1和第二段水泥环的塑性应变幅值Δεp2以及上述公式(21)～(24)可以求解得到，不同的两段水泥环的厚度关系。
图4是本发明一实施例中根据不同两段水泥环之间的厚度关系确定各段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸的方法流程示意图。如图4所示，上述步骤S130，根据所述不同两段水泥环之间的厚度关系确定各段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸，可包括：
步骤S131：根据所述不同两段水泥环之间的厚度关系确定井底端的初始段水泥环与其余各段水泥环之间的厚度关系；
步骤S132：确定所述初始段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸，并根据所述初始段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸和所述的初始段水泥环与其余各段水泥环之间的厚度关系确定所述其余各段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸；所述初始段水泥环和所述其余各段水泥环构成各段水泥环。
在上述步骤S131中，该井底端是指井筒的最底部。可以根据前述步骤所述方法确定除初始段水泥环外的各段水泥环与初始段水泥环之间的厚度关系。
水泥环的厚度和半径尺寸具有如下关系：
L＝b-a (25)
由公式(25)可得：
其中，L为某段水泥环的厚度，b为某段水泥环的外半径，a为某段水泥环的内半径，N为某段水泥环所受载荷的循环次数，T为材料常数，ΔLp为某段水泥环的塑性应变幅值。根据公式(26)可以绘出相应材料轮廓图。
在上述步骤S132中，在多段压裂过程中，初始段水泥环所受载荷的循环次数最少，越靠近井口的区段的水泥环所受载荷的循环次数越多，所以，初始段水泥环的可以最薄。可以先确定初始段水泥环的尺寸(包括内半径尺寸和外半径尺寸)，再结合除初始段水泥环外的各段水泥环与初始段水泥环之间的厚度关系，可以计算得到除初始段水泥环外的各段水泥环的尺寸(包括内半径尺寸和外半径尺寸)。一些实施例中，所得水泥环可以为楔形。
本实施例中，通过先确定初始段水泥环的尺寸，再根据厚度确定其余水泥环的尺寸，以此不仅便于得到整个水泥环的厚度变化曲线，而且便于在保证各段水泥环变形协调的情况下得到尽可能薄的水泥环。
图5是本发明一实施例中确定其余各段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸的方法流程示意图。如图5所示，上述步骤S132，即，确定所述初始段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸，并根据所述初始段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸和所述的初始段水泥环与其余各段水泥环之间的厚度关系确定所述其余各段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸，可包括：
步骤S1321：确定所述初始段水泥环受到一次循环载荷即被破坏时的内半径尺寸和外半径尺寸；
步骤S1322：将所述初始段水泥环受到一次循环载荷即被破坏时的内半径尺寸设置为其余各段水泥环的内半径尺寸，并根据所述的其余各段水泥环的内半径尺寸和所述的初始段水泥环与其余各段水泥环之间的厚度关系，计算得到所述的其余各段水泥环的外半径尺寸。
在上述步骤S1321中，可以根据破坏强度准则确定所述初始段水泥环受到一次循环载荷即被破坏时的内半径尺寸和外半径尺寸，即，初始段水泥环的半径尺寸是的该初始段水泥环仅施加一次载荷就被破坏，此时，可以得到初始段水泥环的最小厚度。初始段水泥环的内半径可以根据井筒的半径确定。
在上述步骤S1322中，在所得初始段水泥环的厚度最小时，可以根据所得厚度关系得到其他区段的水泥环的厚度，具体地，可以得到其他区段的水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸。
本实施例中，先确定所述初始段水泥环受到一次循环载荷即被破坏时的内半径尺寸和外半径尺寸，将内半径尺寸设定为固定值(有利于跟井筒设计相配合)，再确定其余各段水泥环的外半径尺寸，有利于得到尽可能薄的水泥环。
一些实施例中，水泥环尺寸的确定方法可以是一种防止多段压裂引发水泥环完整性破坏的设计方法，该方法根据每段水泥环循环载荷不同，调整不同压裂段水泥环强度，来防止水泥环损坏，将每一段水泥环所受循环载荷满足的破坏强度计算出来，根据推导得出的水泥环半径，绘制水泥环外形轮廓曲线，然后进行设计施工。
所述方法可以适用于水力压裂和钻井领域。所述方法可以根据每段循环载荷不同进行设计。所述方法可以适用于水平井多段压裂。所述方法可以充分考虑水泥环不同压裂段工况。所述方法可以根据理论推导适应工程要求的水泥环尺寸。所述方法可以通过可变的水泥环有效解决变形不协调的问题。
所述方法可以设计楔形水泥环，楔形水泥环轮廓可以更好的压实水泥环。所述方法设计的楔形水泥环轮廓将局部载荷通过楔形面分解到整个面上。
本发明实施例还提供一种钻井方法，包括：根据如上述各实施例所述的水泥环尺寸的确定方法得到的各段水泥环的外半径尺寸进行钻井。
在一些实施例中，所述钻井方法为水平井钻井方法。
为使本领域技术人员更容易了解本发明，下面将以一具体实施例说明本发明的实施过程：
图6是本发明一实施例的水泥环尺寸的确定方法的流程示意图。如图6所示，该实施例的水泥环尺寸的确定方法，可包括：
步骤S01：水泥环工况分析；
步骤S02：水泥环变形分析；
步骤S03：水泥环尺寸设计。
在上述步骤S01中，如图7所示，水泥环21的圆环内半径为a，外半径为b，受内压力为qa,外压力为qb，根据公式：
其中：
τrθ＝τθr＝0 (7)
边界条件为：
(τrθ)r＝a＝0 (8)
(τrθ)r＝b＝0 (9)
(σr)r＝a＝-qa (10)
(σr)r＝b＝-qb (11)
则：
从环向位移表达式：
得到同一r处，环向位移θ＝θ1和θ＝θ1+2π，环向位移相差由位移单值条件得到，B＝0。
于是有，
解得A、C，将A、C代入应力分量表达式，则求得σr，σθ。
由增量应力-应变关系，
dσ＝Edε (17)
得到，
其中，f表示屈服函数，K表示强化参数。视工况与材料参数而定。
井筒受井筒内压裂液挤压，产生径向压力-qa；当井筒内不注入压裂液时qa＝0。这将产生塑性应变变化，即塑性应变幅值Δεp。
在上述步骤S02中，对于高应力、低循环疲劳，或称塑性疲劳、应变疲劳。以Coffin-Manson关系来计算疲劳寿命：
ΔεpNs＝T (19)
其中，Δεp是塑性应变幅值；N是断裂时的循环次数；s、T是材料常数。
由塑性应变幅值的定义可得：
根据上式，对于不同的N1,N2,Δεp不同，为保证变形增量相同，只有改变相应的水泥环半径，即
在上述步骤S03中，根据水泥环厚度的定义可得：
L＝b-a (25)
则：
利用公式(26)所得半径，可以绘出相应材料的水泥环的轮廓图，如图8所示，根据本发明实施例的方法确定的水泥环32内半径为规定值，外半径呈楔形变化。水泥环32位于地层31内部，套筒35位于水泥环32内部，套筒35内部设置有桥塞34。进行多段压裂，在水泥环32中产生均匀的压裂裂缝33。
一些实施例的水泥环尺寸的确定方法可以用于设计防止多段压裂引发水泥环完整性破坏的水泥环。该方法主要可应用于水力压裂与钻井领域。为防止多段压裂过程中循环应力导致水泥环完整性发生破坏，本方法根据每段水泥环循环载荷不同，调整不同压裂段水泥环强度，来防止水泥环损坏。将每一段水泥环所受循环载荷满足的破坏强度计算出来，根据推导得出的水泥环半径，绘制水泥环外形轮廓曲线，然后进行设计施工。本方法充分考虑了水泥环不同压裂段的强度要求，通过调整各段水泥环半径，将实验理论应用到工程实际，能够精确控制水泥环施工，满足工程要求；本方法的优点还在于可以通过楔形轮廓的水泥环设计，实现水泥环的自动压实，将局部所受载荷扩展到整个区段，解决水泥环部分区段破坏严重的情况。本方法解决分段压裂过程中循环加载导致部分区段水泥环破坏严重的问题，大大提高工程使用效能，推进水力压裂进程的发展。
基于与图1所示的水泥环尺寸的确定方法相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种水泥环尺寸的确定装置，如下面实施例所述。由于该水泥环尺寸的确定装置解决问题的原理与水泥环尺寸的确定方法相似，因此该水泥环尺寸的确定装置的实施可以参见水泥环尺寸的确定方法的实施，重复之处不再赘述。
图9是本发明一实施例的水泥环尺寸的确定装置的结构示意图。如图9所示，一些实施例的水泥环尺寸的确定装置，可包括：应变幅值计算单元210、厚度关系计算单元220及半径尺寸确定单元230，上述各单元顺序连接。
应变幅值计算单元210，用于：基于应力方程计算每段水泥环的塑性应变幅值；
厚度关系计算单元220，用于：在径向变形增量相同的条件下，根据不同两段水泥环的塑性应变幅值和所述不同两段水泥环被破坏时所受载荷的循环次数，计算得到所述不同两段水泥环之间的厚度关系；
半径尺寸确定单元230，用于：根据所述不同两段水泥环之间的厚度关系确定各段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸，得到整个水泥环的尺寸。
本发明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，该程序被处理器执行时实现上述各实施例所述方法的步骤。
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程序时实现上述各实施例所述方法的步骤。
本发明实施例的水泥环尺寸的确定方法、钻井方法、水泥环尺寸的确定装置、计算机可读存储介质及计算机设备，在计算不同两段水泥环之间的厚度关系时，利用了水泥环被破坏时所受载荷的循环次数，所以所得水泥环的尺寸考虑了多段压裂引发水泥环完整性遭到破坏的情况，通过增加径向变形增量相同的条件保证了水泥环的径向变形增量相同，而且，通过不同两段水泥环之间的厚度关系能够考虑到不同段水泥环之间的尺寸关系，因此，根据所得不同两段水泥环之间的厚度关系确定的各段水泥环的内外半径尺寸，不仅能够保证各个压裂区段固井水泥环变形相互协调，而且能够防止多段压裂引发水泥环完整性破坏。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明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、材料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发明的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。
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、***、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(***)、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 (10)

1.一种水泥环尺寸的确定方法，其特征在于，包括：
基于应力方程计算每段水泥环的塑性应变幅值；
在径向变形增量相同的条件下，根据不同两段水泥环的塑性应变幅值和所述不同两段水泥环被破坏时所受载荷的循环次数，计算得到所述不同两段水泥环之间的厚度关系；
根据所述不同两段水泥环之间的厚度关系确定各段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸，得到整个水泥环的尺寸。
2.如权利要求1所述的水泥环尺寸的确定方法，其特征在于，基于应力方程计算每段水泥环的塑性应变幅值，包括：
基于应力方程求解每段水泥环的径向应力表达式和周向应力表达式；
基于增量应力和应变之间的关系，根据所述的径向应力表达式和周向应力表达式计算得到每段水泥环的塑性应变幅值。
3.如权利要求1所述的水泥环尺寸的确定方法，其特征在于，在径向变形增量相同的条件下，根据不同两段水泥环的塑性应变幅值和所述不同两段水泥环被破坏时所受载荷的循环次数，计算得到所述不同两段水泥环之间的厚度关系，包括：
根据Coffin-Manson关系和所述塑性应变幅值确定不同两段水泥环的塑性应变幅值和所述不同两段水泥环被破坏时所受载荷的循环次数之间的关系式；在径向变形增量相同的条件下，根据塑性应变幅值的定义和所述塑性应变幅值确定不同两段水泥环的塑性应变幅值和所述不同两段水泥环的厚度之间的关系式；
根据不同两段水泥环的塑性应变幅值和所述不同两段水泥环被破坏时所受载荷的循环次数之间的关系式与不同两段水泥环的塑性应变幅值和所述不同两段水泥环的厚度之间的关系式，求解得到所述不同两段水泥环之间的厚度关系。
4.如权利要求1所述的水泥环尺寸的确定方法，其特征在于，根据所述不同两段水泥环之间的厚度关系确定各段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸，包括：
根据所述不同两段水泥环之间的厚度关系确定井底端的初始段水泥环与其余各段水泥环之间的厚度关系；
确定所述初始段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸，并根据所述初始段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸和所述的初始段水泥环与其余各段水泥环之间的厚度关系确定所述其余各段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸；所述初始段水泥环和所述其余各段水泥环构成各段水泥环。
5.如权利要求4所述的水泥环尺寸的确定方法，其特征在于，确定所述初始段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸，并根据所述初始段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸和所述的初始段水泥环与其余各段水泥环之间的厚度关系确定所述其余各段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸，包括：
确定所述初始段水泥环受到一次循环载荷即被破坏时的内半径尺寸和外半径尺寸；
将所述初始段水泥环受到一次循环载荷即被破坏时的内半径尺寸设置为其余各段水泥环的内半径尺寸，并根据所述的其余各段水泥环的内半径尺寸和所述的初始段水泥环与其余各段水泥环之间的厚度关系，计算得到所述的其余各段水泥环的外半径尺寸。
6.一种钻井方法，其特征在于，包括：
根据如权利要求1至5任一项所述的水泥环尺寸的确定方法得到的各段水泥环的外半径尺寸进行钻井。
7.如权利要求6所述的钻井方法，其特征在于，所述钻井方法为水平井钻井方法。
8.一种水泥环尺寸的确定装置，其特征在于，包括：
应变幅值计算单元，用于：基于应力方程计算每段水泥环的塑性应变幅值；
厚度关系计算单元，用于：在径向变形增量相同的条件下，根据不同两段水泥环的塑性应变幅值和所述不同两段水泥环被破坏时所受载荷的循环次数，计算得到所述不同两段水泥环之间的厚度关系；
半径尺寸确定单元，用于：根据所述不同两段水泥环之间的厚度关系确定各段水泥环的内半径尺寸和外半径尺寸，得到整个水泥环的尺寸。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至7所述方法的步骤。
10.一种计算机设备，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程序时实现权利要求1至7所述方法的步骤。
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