(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111341768.1 (22)申请日 2021.11.12 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113779743 A (43)申请公布日 2021.12.10 (73)专利权人 西南石油大 学 地址 610000 四川省成 都市新都区新都大 道8号 (72)发明人 胡刚　邓时权　王国荣　卢增凯　 徐召强　魏国林　 (74)专利代理 机构 成都云纵知识产权代理事务 所(普通合伙) 51316 代理人 伍星　刘沙粒 (51)Int.Cl. G06F 30/18(2020.01) G06F 30/23(2020.01) E21B 47/00(2012.01) G06F 113/14(2020.01) G06F 119/14(2020.01)(56)对比文件 CN 106991235 A,2017.07.28 CN 112052594 A,2020.12.08 CN 111425170 A,2020.07.17 CN 103455682 A,2013.12.18 US 10655414 B1,2020.0 5.19 范明涛.页岩气井 体积压裂套管变形及水泥 环密封失效机理研究. 《中国博士学位 论文全文 数据库 工程科技 Ⅰ辑》 .2020,(第01期), 席岩 等.断层滑移剪切套管变形内径变化 规律研究. 《石油管 材与仪器》 .2020,第6卷(第4 期), 袁军 等.套管-水泥环-地层完备系统力学 模型解析解及有限元分析. 《长江大 学学报(自科 版)》 .2015,第12卷(第1期), Rui Huang 等.Fault Sl ip Risk Assessment and Treati ng Parameter Optimizati on for Casi ng Deformati on Preventi on: A Case Study i n the Sic huan Basin. 《Geofluids》 .2020, 审查员 龚秒 (54)发明名称 断层滑移下的套管安全评价方法及其应用 (57)摘要 本发明公开了断层滑移下的套管安全评价 方法及其应用， 包括获取固井参数、 钻完井参数、 地质参数， 建立套管 ‑水泥环‑地层有限元模型； 验证有限元模型建立方法的准确性； 在套管 ‑水 泥环‑地层有限元模型中加入断层的地质数据， 建立套管 ‑水泥环‑断层的三维有限元模 型； 仿真 模拟， 得到断层滑移下套管塑性屈服的区间长 度， 并得到套管内壁最大通行能力； 基于套管塑 性屈服的区间长度进行力学风险评价、 基于套管 内壁最大通行能力进行几何风险评价。 本发明用 以解决现有技术中难以对断层滑移所导致的套 管安全风险进行有效评价的问题， 实现准确对井 内套管进行安全评价、 为后续工程作业提供充分参考和依据的目的。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 113779743 B 2022.01.25 CN 113779743 B 1.断层滑 移下的套管安全评价方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 获取固井参数、 钻完井参数、 地质参数， 建立套管 ‑水泥环‑地层有限元模型； 验证有限元模型建立方法的准确性； 在套管‑水泥环‑地层有限元模型中加入断层的地质数据， 建立套管 ‑水泥环‑断层的三 维有限元模型； 其中套管包括 射孔段、 非射 孔段； 仿真模拟， 得到断层滑 移下套管塑性屈服的区间长度， 并得到套管内壁 最大通行能力； 基于套管塑性屈服的区间长度进行力学风险评价、 基于套管内壁最大通行能力进行几 何风险评价； 其中， 通过如下 方法验证有限元模型建立方法的准确性： 在套管‑水泥环‑地层有限元模型中， 以围压 p均匀挤压套管， 得到射孔段在指定射孔孔 径下的范式等效应力， 记为应力一； 进行台架实验， 使移动块以推力F挤压指定射孔孔径下的套管， 采集套管射孔孔眼周围 的三向应 变， 根据套管射 孔孔眼周围的三向应 变计算范式等效应力， 记为应力二； ； 式中，p为围压，l为实验套管的轴向长度， r为实验套管的内径， π为圆周率， cos φ表示 φ的余弦函数， d φ表示对φ微分，φ为推力的压力角； 比较应力一与应力二， 若应力一与应力二的相对误差在5%以内， 认为模型准确； 其中， 进行力学风险评价的方法包括： 若套管塑性屈服的区间长度大于设定阈值， 认为套管大面积屈服， 力学风险较大、 风险 不可承受； 若套管塑性屈服的区间长度小于或等于设定阈值， 认为套管小面积屈服， 力学风险较 小、 风险可控； 其中， 套管塑性屈服的区间长度为， 断层滑移下， 轴向方向上套管发生塑性屈服的总长 度； 其中， 进行几何风险评价的方法包括： 确定后续作业所需的井下工具的最大外径； 判断套管内壁 最大通行能力能否能够满足最大外径的井下工具通过： 若套管内壁最大通行能力不能满足最大外径的井下工具通过， 认为套管存在几何风 险； 若套管内壁最大通行能力能够满足最大外径的井下工具通过， 认为套管不存在几何风 险。 2.根据权利要求1所述的断层滑移下的套管安全评价方法， 其特征在于， 根据套管射孔 孔眼周围的应 变计算范式等效应力的公式为： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113779743 B 2式中， σ 为范式等效应力； σmax、 σ2、 σmin分别为套管的三 向主应力， 其中σ2取0；E为套管的 弹性模量； v为套管的泊松比； ε1、ε2、ε3分别为采集的三向应 变值。 3.根据权利要求1所述的断层滑移下的套管安全评价方法， 其特征在于， 若应力一与应 力二的相对误差大于5%， 认 为模型不准确， 重新建立套 管‑水泥环‑地层有限元模 型、 并再次 验证有限元模型建立方法的准确性， 直至模型准确。 4.根据权利要求1所述的断层滑移下的套管安全评价方法， 其特征在于， 所述断层的地 质数据包括： 断层类型、 断层倾角、 断层滑 移量。 5.根据权利要求1所述的断层滑移下的套管安全评价方法， 其特征在于， 在套管 ‑水泥 环‑断层的三维有限元模型中， 将套管与水泥环、 水泥环与断层、 断层滑移面之间均设置为 面‑面接触； 并对套管射 孔段的受载部分进行网格加密处 理。 6.根据权利要求1所述的断层滑 移下的套管安全评价方法， 其特 征在于， 套管内壁 最大通行能力的计算方法为： 若断层类型为 正断层或逆断层， 则 Dmax=r‑a·sinθ； 若断层类型为走滑断层， 则 Dmax=r‑a·sin90°； 式中，Dmax为套管内壁 最大通径， r为套管内径， a为断层滑 移量，θ为断层倾角。 7.如权利要求1~6中任一所述断层滑移下的套管安全评价方法的应用， 其特征在于， 用 于水力压裂诱发断层滑 移时的套管安全评价。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113779743 B 3