一種預(yù)測高溫高壓井腐蝕套管剩余壽命的方法
【專利摘要】一種預(yù)測高溫高壓井腐蝕套管剩余壽命的方法，主要包括下列步驟：（1）采用灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法預(yù)測套管內(nèi)腐蝕平均速率和外腐蝕平均速率；（2）建立腐蝕套管的有限元模型，并利用單元生死技術(shù)來模擬套管發(fā)生腐蝕的過程，以獲取套管失效時(shí)的臨界失效壁厚；（3）建立腐蝕套管剩余壽命預(yù)測模型，并應(yīng)用近似解析法計(jì)算均勻腐蝕、局部腐蝕和點(diǎn)蝕套管的剩余壽命；（4）利用回歸分析方法建立無因次剩余強(qiáng)度與無因次內(nèi)壓和蒸汽溫度之間的關(guān)系方程。由于理論研究、室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)在預(yù)測套管壽命方面具有一定的局限性，本發(fā)明能夠在較短時(shí)間內(nèi)有效預(yù)測套管的剩余壽命，并且所建的剩余強(qiáng)度關(guān)系方程能夠方便工程人員對套管的服役能力進(jìn)行綜合評估。
【專利說明】一種預(yù)測高溫高壓井腐蝕套管剩余壽命的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高溫高壓井腐蝕套管剩余壽命的預(yù)測方法，應(yīng)用于涉及高溫高壓井腐蝕套管的更換與檢修，屬于油氣田控制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]套管在油氣井勘探開發(fā)中占有極其重要的地位。隨著油氣田不斷的開采和發(fā)展，由此帶來的套管腐蝕失效問題也愈加嚴(yán)重。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，在1997-1999年中原油田因腐蝕導(dǎo)致套管失效的井61 口，占同期套損井?dāng)?shù)的16.8% ;1998-2000年對塔里木油田四個(gè)井區(qū)的70 口井進(jìn)行測井，發(fā)現(xiàn)有35 口井出現(xiàn)了套管腐蝕，占測井總數(shù)的50%。因此，針對腐蝕套管進(jìn)行剩余壽命的預(yù)測研究將有利于進(jìn)行預(yù)知性維護(hù)，排除安全隱患，最大限度減少套管失效的事故發(fā)生，以保障服役套管運(yùn)營的安全可靠。
[0003]高溫高壓井中的服役套管長期處于復(fù)雜多變的環(huán)境中，套管周圍的地層水和注入水中的腐蝕性物質(zhì)會與套管壁作用，極易使之遭受腐蝕，形成腐蝕缺陷，進(jìn)而造成套管壁局部減薄，降低套管的有效強(qiáng)度，縮短套管的服役壽命，甚至使整個(gè)井報(bào)廢。由于目前理論上還沒有專門用于套管壽命計(jì)算的公式，并且受到室內(nèi)試驗(yàn)條件的限制，無法進(jìn)行較長時(shí)間下套管腐蝕壽命的研究，加之井下服役環(huán)境復(fù)雜多變，能夠獲取的現(xiàn)場套管壽命數(shù)據(jù)資料有限。為此，本發(fā)明基于灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，利用Matlab軟件編程預(yù)測套管的腐蝕速率，并使用ANSYS軟件建立腐蝕套管-水泥環(huán)和地層的有限元模型，采用單元生死技術(shù)來模擬套管發(fā)生腐蝕的過程，進(jìn)一步研究套管在高溫高壓井服役情況下的剩余強(qiáng)度和剩余壽命。本發(fā)明通過Matlab軟件進(jìn)行編程，利用回歸分析方法建立無因次剩余強(qiáng)度與無因次內(nèi)壓和蒸汽溫度之間的關(guān)系方程。這將有助于工程人員進(jìn)行維護(hù)、檢修和更換，為確保在役套管的安全運(yùn)行提供決策依據(jù)，對調(diào)節(jié)和延長服役套管的使用壽命具有極其重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種通過對影響高溫高壓井套管內(nèi)腐蝕和外腐蝕的多種因素的實(shí)測值，應(yīng)用灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，通過調(diào)整訓(xùn)練函數(shù)和學(xué)習(xí)函數(shù)，得出符合誤差函數(shù)的套管內(nèi)腐蝕平均速率和外腐蝕平均速率；根據(jù)建立的腐蝕套管剩余壽命的預(yù)測模型，建立腐蝕套管-水泥環(huán)和地層的有限元模型，利用單元生死技術(shù)模擬套管發(fā)生腐蝕的過程，得到套管在15(T400°C和5?80MPa壓力內(nèi)發(fā)生失效時(shí)的臨界失效壁厚，從而預(yù)測套管在高溫高壓井下的剩余強(qiáng)度和剩余壽命，進(jìn)而對套管的安全服役能力進(jìn)行綜合評價(jià)。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種預(yù)測高溫高壓井腐蝕套管剩余壽命的方法，該測試方法包括下列步驟:
(1)使用支持Matlab和ANSYS的計(jì)算機(jī)，并將現(xiàn)場收集到的影響套管內(nèi)腐蝕和外腐蝕因素的數(shù)據(jù)資料以數(shù)據(jù)庫或文本的形式輸入到計(jì)算機(jī)并保存在Excel文檔中；
(2)在計(jì)算機(jī)中應(yīng)用灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，通過Matlab編寫程序，預(yù)測得到各種腐蝕因素影響下套管的腐蝕速率，所選取的腐蝕數(shù)據(jù)包含時(shí)間序列；(3)通過調(diào)整灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法中的連接權(quán)值和閥值，選擇合適的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練函數(shù)和學(xué)習(xí)函數(shù)，得到誤差允許范圍內(nèi)腐蝕套管的內(nèi)腐蝕平均速率和外腐蝕平均速率，以確保腐蝕速率預(yù)測的準(zhǔn)確性；
(4)利用上述腐蝕速率的預(yù)測值，通過建立腐蝕套管-水泥環(huán)和地層的有限元模型，并采用單元生死技術(shù)模擬套管發(fā)生腐蝕的過程，以確定套管在15(T400°C和5~80MPa壓力內(nèi)發(fā)生腐蝕失效時(shí)的臨界失效壁厚；
(5)根據(jù)套管發(fā)生腐蝕失效的臨界失效壁厚和原始數(shù)據(jù)資料，依據(jù)建立的腐蝕套管剩余壽命預(yù)測模型，并應(yīng)用解析法分別計(jì)算均勻腐蝕、局部腐蝕和點(diǎn)腐蝕情況下腐蝕套管的剩余壽命；
(6)基于上述有限元模型，改變施加在模型上的內(nèi)壓和蒸汽溫度，仿真得到腐蝕套管在不同內(nèi)壓和蒸汽溫度下的剩余強(qiáng)度值，利用Matlab軟件編寫程序并采用回歸分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，以建立無因次剩余強(qiáng)度與無因次內(nèi)壓和蒸汽溫度之間的關(guān)系方程。
[0006]所述的一種預(yù)測高溫高壓井腐蝕套管剩余壽命的方法，所述的運(yùn)用灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法預(yù)測套管的腐蝕速率，該方法包含如下步驟:
(1)用包含時(shí)間序列的原始數(shù)據(jù)資料建立GM(1，1)模型；
(2)用建立的GM(1，I)模型進(jìn)行預(yù)測，得到一系列原始數(shù)據(jù)的預(yù)測值；
(3)利用Matlab進(jìn)行編程，建立灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，其 中包含一個(gè)輸入層、兩個(gè)隱層和一個(gè)輸出層；
(4)設(shè)定網(wǎng)絡(luò)的初始連接權(quán)值和閥值，將GM(1，I)模型預(yù)測得到的一系列預(yù)測值作為網(wǎng)絡(luò)的輸入，將實(shí)際測量值作為網(wǎng)絡(luò)的輸出，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多次訓(xùn)練，得到一系列調(diào)整后的連接權(quán)值和閥值；
(5)用GM(1，I)模型的預(yù)測值作為灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的輸入，進(jìn)行訓(xùn)練，將符合誤差要求的輸出作為灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的結(jié)果。
[0007]所述的一種預(yù)測高溫高壓井腐蝕套管剩余壽命的方法，所述的運(yùn)用有限元模型和單元生死技術(shù)進(jìn)行套管剩余壽命的預(yù)測，包括下列步驟:
(1)建立腐蝕套管-水泥環(huán)和地層的有限元模型；
(2)根據(jù)套管的實(shí)際受力情況，在有限元模型上施加相應(yīng)的邊界條件和外載，并考慮地層的主應(yīng)力和地溫梯度的影響；
(3)仿真得到套管在不同內(nèi)壓和蒸汽溫度下的剩余強(qiáng)度值；
(4)利用Matlab軟件和回歸分析方法，建立無因次剩余強(qiáng)度與無因次內(nèi)壓和蒸汽溫度的關(guān)系方程；
(5)利用單元生死技術(shù)模擬套管發(fā)生腐蝕的過程，得到套管發(fā)生失效時(shí)的臨界失效壁
厚；
(6)根據(jù)套管的臨界失效壁厚及腐蝕套管的原始數(shù)據(jù)資料，建立剩余壽命預(yù)測模型
【權(quán)利要求】
1.一種預(yù)測高溫高壓井腐蝕套管剩余壽命的方法，主要包括以下步驟: (1)使用支持Matlab和ANSYS的計(jì)算機(jī)，將收集到的影響套管腐蝕因素的數(shù)據(jù)資料以數(shù)據(jù)庫或文本的形式輸入到計(jì)算機(jī)并保存在Excel中； (2)采用灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，利用Matlab進(jìn)行編程，預(yù)測各種腐蝕因素影響下套管的腐蝕速率,所選取的腐蝕數(shù)據(jù)包含時(shí)間序列； (3)通過調(diào)整連接權(quán)值和閥值，選擇合適的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練函數(shù)和學(xué)習(xí)函數(shù)，得出誤差允許范圍內(nèi)套管的內(nèi)腐蝕平均速率和外腐蝕平均速率，以保證腐蝕速率的準(zhǔn)確性； (4)利用上述腐蝕速率的預(yù)測值，建立腐蝕套管-水泥環(huán)和地層的有限元模型； (5)根據(jù)套管的實(shí)際受力情況，在有限元模型上施加相應(yīng)的邊界條件和外載，并考慮地層的主應(yīng)力和地層溫度的影響； (6)利用單元生死技術(shù)模擬套管發(fā)生腐蝕的過程，以確定套管在15(T400°C和5-80MPa壓力內(nèi)發(fā)生失效時(shí)的臨界失效壁厚； (7)根據(jù)套管發(fā)生腐蝕失效的臨界失效壁厚，建立如下套管剩余壽命預(yù)測模型，并應(yīng)用近似解析法分別計(jì)算均勻腐蝕和局部腐蝕及點(diǎn)蝕情況下套管的剩余壽命

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測高溫高壓井腐蝕套管剩余壽命的方法，其特征在于，所述的運(yùn)用灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法預(yù)測套管腐蝕速率的步驟如下: (1)用原始數(shù)據(jù)組成時(shí)間序列建立GM(1，1)模型； (2)用建立的GM(1，I)模型進(jìn)行預(yù)測，得到一系列原始數(shù)據(jù)的預(yù)測值； (3)利用Matlab軟件進(jìn)行編程，建立灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型； (4)對網(wǎng)絡(luò)的初始連接權(quán)值和閥值進(jìn)行設(shè)定，將GM(1，I)模型預(yù)測得到的一系列預(yù)測值作為網(wǎng)絡(luò)的輸入，將實(shí)際測量值作為網(wǎng)絡(luò)的輸出，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多次訓(xùn)練，得到一系列調(diào)整后的連接權(quán)值和閥值； (5)用GM(1，1)模型的預(yù)測值作為灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的輸入，進(jìn)行訓(xùn)練，將處于誤差要求范圍內(nèi)的輸出作為灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的結(jié)果。
【文檔編號】G06F17/50GK103455682SQ201310414099
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】祝效華, 孫濡青, 童華 申請人:西南石油大學(xué)