【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于修井作業，特別涉及一種共振破壞套管-水泥環膠結面的參數測量方法和系統。
技術介紹
1、在修井作業過程中，為了起出下入的套管，需要破壞套管與套管外水泥環的膠結，甚至破碎水泥環。現有的水泥環破碎技術中，一般采用如下方法：(1)套管內下入特殊工具，工具膨脹后通過擠壓套管向水泥環傳遞膨脹載荷，從而破壞膠結結構；(2)套管中下入振動工具，通過套管向水泥環施加振動載荷，從而破壞膠結結構。方法(1)很容易造成套管變形乃至擠毀，從而使套管難以起出；方法(2)的振動參數特別是共振參數難以獲取，很難達成套管共振，水泥環破碎效果一般。也就是說，上述方法并未確定套管的多階固有頻率，因此很可能難以激發套管協同振動，向水泥環的振動載荷傳遞不明顯。
2、此外，在實際作業過程中，套管外層水泥環在固井階段與套管緊密貼合，套管振動受限，因此僅考慮套管的共振是比較不充分的。需要將套管與水泥環看成一個整體，通過測算整體的多階固有頻率(共振頻率)，為共振激振器提供數據支撐。
技術實現思路
1、針對上述問題，本專利技術采用的技術方案如下：一種共振破壞套管-水泥環膠結面的參數測量方法，所述方法包括以下步驟：
2、分別獲取套管系統和套管-水泥環系統的多階固有頻率、共振激勵點的位置和施加的激勵加速度；
3、分別根據套管系統和套管-水泥環系統的多階固有頻率、共振激勵點的位置和施加的激勵加速度，對套管系統和套管-水泥環系統進行共振加載；
4、評價共振加載效果，判斷是否在膠結
5、輸出套管-水泥環系統的共振參數。
6、進一步地，獲取套管系統的多階固有頻率、激勵點的位置和激勵加速度包括：
7、根據套管的鋼級、長度、內直徑和外直徑建立套管有限元模型，通過有限元模態分析方法，根據有限元計算獲取套管系統的多階固有頻率、共振激勵點的位置和施加的激勵加速度；
8、以有限元計算獲取的套管系統的多階固有頻率進行參數設置，通過試驗法測定套管系統的多階固有頻率；
9、將試驗法測定的套管系統的多階固有頻率，再次輸入有限元仿真軟件，校準有限元計算獲取的共振激勵點的位置和施加的激勵加速度，從而獲取套管系統的精確的共振激勵點的位置和施加的激勵加速度。
10、進一步地，獲取套管-水泥環系統的多階固有頻率、激勵點的位置和激勵加速度包括：
11、根據水泥環壁厚、套管-水泥環系統的內直徑和外直徑，建立套管串-水泥環有限元模型，通過有限元模態分析方法，根據有限元計算獲取套管-水泥環系統的多階固有頻率、共振激勵點的位置和施加的激勵加速度；
12、以有限元計算獲取的套管-水泥環系統的多階固有頻率進行參數設置，通過試驗法測定套管-水泥環系統的多階固有頻率；
13、將試驗法測定的套管-水泥環系統的多階固有頻率，再次輸入有限元仿真軟件，校準有限元計算獲取的共振激勵點的位置和施加的激勵加速度，從而獲取套管-水泥環系統的精確的共振激勵點的位置和施加的激勵加速度。
14、進一步地，所述根據套管系統的多階固有頻率、共振激勵點的位置和施加的激勵加速度，對套管系統進行共振加載包括：
15、根據套管系統的多階固有頻率、共振激勵點的位置和施加的激勵加速度，確定激振點在套管系統中套管內壁處的不同激振點位置，單獨加載或同時加載多個激振點位置，激發套管系統共振；當共振循環到指定循環周次后，停止加載。
16、進一步地，加載條件設置為：加載加速度與套管系統的施加的激勵加速度相同，并在0.5～10g范圍內自由調節；激振頻率與套管系統或套管-水泥環系統的多階固有頻率相同，并在1～3階范圍內自由調節；共振時間根據循環周次指定，并在104～105循環周次范圍內自由調節。
17、進一步地，所述根據套管-水泥環系統的多階固有頻率、共振激勵點的位置和施加的激勵加速度，對套管-水泥環系統進行共振加載包括：
18、根據套管-水泥環系統的多階固有頻率、共振激勵點的位置和施加的激勵加速度，確定激振點在套管-水泥環系統中套管內壁處的不同激振點位置，以及水泥環端部和外壁對應位置，對多個激振點位置同時進行加載，激發套管-水泥環系統共振；當共振循環到指定循環周次后，停止加載。
19、進一步地，加載條件設置為：加載加速度與套管-水泥環系統的施加的激勵加速度相同，并在0.5～10g范圍內自由調節；激振頻率與套管-水泥環系統的多階固有頻率相同，并在1～3階范圍內自由調節；共振時間根據循環周次指定，并在104～105循環周次范圍內自由調節。
20、進一步地，所述評價共振加載效果，判斷是否在膠結面出現套管-水泥環系統的界面分離：
21、檢測套管-水泥環系統膠結面的完整性，判斷是否在膠結面出現套管-水泥環系統的界面分離；
22、若出現界面分離，則拔出套管并記錄拔出時的載荷；
23、若未出現界面分離，則對套管-水泥環系統和套管系統繼續進行共振加載。
24、進一步地，所述輸出套管-水泥環系統的共振參數包括：
25、輸出套管拔出載荷以及套管串-水泥環系統的最佳激振點位置、最佳激勵加速度、最佳激振頻率和最佳循環周次。
26、另外，本專利技術還提出了一種共振破壞套管-水泥環膠結面的參數測量系統，所述系統包括獲取模塊、共振加載模塊、評價模塊以及輸出模塊；其中，
27、獲取模塊用于分別獲取套管系統和套管-水泥環系統的多階固有頻率、共振激勵點的位置和施加的激勵加速度；
28、共振加載模塊應用于分別根據套管系統和套管-水泥環系統的多階固有頻率、共振激勵點的位置和施加的激勵加速度，對套管系統和套管-水泥環系統進行共振加載；
29、評價模塊用于評價共振加載效果，判斷是否在膠結面出現套管-水泥環系統的界面分離；
30、輸出模塊用于輸出套管-水泥環系統的共振參數。
31、本專利技術將套管與水泥環作為一個整體系統，以系統為單位進行共振參數的制訂；采用有限元模態分析和激勵錘等測定儀器的綜合測量方法，確定套管-水泥環系統的多階固有頻率、激振點位置和激振加速度；在通過共振加載實現對套管-水泥環膠結面的破壞過程中，并非通過激振設備自身共振產生的振幅敲擊套管內壁，傳遞振動載荷，而是實現套管-水泥環系統的共振。
32、與現有技術相比，本專利技術提出的方法能夠在實際修井作業中實現套管-水泥環系統的有效共振，并實現共振激振后對水泥環破壞程度的實際效果的可靠評估，制定能夠直接用于實際現場修井作業中的共振技術參數，包括輸出套管拔出載荷以及套管串-水泥環系統的最佳激振點位置、最佳激勵加速度、最佳激振頻率和最佳循環周次等。
33、本專利技術的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本專利技術而了解。本專利技術的目的和其他優點可通過在說明書以及附圖來實現和獲得。
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1.一種共振破壞套管-水泥環膠結面的參數測量方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，獲取套管系統的多階固有頻率、激勵點的位置和激勵加速度包括：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，獲取套管-水泥環系統的多階固有頻率、激勵點的位置和激勵加速度包括：
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據套管系統的多階固有頻率、共振激勵點的位置和施加的激勵加速度，對套管系統進行共振加載包括：
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，加載條件設置為：加載加速度與套管系統的施加的激勵加速度相同，并在0.5～10g范圍內自由調節；激振頻率與套管系統或套管-水泥環系統的多階固有頻率相同，并在1～3階范圍內自由調節；共振時間根據循環周次指定，并在104～105循環周次范圍內自由調節。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據套管-水泥環系統的多階固有頻率、共振激勵點的位置和施加的激勵加速度，對套管-水泥環系統進行共振加載包括：根據套管-水泥環系統的多階固有頻率、共振激勵點的位置
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，加載條件設置為：加載加速度與套管-水泥環系統的施加的激勵加速度相同，并在0.5～10g范圍內自由調節；激振頻率與套管-水泥環系統的多階固有頻率相同，并在1～3階范圍內自由調節；共振時間根據循環周次指定，并在104～105循環周次范圍內自由調節。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述評價共振加載效果，判斷是否在膠結面出現套管-水泥環系統的界面分離：
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述輸出套管-水泥環系統的共振參數包括：輸出套管拔出載荷以及套管串-水泥環系統的最佳激振點位置、最佳激勵加速度、最佳激振頻率和最佳循環周次。
10.一種共振破壞套管-水泥環膠結面的參數測量系統，其特征在于，所述系統包括獲取模塊、共振加載模塊、評價模塊以及輸出模塊；其中，
...【技術特征摘要】
1.一種共振破壞套管-水泥環膠結面的參數測量方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，獲取套管系統的多階固有頻率、激勵點的位置和激勵加速度包括：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，獲取套管-水泥環系統的多階固有頻率、激勵點的位置和激勵加速度包括：
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據套管系統的多階固有頻率、共振激勵點的位置和施加的激勵加速度，對套管系統進行共振加載包括：
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，加載條件設置為：加載加速度與套管系統的施加的激勵加速度相同，并在0.5～10g范圍內自由調節；激振頻率與套管系統或套管-水泥環系統的多階固有頻率相同，并在1～3階范圍內自由調節；共振時間根據循環周次指定，并在104～105循環周次范圍內自由調節。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據套管-水泥環系統的多階固有頻率、共振激勵點的位置和施加的激勵加速度，對套管-水泥環系統進行共振加載包括：根據套管-水泥環系統的多階固有頻率、共...
【專利技術屬性】
技術研發人員：黨寧，楊尚諭，韓禮紅，王建軍，李方坡，牟易升，
申請(專利權)人：中國石油天然氣集團有限公司，
類型：發明
國別省市：
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