(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210877998.8 (22)申请日 2022.07.25 (71)申请人 川南航天能源科技有限公司 地址 646605 四川省 泸州市龙马 潭区高坝 航天路0102 20号 (72)发明人 官建宇　朱舰桥　阮林峰　邓颖　 张庆霖　 (74)专利代理 机构 成都天嘉专利事务所(普通 合伙) 5121 1 专利代理师 毛光军 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 模拟地层条件下射 孔完井的仿真方法 (57)摘要 本发明公开了一种模拟地层条件下射孔完 井的仿真方法， 根据材料本构方程参数灵敏度分 析结果和材料实验结果对材料本构方程参数进 行随机建模 得到参数概率模型， 对参数概率模型 采样获得随机参数， 并搭建基础有限元模型， 对 基础有限元模型的网格无关性分析确定有 限元 模型的最优网格参数， 对有限元模 型的模型参数 进行灵敏度分析， 并对有限元模 型中的模型参数 进行正交试验分析， 根据灵敏度分析结果与正交 试验分析结果确定最优参数； 根据确定的最优参 数建立模拟地层条件的射孔完井有 限元仿真模 型， 并进行仿真分析。 本发明可 以更精确的模拟 地层条件下的真实状况， 可以对真实地层条件下 射孔完井效果评估提供高精度结果， 为射孔完井 方案制定提供支持。 权利要求书2页 说明书7页 附图6页 CN 115310319 A 2022.11.08 CN 115310319 A 1.一种模拟地层条件下射孔完井的仿真方法， 其特征在于： 根据材料本构方程参数灵 敏度分析结果和材料实验结果对材料本构方程参数进 行随机建模得到参数概率模型， 对参 数概率模型采样获得随机参数， 根据随机参数搭建基础有限元仿真模型， 对基础有限元仿 真模型的网格无关性分析确定基础有限元仿真模型的最优网格参数， 以有限元求解结果精 度与计算成本为目标函数对基础有限元仿 真模型的模型参数进行灵敏度分析， 并对基础有 限元仿真模型中的模型参数进 行正交试验分析， 根据灵敏度分析结果与正交试验分析结果 确定最优参数； 根据确定的最优参数建立模拟地层条件的射孔完井基础有限元仿真模型， 并对射孔完井过程进行仿真 分析。 2.根据权利要求1所述的模拟地层条件下射孔完井的仿真方法， 其特征在于： 所述仿真 分析中， 如果结果误差小于5%， 则完成仿真， 如果结果误差大于5%， 则建立结果误差计算与 计算成本代理模型， 以模型误差与计算成本为 目标函数对模型所有参数进行灵敏度分析， 然后以模型误差与计算成本为目标函数对所有参数进 行可靠性优化， 根据灵敏度分析与优 化结果确定最优参数， 根据最优参数 搭建最优基础有限元仿真模型， 然后再进行仿真 分析。 3.根据权利要求1所述的模拟地层条件下射孔完井的仿真方法， 其特征在于： 所述方法 具体包括如下步骤： 步骤一： 取样射孔器材料、 射孔枪材料、 管柱材料， 通过实验获得材料的屈服强度、 应 力‑应变变化数据、 热硬化、 热软化和裂纹参数， 取样地层岩样与水泥环， 测量两者密度和岩 样强度参数， 测量水泥环样不受限抗压强度和抗拉强度； 步骤二： 以模型响应精度与响应时间为目标函数， 对JC本构方程、 RHT本构方程和shock 状态方程的参数进行灵敏度分析， 确定参数对本构方程与状态方程的影响程度； 步骤三： 根据 步骤一实验测得参数， 对JC本构方程、 RHT本构方程与shock状态方程部分 参数进行拟合， 对部分需要求解的参数进行求解获得JC本构方程、 RHT本构方程与shock状 态方程参数； 步骤四： 根据步骤二参数灵敏度分析结果和步骤一实验测得参数， 建立JC本构方程、 RHT本构方程和shock状态方程的概 率模型； 步骤五： 搭建步骤四建立的概率模型， 对概率模型进行采样来获得JC本构方程、 RHT本 构方程与shock状态方程随机参数； 步骤六： 根据步骤一实验测得参数、 步骤三拟合参数和步骤四抽样获得的随机参数搭 建射孔完井的第一轮 基础有限元仿真模型； 步骤七： 对步骤六建立的第一轮基础有限元仿真模型的网格参数进行网格无关性分 析， 根据分析 结果确定第一轮 基础有限元仿真模型的最优网格； 步骤八： 以有限元仿真分析结果精度与计算成本为目标函数， 对第一轮基础有限元模 型的接触 类型、 接触参数、 求 解算法、 求解参数与边界条件进行参数灵敏度分析； 步骤九： 根据步骤七获得的最优 网格和步骤六搭建的第 一轮基础有限元仿真模型搭建 第二轮基础有限元仿 真模型， 对第二轮基础 有限元仿 真模型中接触类型、 接触参数、 求解算 法、 求解参数、 边界条件进 行正交试验分析， 根据步骤八灵敏度分析结果与正交试验分析结 果确定最佳接触 类型、 接触参数、 求 解算法、 求解参数与边界条件； 步骤十： 根据步骤九确定的最佳接触类型、 接触参数、 求解算法、 求解参数、 边界条件和 第二轮基础有限元仿真模型搭建第三轮基础有限元仿真模型， 并利用不同有限元仿 真求解权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115310319 A 2器进行不同参数仿 真正交试验分析， 对比仿真结果与实际井况参数确定最优求解器与最优 仿真参数； 步骤十一： 根据步骤十确定的最优求解器、 最优仿真参数和第三轮基础有限元仿真模 型搭建第四轮 基础有限元仿真模型， 对实际井况 下的射孔完井过程进行仿真 分析。 4.根据权利要求3所述的模拟地层条件下射孔完井的仿真方法， 其特征在于： 所述对实 际井况下的射孔完井过程进行仿真 分析时， 如果 误差大于 5%， 还包括： 步骤十二： 对第四轮基础有限元仿真模型所有参数进行灵敏度分析， 根据灵敏度分析 结果和步骤一实验结果确定第四轮基础有限元仿真模型的可靠性优化参数， 并建立可靠性 优化模型； 步骤十三： 以模型误差与计算成本为目标函数， 进行基于可靠性的参数优化， 根据步骤 十二灵敏度分析 结果确定最优参数； 步骤十四： 根据步骤十三确定的最优参数搭建最优有限元模型， 然后对实 际井况下的 射孔完井过程进行仿真 分析。 5.根据权利要求3或4所述的模拟地层条件下射孔完井的仿真方法， 其特征在于： 所述 步骤四中， 根据步骤二对JC本构方程、 RHT本构方程和shock状态方程参数灵敏度分析结果， 选取其中对模型影响度前三位的参数， 根据步骤一实验测得参数确定选取参数的随机 分布 类型， 建立JC 本构方程、 RHT本构方程和shock状态方程的概 率模型。 6.根据权利要求3或4所述的模拟地层条件下射孔完井的仿真方法， 其特征在于： 所述 步骤六中， 射孔器装药、 药型罩与地层 采用离散单元法建模， 射孔枪、 管柱、 弹壳采用拉格朗 日法建模。 7.根据权利要求3或4所述的模拟地层条件下射孔完井的仿真方法， 其特征在于： 所述 步骤七中， 对第一轮基础 有限元仿 真模型的网格尺寸、 网格类型、 网格 分布与网格参数进 行 网格无关性分析， 根据分析结果确定第一轮基础有限元模型的最优网格参数、 网格尺寸、 网 格类型与网格分布。 8.根据权利要求3或4所述的模拟地层条件下射孔完井的仿真方法， 其特征在于： 所述 步骤九中， 对第二轮基础 有限元仿 真模型中接触类型、 接触参数、 求解算法、 求解参数、 边界 条件进行正交试验分析， 根据步骤八灵敏度分析结果与正交试验分析结果确定最优接触类 型、 接触参数、 求 解算法、 求解参数与边界条件。 9.根据权利要求3或4所述的模拟地层条件下射孔完井的仿真方法， 其特征在于： 所述 步骤十中， 利用不同有限元仿真求解器进行不同参数仿真正交试验分析， 对比仿真结果与 实际井况参数确定最优求 解器与最优仿真参数。 10.根据权利要求4所述的模拟地层条件下射孔完井的仿真方法， 其特征在于： 所述步 骤十二中， 采用响应面法搭建模型误差计算与计算成本代理模型， 以模型误差与计算成本 为目标函数， 采用Sobol灵敏度分析方法对第四轮基础有限元仿真模型所有参数进行灵敏 度分析； 采用多 项式混沌建立可靠性优化模型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115310319 A 3