专利摘要

一种海上测试管柱最优产量的确认方法，其特征在于：所述的海上测试管柱最优产 量的确认方法包含如下步骤： 一、海上测试管柱井筒温压场模型的建立： 为了精确的对测试管柱进行力学分析，需要考虑整个管柱井筒及环空温度和压力的相 互作用，对测试作业的井筒温度场、环空测试液压力场和测试管柱内部测试气体压力场进 行准确的描述，其中井筒温度场的建立需要结合传热规律建立；基于此，本申请针对测试作 业的热传递过程的三种基本形式，忽略对测试管柱温度影响较小的热辐射的影响，考虑热 传递和热对流对测试作业井筒温度场的影响；对于测试产量一定，稳定流动状态下的测试 管柱的井筒温度场，建模前作如下假设：忽略测试管柱内部测试气体及环空测试液轴向 热传导，也即只考虑径向上的传热；2.测试作业海域的海水温度场是连续的；3.测试管柱内 部测试气体及环空测试液为一维稳态流动及传热； 基于流体微元的应用热力学状态函数“焓”，结合流体的能量方程对测试管柱内部测试 气体及环空测试液进行分析，对于环空测试液和测试管柱内测试气体而言，以环空段为例， 取长度dhli环空测试液微元段进行分析，环空测试液微元段；应用能量方程列此微元段的平 衡方程，此时有: 式中，ha为单位时间内流入环空测试液微元段的焓，包括内能和压能，J/s；ma为环空测 试液微元段的质量流量，kg/s；va为环空测试液流速，m/s；Qia为单位时间内，测试管柱内测 试气体微元段传递给环空段的热量，J/s；Qas为单位时间内环空测试液微元段传递给海水段 的热量，J/s；θ为环空测试液微元段中心轴线与z轴间的夹角；hli为环空测试液微元段长度， m；ha(hli)为单位时间内流入环空测试液微元段的焓与环空测试液微元段长度的关系函数； 2 g为重力加速度，m/s； 在一维分析条件下，认为井筒内流体的能量状态“焓”只沿Z轴变化，同时忽略二阶小量 的影响，式(1)改写成： 根据热力学“焓”状态方程函数，对于组成成分不变的流体，考虑温度和压力影响时的 全微分关系，对于单位质量的环空测试液，其焓dha与温度Tem，压力P之间的表达为: 式中，Cf为环空测试液的平均比定热容，J/(kg·K)，其含义是温度不变的情况下，焓随 压力的变化率；dha(Tem,P)为单位质量的环空测试液，其焓与温度Tem，压力P之间的关系； 根据热力学定律，对于“焓”的变化转化为单因素温度或压力的独立影响方程，在等 “焓”变化过程中，对于单位质量的环空测试液，其实际测试气体的焓ha与温度Tem、压强P的 关系表达式为： 式中，CJ为环空测试液的焦耳‑汤姆逊系数，即焦汤系数，表示在焓ha不变情况下，实际 测试气体温度Tem随压强P的变化率； 将式(3)代入(4)，单位质量环空测试液的焓与温度、压力间的微分方程表示为： dha＝CfdTem‑CfCJdP (5) 考虑环空测试液的质量，应用式(5)，环空测试液能量的平衡方程式(2)改写为： 即 式 中，Ca为环空测试液的平均比定热容，J/(kg·K)；CJ为环空测试液的焦汤系数； 将 代入式(7)可得： 令 上式为： 式中， R0为隔水管外径，m；r0为测试管柱外径，m；Ua为环空 2 测试液与海水段的总传热系数，W/m ℃；Ui为测试管柱内测试气体与环空间的总传热系数， 2 W/m℃；Ta为环空测试液温度，℃；Ti为测试管柱内测试气体的温度，℃；Tsea为海水温度，℃； 同理，对于测试管柱内测试气体的温度: 式中，mi为单位时间流经单位长度测试管柱内测试气体的质量，kg；Ci为测试管柱内测 试气体的平均比定热容，J/(kg·K)；CJi为测试管柱内测试气体的焦汤系数；vi为流动状态 下的测试气体流速，m/s；Pi为测试管柱内测试气体的压力，MPa； ①.环空测试液压力场 对于测试过程中环空测试液的压力，由于其主要成分为测试液，忽略压力对液体性能 的影响，海水段测试管柱的环空压力主要与环空测试液密度、深度以及井口环空压力相关， 在简化计算条件的基础上，环空测试液的压力按下式计算： Ph＝ρfog(L‑hli)+P0 (11) 3 式中，Ph为环空压力，MPa；P0为井口压力，MPa；ρfo为环空测试液密度，kg/m ；L为环空测 试液长度，m； ②.测试管柱内部测试气体压力场 在测试过程中，对于不同油嘴对应不同产量下的测试气体测试，认为测试的测试气体 为稳定流动，建立测试管柱内测试气体稳定流动的微元，忽略测试管柱内部截面的变化，通 过方程推导，测试管柱内部测试气体的运动方程为： 式中，vi为流动状态下的测试气体流速，m/s；λ为Moody摩阻系数，无因次；ri为测试管柱 3 内径，m；ρfi为测试气体密度，kg/m； 测试气体流速表示为： 令 C2＝3484.48γg， 代入式(12)，得 3 式中γg为测试气体相对密度，无因次；qsc为测试气体密度，kg/m ；Cys为测试气体的压 缩因子，无因次；Ti为测试气体的温度，K； 若要计算整个井筒的压力分布，只需将井筒等分为若干微元段； 在每一微元段内对(13)式进行积分，即可得到每一段出口处测试气体压力计算公式： 式中，pout为每一微元段出口处压力，MPa；Pin为每一微元段入口处压力，MPa； Δhli为每一微元段长度，m； 对于申请测试管柱温压场的计算，以泥线RCM处的温度压力、海水温压分布、环空压力 分布为基础，通过将测试井筒分段处理，自泥线至井口逐段计算各段的温压分布，从而形成 井筒的温压场分布，最后即可计算整个井筒的温压分布，如此即可得到井筒温压场的模型； 二、海上测试管柱横向振动模型的建立； 为了能有效的建立海上测试管柱横向振动模型并进行求解，对测试管柱的结构及其运 动作一些必要的基本假设：假设测试管柱微元段的变形量及其变形角均为小量；2.在海 水段，不考虑隔水管对测试管柱刚度的影响；3.静力学分析，假设测试管柱与隔水管接触点 不变、接触力稳定； 在测试过程中，假设测试管柱与隔水管同心对中、测试管柱在外部环境及测试产量过 程中管柱的弯曲为稳态时，t为时间，取长度为dz的测试管柱微元段，测试管柱微元段中点 的倾角为 测试管柱微元段端面的力包括轴向力T、弯矩M、和剪力N，以及测试管柱微元 段中心为原点，内外流体及隔水管对测试管柱微元段的横向作用合力为Fx、轴向作用的合 力为Fz，测试管柱微元段浮重为Wedz，测试管柱单位长度浮重为We； 以测试管柱微元段中心为原点，建立海上测试管柱微元段在水平方向上的平衡方程∑ Fx＝0，即： 式中，z为测试管柱微元段长度，m；x为测试管柱横向振动位移，m； 分析时，假定测试管柱微元段的变形为小变形，同时忽略二阶小量，即认为： 结合材料力学中，曲率与弯矩间的关系： 即： 2 4 式中：E为弹性杨氏模量，N/m ；I为测试管柱微元段截面惯性矩，m ；ρ为弯曲段曲率半 径，m； 将式(16)～(19)代入式(15)，可得： 即： 结合材料力学相关理论，根据剪力与弯矩的关系，可知： 将式(22)代入式(19)、(20)可得： 当只考虑测试管柱微元段的惯性力，静力学模型忽略了测试管柱内部流体的惯性力及 牵连速度、科氏加速度产生的惯性力时，式(23)写成： 式中：Fx(z，t)为内外流体及隔水管对测试管柱微元段的横向作用合力与时间和测试管 柱微元段长度之间的关系，N； 若Fx(z，t)考虑波载、浪载和海流载荷对测试管柱微元段的作用力，式(24)即与当前海 上立管准静态下的水平方向力学方程一致； 对于测试管柱而言，测试管柱上端与平台的大钩相连，下端与井口头连接，其下端边界 条件表示为： x|z＝0＝0(25) 上端的边界条件为： x|z＝h＝s(27) 式中:h为最大水深，m；s为测试管柱最大位移偏移量，m； 应用达朗贝尔原理，在考虑测试管柱微元段及其内部流体的惯性力时，横向静力学模 型为： 式中，mft为内部测试气体单位时间单位长度的质量流速，kg/s；T(z)为测试管柱微元段 的轴向力函数；mst为测试管柱微元段的单位长度重量，kg/m，mst＝ρst(Ao‑Ai)；ρst为测试管 3 柱密度，kg/m； 2 2 Ao为测试管柱微元段外径面积，m；Ai为测试管柱微元段内径面积，m； 三、测试管柱横向振动模型求解： 假设测试管柱与隔水管完全对中，仅对测试管柱上下的边界条件进行考虑时，计算测 试管柱的主振型时，将测试管柱的两端约束简化成铰支处理，对测试管柱微元段横向振动 方程取齐次情况下的方程，即： 结合高等数学对高阶齐次线性方程的基本求解，假设测试管柱微元段横向振动位移的 响应函数为x(z，t)，分离测试管柱微元段横向振动位移相关变量，表示为： 式中：X(z)为测试管柱微元段横向振动位移函数；T(t)为测试管柱微元段横向振动时 间函数；ω为圆频率； 为初相； 将式(31)代入式(29)，同时等式两侧除以 可得： 式中，X为测试管柱微元段横向振动位移，m；此时，令 式(32)改写成： 结合高等数学相关理论，上式的通解为： X(z)＝Fsinλ1z+Gcosλ1z+Hslλ2z+Ichλ2z (34) 式中， F、G、H、I为方程中的系数； 由上式求得： 两端边界条件，z＝0，X(0)＝0， Z＝L，，X(L)＝0， 将两端界条件代入 式(34)，可知： 通过对式(36)求解，可得： 此时，求得测试管柱微元段横向振动的主振型为： 对于测试管柱横向振动各阶振幅的求解： 基于傅里叶级数展开原理，对于海上测试管柱微元段横向振动位移x(z，t)由不同振幅 和频率的无穷多个正弦波的形式进行叠加，同时对于周期性的横向振动，不考虑相位差，x (z，t)表示为： 式中，测试管柱微元段各阶振幅，对于不考虑流固耦合的作用时，测试管柱的振动源主 要来源于隔水管对测试管柱的作用力，结合机械振动相关理论，测试管柱横向振动频率等 于隔水管的扰动频率，即隔水管横向振动的圆频率，式(39)中ω的表达为： 式中，Tr为隔水管横向振动的频率； 不考虑流固耦合时测试管柱微元段的通式x(z，t)的确定，首先要确定Fn的具体值；通过 能量函数的阶： 在周期时间的横向振动： 同理对于外载作用力2Fo(z，t)中的常数项，在一个周期0～τ内，其积分也为0；因此，在 计算测试管柱微元段各阶固有振幅Fn时，假设测试管柱微元段横向外载分布的Fo(z，t)非常 数项为 即Fo(z，t)x(z，t)有效积分项为 根据式(43)，同时 考虑到测试管柱微元段振动的衰减及振动能量的损失大部分在前几阶，因此计算时考虑前 六阶的振型的影响，对上式进行求解，求解方程为： 通过上式即可求得关于Fn的线性方程组，将相关结果代入方程即可，求得测试管柱微元 段各阶振幅Fn的值，通过求解Fn的值，即可获得测试管柱微元段的横向振动的动力响应方 程； 四、模拟仿真计算； 基于步骤一、二、三得出的测试管柱温压场和测试管柱横向振动模型；利用数值求解方 法进行求解，因此采用Matlab编程进行求解；模拟仿真步骤如下： ①、进入“Matlab”软件，新建一个编辑器窗口，定义变量，变量有环空测试液粘度、环空 测试液热传递系数、环空测试液密度、环空测试液导热系数、环空测试液的平均比定热容、 环空测试液与隔水管换热系数、环空测试液的焦汤系数、海水比热、油管与环空测试液换热 系数、油管导热系数、管内测试气体与油管换热系数、测试气体的平均比定热容、隔水管导 热系数、隔水管与海水换热系数、测试管柱内测试气体平均的焦汤系数、海水导热系数、测 试管柱外径、内径、弹性模量、惯性矩、线重、浮重、海水段平均压力、海水段平均温度、管内 流体天然气的相对密度、对比压力系数、对比温度系数、压缩因子、测试管柱平均密度、流 速、横向作用力分布系数、水深、悬挂力、隔水管外径、隔水管内径、防喷器外径和轴向力； ②、进行公式编辑，将步骤一、二、三得出的测试管柱横向振动的主振型计算公式和各 阶振幅的计算公式在编辑器窗口进行编入； ③、代入某实测井的产量数据，对变量进行赋值，根据编入公式对未知变量振幅、振型 和温压场进行计算，在工作区即可得到计算结果； 五、测试管柱最优测试产量的确认： 首先在待确认测试管柱的产量范围内根据现场工况和现场测试作业条件选取多个不 同产量值；随后计算不同产量值对应的视临界压力与视临界温度，在此基础上结合相关施 工参数，计算测试产量范围内具体不同产量值对应的测试管柱横向振动的振型和前六阶振 幅值； 计算出不同测试产量情况下的测试管柱前六阶振幅值和振型后，判断测试管柱在不同 测试产量下的最大横向振动位移，然后根据测试管柱在不同测试产量下的最大横向振动位 移；最后选出最接近且不大于测试管柱与隔水管的最小环空距离的横向振动位移，测试管 柱与隔水管的最小环空距离为隔水管内径减去防喷器外径的二分之一，该横向振动位移下 的测试产量是测试管柱的最优测试产量。

一种海上测试管柱最优产量的确认方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。