一種隔水管作業(yè)窗口的快速計算方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種隔水管作業(yè)窗口的快速計算方法，其包括以下步驟：1)對于每一種海流流速，計算平臺偏移為0時的作業(yè)參數(shù)，判斷其是否滿足連接鉆井模式的作業(yè)限制；2)當兩個臨界點位于平臺偏移零線的兩側(cè)時，采用非線性搜索方法對兩個臨界點進行搜索；3)當兩個臨界點位于平臺偏移零線同一側(cè)時，以上一個海流工況的兩個臨界點基礎(chǔ)上計算其臨界點；4)連接所有海流工況下的臨界點，繪制隔水管作業(yè)窗口。本發(fā)明極大的減少了獲得作業(yè)窗口所需的計算次數(shù)，可大量減少分析時間，保證現(xiàn)場分析實時性的需要，可以廣泛應(yīng)用于深水鉆完井的隔水管安全性分析，專業(yè)公司承接的隔水管研究技術(shù)服務(wù)以及隔水管生產(chǎn)廠商對其產(chǎn)品的性能分析相關(guān)領(lǐng)域。
【專利說明】一種隔水管作業(yè)窗口的快速計算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種隔水管作業(yè)窗口的計算方法，特別是關(guān)于一種基于非線性搜索的隔水管作業(yè)窗口的快速計算方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在海洋石油領(lǐng)域，隔水管是連接海底井口與海面作業(yè)平臺(以下簡稱平臺)的咽喉要道，其提供海底井口與平臺之間的閉環(huán)連接，直接面對海洋波流的環(huán)境條件。隨著海洋鉆井向深水和超深水發(fā)展，隔水管受到多方面的復(fù)雜載荷作用，這些載荷包括:風、海流、平臺升沉運動、海浪等，從而使隔水管處于復(fù)雜高載荷工況條件下，極大限制了隔水管的作業(yè)條件。隔水管的作業(yè)窗口有時也被稱為作業(yè)包絡(luò)線，是指作業(yè)中為了保證隔水管系統(tǒng)強度以及作業(yè)功能而設(shè)定的，不同作業(yè)環(huán)境條件下隔水管系統(tǒng)的作業(yè)可行性圖表。作業(yè)窗口給出了不同海流工況下平臺的許可偏移，是用戶的鉆井作業(yè)決策的重要參考。作業(yè)窗口計算的過程也就是不同海流工況下，作業(yè)區(qū)域和非作業(yè)區(qū)域臨界工況點(以下簡稱臨界點)計算的過程。國外專業(yè)公司通常采用線性搜索算法和插值算法來計算隔水管的作業(yè)窗口。
[0003]線性搜索算法:線性搜索也叫順序搜索，其是按一定的順序檢查目標中每一個元素，直到搜索到所需要的值為止。采用線性搜索方法進行臨界點搜索的思路很簡單，首先按不同的表面海流流速和平臺偏移劃分海流工況，然后按次序?qū)γ總€海流工況分別進行分析，將分析結(jié)果與確定作業(yè)窗口的作業(yè)限制值進行比較以確定其所屬的區(qū)域，若前后兩次計算結(jié)果分別屬于作業(yè)區(qū)域和非作業(yè)區(qū)域，則取其平臺偏移的均值作為所分析海流工況下的臨界點。按所有海流工況搜索臨界點，直到得到完整的作業(yè)窗口。線性搜索算法的優(yōu)點是算法簡單，容易實現(xiàn)。缺點是遠離臨界點的工況計算次數(shù)過多，因而求解效率不高。插值算法:插值算法是一種近似算法，先通過幾次初始計算得到隔水管的響應(yīng)參數(shù)與鉆井平臺偏移的大致關(guān)系，然后用作業(yè)參數(shù)的限制值進行插值得到作業(yè)限制值下平臺偏移的近似值。插值算法的優(yōu)點是計算的工況少，因而求解效率高，缺點是近似的方法使得結(jié)果會存在一定的偏差，其可以通過設(shè)置初始計算的工況數(shù)目使偏差降到可以接受的范圍之內(nèi)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種快速得到各種海流工況下，作業(yè)區(qū)域和非作業(yè)區(qū)域臨界點的隔水管作業(yè)窗口的快速計算方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種隔水管作業(yè)窗口的快速計算方法，其包括以下步驟:1)對于每一種海流流速，計算平臺偏移為O時的作業(yè)參數(shù)，判斷該作業(yè)參數(shù)是否滿足連接鉆井模式的作業(yè)限制:若平臺偏移為O的作業(yè)參數(shù)滿足作業(yè)限制，說明平臺在正向偏移和逆向偏移方向各有一個臨界點，此時進入步驟2);若平臺偏移為O的作業(yè)參數(shù)不滿足作業(yè)限制，說明兩個臨界點位于平臺偏移零線的同一側(cè)或者不存在，此時進入步驟3) ；2)當兩個臨界點位于平臺偏移零線的兩側(cè)時，采用非線性搜索方法對兩個臨界點進行搜索，得到該海流工況下的臨界點；3)當兩個臨界點位于平臺偏移零線同一側(cè)時，采用以下步驟進行搜索:①以上一個海流工況計算得到的兩個臨界點作為試探區(qū)間的端點，以收斂容差值為截距等距離設(shè)置試探點；②對于每一個試探點，計算其作業(yè)參數(shù)并判斷其是否滿足作業(yè)限制:若存在相鄰的兩個試探點一個滿足作業(yè)限制，一個不滿足作業(yè)限制，則取兩個試探點的中點偏移作為該海流流速下的臨界點值；若不存在相鄰的兩個試探點一個滿足作業(yè)限制，一個不滿足作業(yè)限制的情況，則說明該海流工況下臨界點不存在，搜索終止，作業(yè)窗口計算結(jié)束；4)連接步驟2)和步驟3)中得到的所有海流工況下的臨界點，繪制隔水管作業(yè)窗口，得到不同海流工況下平臺的許可偏移。
[0006]所述步驟2)中，非線性搜索方法包括以下步驟:①搜索平臺正向偏移的臨界點:
[0007]a)預(yù)先設(shè)定進行初始試探的初始區(qū)間為[0，c]，c為預(yù)先在平臺正偏移方向指定的臨界點估計值；
[0008]b)在初始試探區(qū)間[0，c]內(nèi)，選取初始試探點Btl ;以初始區(qū)間長度的某個固定比例，在初始試探區(qū)間內(nèi)選取初始試探點a。；c)判斷初始試探點a。的作業(yè)參數(shù)是否滿足作業(yè)限制，根據(jù)判斷結(jié)果對初始試探區(qū)間進行相應(yīng)的縮小；當初始試探點％的作業(yè)參數(shù)不滿足作業(yè)限制時，試探區(qū)間的右端點值變?yōu)椋ィ蠖它c值不變，試探區(qū)間縮小為[0，a0];當初始試探點％的作業(yè)參數(shù)滿足作業(yè)限制時，試探區(qū)間的左端點值變?yōu)椋ィ叶它c值不變，試探區(qū)間縮小為[%，c] ；d)按照固定比例在縮小后的試探區(qū)間內(nèi)再次選取試探點，重復(fù)步驟C)，直到試探區(qū)間的長度小于設(shè)定的收斂容差值；e)將步驟d)中得到的滿足收斂容差值的最終試探區(qū)間的中點數(shù)據(jù)作為該海流流速下正向偏移的臨界點；②采用與搜索平臺正向偏移臨界點相同的方法對平臺偏移逆方向的臨界點進行搜索，最終得到兩個臨界點的位置。
[0009]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明由于采用非線性搜索方法，通過快速逼近臨界點，極大的減少了獲得作業(yè)窗口所需的計算次數(shù)，與國外公司采用的算法相比，可大量減少分析時間，保證現(xiàn)場分析實時性的需要。2、本發(fā)明由于采用固定比例設(shè)定試探點，試探區(qū)間收斂速度快，計算方法簡單。3、本發(fā)明由于搜索臨界值所需時間少，在現(xiàn)場實時分析所允許的時間內(nèi)，可以計算離散間隔更小的海流工況，從而獲得更高的計算精度。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于深水鉆完井的隔水管安全性分析，專業(yè)公司承接的隔水管研究技術(shù)服務(wù)以及隔水管生產(chǎn)廠商對其產(chǎn)品的性能分析相關(guān)領(lǐng)域。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明搜索臨界點示意圖

【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0012]如圖1所不，當海流流速較小時，以平臺偏移零線為中心，平臺在正向偏移和逆向偏移方向各有一個臨界點，如海流流速為V1時對應(yīng)的工況；當海流流速較大時，臨界點分布發(fā)生變化，兩個臨界點可能出現(xiàn)在平臺偏移零線的同一側(cè)，如海流流速為v2、V3對應(yīng)的工況；當海流流速大到一定程度時，作業(yè)區(qū)域消失，臨界點個數(shù)為零，如海流流速大于V3對應(yīng)的工況。本發(fā)明提供一種隔水管作業(yè)窗口的快速計算方法，其具體包括以下步驟:
[0013]I)對于每一種海流流速，計算平臺偏移為O時的作業(yè)參數(shù)，判斷該作業(yè)參數(shù)是否滿足連接鉆井模式的作業(yè)限制，其中作業(yè)限制是根據(jù)相關(guān)標準規(guī)范及作業(yè)者的要求而定；
[0014]若平臺偏移為O的作業(yè)參數(shù)滿足作業(yè)限制，說明平臺在正向偏移和逆向偏移方向各有一個臨界點，此時進入步驟2)；
[0015]若平臺偏移為O的作業(yè)參數(shù)不滿足作業(yè)限制，說明兩個臨界點位于平臺偏移零線的同一側(cè)或者不存在，此時進入步驟3)；
[0016]2)當兩個臨界點位于平臺偏移零線的兩側(cè)時，采用非線性搜索方法對兩個臨界點進行搜索，得到該海流工況下的臨界點；
[0017]具體的，臨界點的搜索包括以下步驟:
[0018]①搜索平臺正向偏移臨界點A:
[0019]a)預(yù)先設(shè)定進行初始試探的初始區(qū)間為[0，c]，c為預(yù)先在平臺正偏移方向指定的臨界點估計值，通常取為水深2% -5%中的某個數(shù)；
[0020]b)在初始試探區(qū)間[0，c]內(nèi)，選取初始試探點aQ ；
[0021]以初始區(qū)間長度的某個固定比例，在初始區(qū)間內(nèi)選取初始試探點％，其中固定比例可以根據(jù)實際需要進行選擇，比如可以選擇0.618，但不限于此，得到％ = c*0.618 ；
[0022]c)判斷初始試探點％的作業(yè)參數(shù)是否滿足作業(yè)限制，根據(jù)判斷結(jié)果對初始試探區(qū)間進行相應(yīng)的縮小:
[0023]當初始試探點％的作業(yè)參數(shù)不滿足作業(yè)限制時，試探區(qū)間的右端點值變?yōu)椋?，左端點值不變，試探區(qū)間縮小為[0，aQ]；
[0024]當初始試探點％的作業(yè)參數(shù)滿足作業(yè)限制時，試探區(qū)間的左端點值變?yōu)椋?，右端點值不變，試探區(qū)間縮小為[%，(:]；
[0025]d)按照固定比例在縮小后的試探區(qū)間內(nèi)選取試探點，重復(fù)步驟c)，直到試探區(qū)間的長度小于設(shè)定的收斂容差值，其值根據(jù)作業(yè)者對分析結(jié)果精度的要求來確定，一般設(shè)定為2?5m ο
[0026]e)步驟d)中得到的滿足收斂容差值的最終試探區(qū)間的中點數(shù)據(jù)作為該海流流速下正向偏移的臨界點A。
[0027]②采用與搜索平臺正向偏移臨界點A相同的方法對平臺偏移逆方向的臨界點B進行搜索，最終得到兩個臨界點的位置。
[0028]3)當兩個臨界點位于平臺偏移零線同一側(cè)時，如圖1中臨界點D、E，采用以下步驟進行搜索:
[0029]①以上一個海流流速計算得到的兩個臨界點作為試探區(qū)間的端點，以收斂容差為截距等距離設(shè)置試探點；
[0030]②對于每一個試探點，計算其作業(yè)參數(shù)并判斷其是否滿足作業(yè)限制:
[0031]若存在相鄰的兩個試探點一個滿足作業(yè)限制，一個不滿足作業(yè)限制，則取兩個試探點的中點偏移作為該流速下的臨界點值；
[0032]若不存在相鄰的兩個試探點一個滿足作業(yè)限制，一個不滿足作業(yè)限制的情況，則說明該海流工況下臨界點不存在，搜索終止，作業(yè)窗口計算結(jié)束。
[0033]4)連接步驟2)和步驟3)中計算得到的所有海流工況下的臨界點，繪制隔水管作業(yè)窗口，得到各海流工況下平臺的許可偏移。
[0034]上述實施例僅用于說明本發(fā)明，其中初始計算區(qū)間的范圍、初始計算點的取值以及計算點在區(qū)間的比例位置是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進行的等同變換和改進，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護范圍之外。
【權(quán)利要求】
1.一種隔水管作業(yè)窗口的快速計算方法，其包括以下步驟: 1)對于每一種海流流速，計算平臺偏移為O時的作業(yè)參數(shù)，判斷該作業(yè)參數(shù)是否滿足連接鉆井模式的作業(yè)限制: 若平臺偏移為O的作業(yè)參數(shù)滿足作業(yè)限制，說明平臺在正向偏移和逆向偏移方向各有一個臨界點，此時進入步驟2)； 若平臺偏移為O的作業(yè)參數(shù)不滿足作業(yè)限制，說明兩個臨界點位于平臺偏移零線的同一側(cè)或者不存在，此時進入步驟3)； 2)當兩個臨界點位于平臺偏移零線的兩側(cè)時，采用非線性搜索方法對兩個臨界點進行搜索，得到該海流工況下的臨界點； 3)當兩個臨界點位于平臺偏移零線同一側(cè)時，采用以下步驟進行搜索: ①以上一個海流工況計算得到的兩個臨界點作為試探區(qū)間的端點，以收斂容差值為截距等距離設(shè)置試探點； ②對于每一個試探點，計算其作業(yè)參數(shù)并判斷其是否滿足作業(yè)限制: 若存在相鄰的兩個試探點一個滿足作業(yè)限制，一個不滿足作業(yè)限制，則取兩個試探點的中點偏移作為該流速下的臨界點值； 若不存在相鄰的兩個試探點一個滿足作業(yè)限制，一個不滿足作業(yè)限制的情況，則說明該海流工況下臨界點不存在，搜索終止，作業(yè)窗口計算結(jié)束； 4)連接步驟2)和步驟3)中得到的所有海流工況下的臨界點，繪制隔水管作業(yè)窗口，得到不同海流工況下平臺的許可偏移。
2.如權(quán)利要求1所述的一種隔水管作業(yè)窗口的快速計算方法，其特征在于:所述步驟2)中，非線性搜索方法包括以下步驟: ①搜索平臺正向偏移的臨界點: a)預(yù)先設(shè)定進行初始試探的初始區(qū)間為[O，c]，c為預(yù)先在平臺正偏移方向指定的臨界點估計值； b)在初始試探區(qū)間[O，c]內(nèi)，選取初始試探點a。； 以初始區(qū)間長度的某個固定比例，在初始試探區(qū)間內(nèi)選取初始試探點％ ； c)判斷初始試探點％的作業(yè)參數(shù)是否滿足作業(yè)限制，根據(jù)判斷結(jié)果對初始試探區(qū)間進行相應(yīng)的縮?。? 當初始試探點％的作業(yè)參數(shù)不滿足作業(yè)限制時，試探區(qū)間的右端點值變?yōu)椋?，左端點值不變，試探區(qū)間縮小為[O，a。]； 當初始試探點％的作業(yè)參數(shù)滿足作業(yè)限制時，試探區(qū)間的左端點值變?yōu)椋?，右端點值不變，試探區(qū)間縮小為[%，(:]； d)按照固定比例在縮小后的試探區(qū)間內(nèi)選取試探點，重復(fù)步驟c)，直到試探區(qū)間的長度小于設(shè)定的收斂容差值； e)步驟d)中得到的滿足收斂容差值的最終試探區(qū)間的中點數(shù)據(jù)作為該海流流速下正向偏移的臨界點； ②采用與搜索平臺正向偏移臨界點相同的方法對平臺偏移逆方向的臨界點進行搜索，最終得到兩個臨界點的位置。
【文檔編號】G06F19/00GK104268400SQ201410498023
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】王榮耀, 許亮斌, 盛磊祥 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油研究總院