一种高压油气井套管的矫直工艺智能控制方法与流程

本发明属于油气井套管精密矫直加工，尤其涉及一种高压油气井套管的矫直工艺智能控制方法。

背景技术：

1、高压油气井套管的直线度直接关系到井筒完整性、井下工具通过性和接头密封可靠性，套管在轧制、热处理、运输及存放过程中不可避免地产生弯曲变形，需经矫直处理方可满足api 5ct标准要求；现有套管矫直主要采用多点反弯压力矫直工艺，其矫直质量的核心在于矫直力大小与加载位置的精确控制，但现有控制方法存在明显不足，检测手段落后，依赖人工目测或离线测量，仅能获取表面几何信息而无法感知套管内部应力应变状态；控制模型粗糙，依赖经验公式或离线标定的固定参数，无法适应不同炉批号套管材料的实际屈服强度和硬化特性差异，过矫与欠矫频发；控制目标单一，仅关注直线度而忽略残余应力和截面椭圆度，难以满足高压油气井对套管抗挤毁强度、疲劳寿命和密封性能的综合要求；且缺乏变形阶段的自适应识别能力和多道次矫直路径的自动规划机制，道次参数完全依赖操作经验，导致矫直效率低、质量一致性差，需一种能够实时感知弯曲状态、自适应识别变形阶段、兼顾多质量指标并自动规划矫直路径的套管矫直智能控制方法。

技术实现思路

1、本发明针对油气井套管精密矫直加工技术领域，提出一种设计合理、方法简单、理论性强的一种高压油气井套管的矫直工艺智能控制方法。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、s1、在待矫直套管外表面沿轴向布设多个检测截面，每个检测截面沿周向均匀布设应变片，构成周向应变检测阵列，在矫直设备的各加载压头上安装力传感器；

4、s2、向套管弯曲段凸侧施加递增矫直力，实时同步采集力传感器信号与各应变片信号，以弯曲最显著截面凸侧应变片测得的应变值为特征应变，以对应压头力传感器测得的力值为特征力，在力－应变平面上逐采样点构建实时响应曲线；

5、s3、对所述实时响应曲线进行在线几何曲率提取，在每一采样点处，从响应曲线上向前回溯两个采样间隔互不相等的历史采样点，以该三点所确定的外接圆曲率作为该采样点处的曲率特征值，按采样时序排列形成曲率特征演化序列；

6、s4、根据所述曲率特征演化序列的在线形态实时识别套管变形阶段并切换控制策略，曲率特征值低于检测死区阈值时，判定为弹性阶段，以预设速率递增矫直力，曲率特征值超越检测死区阈值后，判定进入弹塑性过渡阶段，在此阶段内，若曲率特征值处于上升姿态则快速缩减矫直力增量，若曲率特征值处于下降态势则缓慢恢复矫直力增量，当监测到曲率特征值已越过峰值且回落至收敛阈值以下时，判定进入稳态塑性流动阶段，切换为以预设目标塑性应变速率调节矫直力直至特征应变达标；

7、s5、在s2至s4的矫直力加载全过程中，实时计算同一检测截面内周向各应变片读数差异所表征的截面椭圆化程度，并基于截面椭圆化程度与特征力计算塑性失稳预警指标，当该塑性失稳预警指标超越预设安全阈值时，判定套管趋近塑性截面失稳，按超阈值幅度计算动态衰减系数并缩减矫直力设定值，以缩减后的矫直力保压后卸载，当该塑性失稳预警指标始终未超越预设安全阈值时，持续监测直至s4中特征应变达标后自然进入步骤s6；

8、s6、单道次矫直卸载后，由卸载后的最大残余直线度偏差、最大残余应力和最大残余椭圆化率构建综合偏离指数，若所述综合偏离指数满足收敛条件，则矫直完成，若未满足，则下一道次压头轴向位置向残余弯曲曲率峰值位置追随偏移，下一道次矫直力幅值按当前道次矫直力幅值随综合偏离指数和力增量增益系数递增，返回步骤s2。

9、作为优选，所述s3中曲率特征值的计算公式为：

10、，

11、，

12、其中，为当前采样点处的曲率特征值，为历史采样点处，弯曲最显著截面凸侧应变片测得的特征应变，为当前采样点处，弯曲最显著截面凸侧应变片测得的特征应变，为历史采样点处，对应压头力传感器测得的特征力，为当前采样点处，对应压头力传感器测得的特征力，为历史采样点处，对应压头力传感器测得的特征力，为历史采样点处，弯曲最显著截面凸侧应变片测得的特征应变，为力－应变平面上，当前采样点与历史采样点之间的欧氏距离，为力－应变平面上，当前点与历史点之间的欧氏距离，为力－应变平面上，历史采样点与历史采样点之间的欧氏距离，为力－应变平面上，采样点与采样点之间的欧氏距离，为当前采样点处，弯曲最显著截面凸侧应变片测得的特征应变，为当前采样点处，弯曲最显著截面凸侧应变片测得的特征应变，为当前采样点处，对应压头力传感器测得的特征力，为当前采样点处，对应压头力传感器测得的特征力。

13、作为优选，所述s4中上升姿态矫直力增量为：

14、，

15、其中，为当前采样点处的矫直力增量，为弹塑性过渡阶段起始时刻的矫直力增量，为曲率压缩系数，控制曲率对矫直力增量的压缩强度，为当前采样点处的曲率特征值，所述下降态势矫直力增量为：

16、，

17、其中，为当前采样点k处的矫直力增量，为弹塑性过渡阶段起始时刻的矫直力增量，为曲率压缩系数，控制曲率对矫直力增量的压缩强度，为当前采样点处的曲率特征值，为过峰恢复系数，控制越过曲率峰值后矫直力增量的恢复力度，为从弹塑性过渡阶段起点至当前采样点k之间，局部曲率特征值的历史最大值。

18、作为优选，所述s5中截面椭圆化程度的计算公式为：

19、，

20、，

21、其中，为当前采样点k处的截面椭圆化程度，为该检测截面布设的应变片总数，为同一检测截面内应变片的序号索引，为同一检测截面内第个应变片在采样点k处的读数，为第个应变片在该截面周向上的角度坐标，所述塑性失稳预警指标的计算公式为：

22、，

23、，

24、其中，为当前采样点处的塑性失稳预警指标，为当前采样点处的截面椭圆化程度，为历史采样点处，对应压头力传感器测得的特征力，为当前采样点处，对应压头力传感器测得的特征力，为历史采样点处的截面椭圆化程度，为历史采样点处，对应压头力传感器测得的特征力，为当前采样点与历史采样点处在椭圆化－力平面上的欧氏距离，为当前采样点与历史采样点在椭圆化－力平面上的欧氏距离，为历史采样点与历史采样点处在椭圆化－力平面上的欧氏距离，为采样点处的塑性失稳预警指标，为采样点处的塑性失稳预警指标，为当前采样点处，对应压头力传感器测得的特征力，为当前采样点处，对应压头力传感器测得的特征力，所述动态衰减系数的计算公式为：

25、，

26、其中，为当前采样点处的动态衰减系数，为衰减系数下限，即动态衰减系数允许取到的最小值，为衰减压缩系数，为当前采样点处的塑性失稳预警指标，为预设安全阈值，即椭圆化-力曲率特征值允许的上限。

27、作为优选，所述s6中综合偏离指数的计算公式为：

28、，

29、其中，为综合偏离指数，为卸载后套管全长的最大残余直线度偏差，为目标直线度容差，即工艺要求允许的最大直线度偏差，为卸载后套管表面的最大残余应力，为许用残余应力，即不影响套管抗挤毁强度与疲劳寿命的最大允许残余应力，为卸载后各检测截面中最大的残余椭圆化率，即矫直后截面偏离正圆的程度，为许用椭圆化率，即不影响套管接头密封性能的最大允许截面椭圆化程度，所述下一道次压头轴向位置的更新公式为：

30、，

31、其中，为下一道次压头轴向加载位置，为当前道次压头轴向加载位置，为残余弯曲曲率峰值位置的轴向坐标，为位置追随饱和系数，所述下一道次矫直力幅值的更新公式为：

32、，

33、其中，为下一道次矫直力幅值，为道次矫直力幅值，为力增量增益系数，为力递增饱和系数，为当前道次综合偏离指数。

34、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

35、1、在弹塑性过渡阶段，矫直力增量在曲率特征值上升姿态时通过曲率压缩系数快速缩减、在下降态势时通过过峰恢复系数缓慢恢复，使矫直力增量在曲率特征值峰值附近保持最小，实现了矫直力的精确调节。

36、2、本发明以截面椭圆化程度和塑性失稳预警指标实时判定套管是否趋近塑性截面失稳，当塑性失稳预警指标超越预设安全阈值时，按超阈值幅度计算动态衰减系数并缩减矫直力设定值，以缩减后的矫直力保压后卸载，避免套管在趋近塑性截面失稳时继续加载。

37、3、当综合偏离指数未满足收敛条件时，下一道次压头轴向位置向残余弯曲曲率峰值位置追随偏移，下一道次矫直力幅值按当前道次矫直力幅值随综合偏离指数和力增量增益系数递增，实现了下一道次压头轴向位置和下一道次矫直力幅值的自动更新。