[發明專利]一種水平井鉆井液攜巖效率預測方法

有效

• 申請號: 202110555196.0
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113266344B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 王貴;任濤;曹成;任妍君;李方;徐生江;劉可成
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21B21/00;G06F30/20;G06Q50/02
• 代理公司: 重慶嘉禾共聚知識產權代理事務所(普通合伙) 50220
• 代理人: 吳迪

1.一種水平井鉆井液攜巖效率預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.根據目標井的鉆井資料，建立水平井井筒的幾何模型，并根據利用離散元素法以計算流體動力學法建立所述目標井的水平井井筒清潔數值仿真模型；

S2.根據所述目標井的鉆井資料獲得所述目標井的井筒清潔影響參數采用控制變量法，在所述水平井井筒清潔數值仿真模型中進行鉆井液攜巖的動力學模擬，得到攜巖效率單因素影響；

S3.根據所述攜巖效率單因素影響設計正交試驗，并根據所述正交試驗設計在所述水平井井筒清潔數值仿真模型中進行鉆井液攜巖的動力學模擬，得到攜巖效率多因素影響；

S4.根據所述攜巖效率多因素影響，采用量綱分析方法對井筒清潔影響參數進行了無量綱化處理，構建水平井井筒清潔無量綱化參數空間；并根據所述目標井的幾何參數、機械參數、巖屑顆粒參數和鉆井液參數的無量綱化處理結果進行擬合回歸處理，建立攜巖效率與所述井筒清潔影響參數的關聯方程；

S5.根據所述攜巖效率與所述井筒清潔影響參數的關聯方程，評價不同井眼條件下井筒清潔影響參數的適應性；

在步驟S4中，量綱分析方法中采用12個量綱，其中包括3個基本量綱和9個參變量綱；

3個基本量綱分別為：環空尺寸D_h、鉆井液注入流速v_f、鉆井液密度ρ_f；

9個參變量綱分別為：機械鉆速ROP、鉆柱外壁線速度v_r、偏心率e、鉆井液注入流速v_f、流體密度與巖屑密度的密度差Δρ、巖屑尺寸D_c、鉆井液密度ρ_f、重力g、環空尺寸D_h、井斜角α、旋轉粘度計六轉讀數η₆、攜巖效率E_s。

2.根據權利要求1所述的水平井鉆井液攜巖效率預測方法，其特征在于，所述水平井井筒清潔數值仿真模型包括鉆桿、井筒和在鉆桿與井筒形成偏心環形空間內流動的流體；

在步驟S1中，所述幾何模型為模擬地水平井筒內攜巖特性而設計的偏心環形空間；所述鉆桿貫穿井筒且在重力作用下自然下垂形成與井筒之間偏心度，所述鉆桿以一定的角速度旋轉；

所述流體以一定的速度垂直進入偏心環形空間的一端，并從偏心環形空間的另一端流出；所述流體為攜帶有若干顆粒的鉆井液。

3.根據權利要求2所述的水平井鉆井液攜巖效率預測方法，其特征在于，所述井筒為內壁光滑的圓管；所述鉆桿為外壁光滑的圓柱；所述流體為非牛頓流體。

4.根據權利要求1所述的水平井鉆井液攜巖效率預測方法，其特征在于，所述井筒清潔影響參數包括所述目標井的幾何參數、機械參數、巖屑顆粒參數和鉆井液參數。

5.根據權利要求4所述的水平井鉆井液攜巖效率預測方法，其特征在于，所述水平井井筒的幾何參數包括井斜角、環空尺寸、偏心度；

所述水平井井筒的機械參數包括鉆桿旋轉速度、機械鉆速、排量；

所述鉆井液參數包括鉆井液密度、流變性；

所述巖屑顆粒參數包括巖屑密度、顆粒粒度、粒度分布。

6.根據權利要求5所述的水平井鉆井液攜巖效率預測方法，其特征在于，在步驟S2和步驟S3中，所述鉆井液的攜巖效率ES通過下式計算得到：

其中，MF₁是巖屑的實際質量流量，MF₂是理想質量流量，通過下式計算得到：

其中，ROP為機械鉆速，m/h；ρ_c為巖屑密度，g/cm³；D_o為鉆頭直徑，mm；D_po為鉆柱直徑，mm。

7.根據權利要求1所述的水平井鉆井液攜巖效率預測方法，其特征在于，所述擬合回歸處理采用多元非線性回歸函數進行，其多元非線性回歸函數的形式為：

式中，a₁，a₂，a₃，……，a₁₁為模型的待定系數。

8.根據權利要求7所述的水平井鉆井液攜巖效率預測方法，其特征在于，所述攜巖效率與所述目標井的幾何參數、機械參數、巖屑顆粒參數和鉆井液參數的關聯方程為：

其中，E_S為攜巖效率，無因次；e為偏心度，無因次；α為井斜角，°；D_c為巖屑直徑，mm；Δρ為巖屑與鉆井液的密度差，g/cm³；η₆為旋轉黏度計六轉下的剪切粘度，Pa·s；ROP為機械鉆速，m/h；v_r為鉆柱外壁面旋轉線速度，m/s；v_f為環空鉆井液平均流速，m/s；D_h為環空尺寸，mm；g為重力加速度，m/s²。