[发明专利]一种满足异形井眼清洁的钻井液密度确定方法

权利要求书

1.一种满足异形井眼清洁的钻井液密度确定方法，其特征在于：所述方法首先基于钻井基础参数建立异形井眼几何模型，设定初始的钻井液密度，然后通过数值计算得到稳定状态下井眼各个位置的岩屑浓度分布，通过岩屑浓度分布判断是否满足井眼清洁效果，并判断钻井液密度是否在施工现场能够配置的密度范围内，如果有一个为否，则调整钻井液的密度，然后重复上述过程，直到钻井液密度满足井眼清洁效果且在施工现场能够配置的密度范围内，此时的钻井液密度即为最终确定的钻井液密度；

所述方法包括：

步骤(1)基于钻井基础参数，建立异形井眼几何模型，以N倍钻具直径的长度为纵向范围，以井眼扩大的最大值为横向范围，确定xy二维计算区域；

步骤(2)对异形井眼几何模型进行网格划分；

步骤(3)设定初始的钻井液密度ρ₁，单位为kg/m³；

步骤(4)取钻井液，用旋转粘度计测量钻井液在不同转速Φ下的读数θ，将旋转粘度计的读数转变为相应的一组剪切速率γ和切力τ；根据剪切速率和切力，回归拟合四种流变模型；

步骤(5)计算各流变模型拟合的相关系数，确定相关系数最大的流变模型为拟合效果最佳的流变模型；

步骤(6)设定边界条件：设定钻井液的排量Q，设置流变模型的入口和出口的边界条件；

步骤(7)设定初始条件：按照循环开始前环空出现的最高岩屑浓度设定初始岩屑浓度α_2，0；

步骤(8)基于连续方程、动量方程和能量方程计算得到的每个网格的两相混合流速值绘制钻井液异形井眼处的流速分布图，根据每个网格的固相流动速度差计算得到的每个网格的岩屑浓度α₂的值绘制钻井液异形井眼处的岩屑浓度分布图；α₂＝α_2，原+v_2，流进-v_2，流出，其中，α_2，原是迭代上一步的岩屑浓度，α₂为岩屑的浓度；v_2，流进是每个网格岩屑的流进速度，v_2，流出是每个网格岩屑的流出速度；

步骤(9)在岩屑浓度分布图中找到岩屑浓度的最高值，判断步骤(8)计算得到的每个网格的岩屑浓度值α₂值是否都小于预设的岩屑浓度最大允许值α_2，max，如果是，则转入步骤(10)，如果不是，则调整钻井液的密度ρ₁，将其增加50kg/cm³，然后返回步骤(4)；

步骤(10)判断钻井液密度ρ₁是否在施工现场能够配置的密度范围内，如果否，则通过添加改变钻井液流变性的钻井液助剂，调整钻井液流变性，然后返回步骤(4)；如果是，则确定ρ₁为钻井液密度。

2.根据权利要求1所述的满足异形井眼清洁的钻井液密度确定方法，其特征在于：所述步骤(1)中的N取5-20。

3.根据权利要求2所述的满足异形井眼清洁的钻井液密度确定方法，其特征在于：所述步骤(1)中的钻井基础参数包括：

钻头直径D_b，单位为m；钻杆外径D_p，单位为m；钻井液密度ρ_m，单位为kg/m³；岩屑密度ρ_d，单位为kg/m³；岩屑等效直径Dd，单位为m；异形井眼井径扩大率、井径扩大处初始岩屑浓度，单位为％。

4.根据权利要求3所述的满足异形井眼清洁的钻井液密度确定方法，其特征在于：所述步骤(2)中划分网格时将井眼的轴对称问题简化为2维平面计算问题，并对异形井眼位置处的网格进行加密。