[发明专利]一种满足异形井眼清洁的钻井液密度确定方法

说明书

本发明提供了一种满足异形井眼清洁的钻井液密度确定方法，属于石油天然气勘探开发钻井领域。该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。利用本发明可以克服现有经验法或环空流体力学法的不足，解决钻井现场仅凭经验或基于规则井眼的调整钻井液密度精度不足的问题。

技术领域

本发明属于石油天然气勘探开发钻井领域，具体涉及一种满足异形井眼清洁的钻井液密度确定方法。

背景技术

钻井液是钻井过程中的循环携带岩屑的流体介质。井眼清洁程度是指钻井时井筒中岩屑携带的状态。钻井中的岩屑携带状况直接关系到钻井速度及井下安全等多个方面，是十分重要的钻井参数。钻井过程中，如果岩屑不能及时携带出井眼，可能造成下钻困难、下钻不到位以及卡钻等井下复杂情况。因此井眼清洁成为能否安全、快速钻进的首要问题。

实践表明，井眼的形状和钻井液的密度等参数对钻井中的岩屑携带有着显著的影响。在实际钻井过程中，井眼常常出现扩径的异形现象，在异形井眼的扩径位置附近，钻井液的流动状态和岩屑携带情况变得更加复杂，容易产生岩屑堆积的现象。根据异形井眼中井眼清洁指标的要求，可以对钻井液密度调整做出合理判断，有效增强钻井安全并降低钻井成本。

目前，现场采用的满足井眼清洁的钻井液密度合理范围的选取方法主要有：(1)仅凭经验调整排量；(2)在井眼规则的假设下，基于环空水力学法计算不同钻井液密度下的岩屑携带效果，根据岩屑携带效果是否在合理范围确定是否调整钻井液密度。目前的方法存在着一些不足，主要体现在：(1)仅凭经验调整钻井液密度的盲目性较大；(2)假定的规则井眼形状可能与实际井眼形状偏差较大，未采用最符合实际井眼形状计算岩屑携带效果，计算精度低，无法准确判断岩屑在井眼中的堆积位置。以上的不足可能导致钻井液密度调控不当，浪费钻井液材料，增加钻井成本，极易引起井下复杂情况的发生。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种满足异形井眼清洁的钻井液密度确定方法，解决钻井现场仅凭经验或基于规则井眼的调整钻井液密度的问题。在满足异形井眼清洁要求的前提下，实现现场钻井液密度的合理调控，确定钻井液维护处理措施，满足安全高效钻井的要求并降低钻井成本。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种满足异形井眼清洁的钻井液密度确定方法，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：

(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；

(2)对异形井眼几何模型进行网格划分；

(3)设定初始的钻井液密度ρ₁，单位为kg/m³；

(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；

(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；