[发明专利]一种水平井砾石充填模拟计算方法

权利要求书

1.一种水平井砾石充填模拟计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

根据充填工具尺寸参数及地层参数计算维持不同沙丘比下平衡堤的环空流速及排量；

根据平衡堤的环空流速及排量确定充填作业中水平环空段的摩阻及压力降，利用质量守恒定律建立筛管与地层环空系统、筛管与冲管环空系统的平衡方程，依据两系统压力梯度相等原则，回归冲管与筛管环空流速及排量；

计算砾石充填作业中流入段各个管汇节点、及充填返出段各环空节点的压力降；

根据冲管与筛管环空流速及排量、摩阻及压力降、各环空节点的压力降计算充填作业中α波在筛管底部产生的压力、β波作业时产生的压力与地层破裂压力；

将不同沙丘比的排量、不同排量下α波产生的压力、不同β波产生的压力、以及地层破裂压力制图汇总，优化现场作业参数的选择；

其中，不同沙丘比的数值为0.4、0.5、0.6、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9；

其中，所述方法根据平衡堤在筛管、地层环空的不同高度进行分类计算：

(1)当平衡堤高度H大于井眼半径R时，

(2)当平衡堤高度H小于筛管半径r时，

(3)当平衡堤高度H大于筛管半径r、小于井眼半径R时，

其中，S_上为地层与筛管环空剩余流动面积。

2.根据权利要求1所述的一种水平井砾石充填模拟计算方法，其特征在于，所述根据充填工具尺寸参数及地层参数计算维持不同沙丘比下平衡堤的环空流速具体为：

(1)充填砾石尺寸大于1mm临界流速为：

式中，D_G为砾石直径；ρ_G为砾石颗粒密度；ρ_F为携砂液密度；为体积系数；D_e为等效直径；μ_F为携砂液粘度；

(2)充填砾石尺寸小于1mm临界流速为：

其中，f为摩阻系数。

3.根据权利要求1所述的一种水平井砾石充填模拟计算方法，其特征在于，所述回归冲管与筛管环空流速具体为：

通过设定不同流速，建立冲管与筛管环空中流速与压降关系，利用二次函数对流速与压降关系进行拟合并求取相关系数；利用筛管与地层环空压降作为已知条件求解冲管与筛管的环空流速。

4.根据权利要求1所述的一种水平井砾石充填模拟计算方法，其特征在于，所述计算充填作业中α波在筛管底部产生的压力、β波作业时产生的压力与地层破裂压力具体为：

依据砾石充填流入管线及返出管线进行节点分析计算并汇总，其中，α波在筛管底部产生的压力为：

其中，充填β波产生压力为：

其中，地层破裂压力为：

其中，ρ_F为携砂液密度；H为平衡堤高度；f为地面管汇摩擦系数。