[发明专利]一种用于判断钻井作业环空状态的方法

权利要求书

1.一种用于判断钻井作业环空状态的方法，包括：

步骤一、基于针对目标井段的钻井液流变状态，计算不同流变模式下的初始流变参数、以及多组剪切速率和剪切应力；

步骤二、根据所述初始流变参数和所述多组剪切速率和剪切应力，对不同流变模式进行线性化解，基于此，优选最佳流变模式；

步骤三、根据最佳流变模式下的初始流变参数和钻井液设计相关参数，分别计算表征对井壁冲蚀能力的井壁冲蚀系数、表征钻井液携岩能力的岩屑输送比、以及表征环空循环压耗对钻井液密度影响程度的环空动压系数；

步骤四、根据所述井壁冲蚀系数、所述岩屑输送比和所述环空动压系数，利用预设的环空状态表征参数安全范围，对当前钻井作业的环空安全状态进行诊断。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤四中，

在当前环空为不安全状态时，调整钻井液排量和/或钻井液体系配方。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤四中，包括：

获取所述目标井段对应的地层岩性，筛选满足所述地层岩性的所述环空状态表征参数安全范围，记为目标安全范围；

将所述井壁冲蚀系数、所述岩屑输送比和所述环空动压系数分别与所述目标安全范围中不同表征参数对应的安全评价范围进行对比，在每类表征参数均达到相应安全评价范围时，确定当前环空为安全状态，否则为不安全状态。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤一中，包括：

基于初始的钻井液体系，利用六速旋转黏度计测量钻井液在不同黏度计转速下的转角，基于此，计算所述不同流变模式下的初始流变参数；以及

根据所述不同转速下的转角，得到所述多组剪切速率和剪切应力。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤二中，包括：

基于宾汉模式、幂律模式和卡森模式的剪切速率与应力关系特征，由所述多组剪切速率和剪切应力，得到针对不同流动模式下的多组剪切速率与应力数据；

根据所述不同流动模式下的多组剪切速率与应力数据、以及所述不同流变模式下的初始流变参数，利用预设的线性化解式，对不同流变模式进行相关系数线性回归处理，得到每种流变模式的相关系数；

将最高相关系数对应的流变模式作为所述最佳流变模式。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，利用如下表达式计算每种流变模式的相关系数：

其中，R表示当前流动模式的相关系数，t表示当前流动模式下的剪切速率与应力数据组的组别序号，T表示当前流动模式下的剪切速率与应力数据组的总组数，γ_t表示当前流动模式下的剪切速率，τ_t表示当前流动模式下的剪切应力，表示当前流动模式下所有剪切应力数据的平均值，表示当前流动模式下所有剪切速率数据的平均值。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤三中，

获取所述钻井液设计相关参数，其中，所述钻井液设计相关参数包括钻井液密度、钻柱外径、钻具长度、井眼直径、钻井液排量、岩屑当量直径、岩屑密度、目标井段的深度和目标井段的地层岩性；

先根据所述钻井液设计相关参数和所述最佳流变模式下的初始流变参数，计算表征井壁稳定状态特征的临界井径，而后根据临界井径，结合所述井眼直径，计算所述井壁冲蚀系数；

先根据所述钻井液设计相关参数和所述最佳流变模式下的初始流变参数，计算岩屑滑落速度和钻井液环空返速，基于此，计算所述岩屑输送比；

先根据所述最佳流变模式下的雷诺数，确定当前环空内钻井液流体的流态，从而计算符合当前流态的环空压力损耗、以及环空内流动条件下的钻井液当量密度，基于此，结合所述钻井液密度，得到所述环空动压系数。