[发明专利]一种用于判断钻井作业环空状态的方法

说明书

本发明公开了一种用于判断钻井作业环空状态的方法，包括：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；对不同流变模式进行线性化解，基于此，优选最佳流变模式；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，分别计算井壁冲蚀系数、岩屑输送比和环空动压系数；根据井壁冲蚀系数、岩屑输送比和环空动压系数，利用预设的环空状态表征参数安全范围，对当前环空的安全状态进行诊断。本发明能够合理反映井眼净化、井壁稳定、悬浮岩屑以及井内液柱压力激动的环空状态，有利于保障钻井工程安全优质施工。

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井技术领域，尤其是涉及一种用于判断钻井作业环空状态的方法。

背景技术

在石油天然气钻井过程中，钻井液流变参数与工程措施紧密关联、相互协同，是实现安全快速钻井的重要保障，特别是针对钻遇大段砂岩、泥页岩以及砂泥岩互层等不稳定地层情况下，若采取的钻井液与工程措施不得当，往往会发生泥页岩坍塌扩径、软泥岩吸水膨胀、高渗砂岩虚厚泥饼缩径等问题，进一步会导致起下钻阻卡、固井质量差、卡钻等复杂事故，严重影响钻井效率与井身质量。

由于不同的钻井液流变模式对应的流变参数表征参数及计算方法是不同，钻井液根据流变模式可分为幂律流体、宾汉流体和卡森流体等，对应的主要表征参数包括：幂律流体流性指数n与稠度系数K；宾汉流体塑性黏度μ_pv和宾汉流体屈服值(动切力)τ_YP；卡森流体黏度η_∞和卡森流体屈服值τ_C。现有的环空状态判断方法主要集中在流变模式选择有关计算方法，以及满足携岩和/或井壁冲刷能力作为环空安全判断标准，参考因素较少。

由于钻井过程中环空安全影响因素众多，如井眼净化、井壁稳定、提高钻速、悬浮岩屑以及井内液柱压力激动等等，环空状态的判断应综合考虑以上因素进行优化设计。因此，现有技术中急需建立一种新的钻井作业环空安全状态的判断方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了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。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，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。