[发明专利]一种钻井液瞬态波动压力确定方法及系统

说明书

本发明涉及一种钻井液瞬态波动压力确定方法及系统，包括以下步骤：对波动压力物理模型的流动区域进行按照设定的时间步长和距离步长进行网格划分，得到多个网格节点；获取网格节点原始控制模型的特征线模型，根据得到的特征线模型获得原始控制模型的常微分计算模型；获取特征线模型的在待求解时刻的前一时刻对应的特征节点的位置信息，根据与特征节点相邻的网格节点的速度和压力信息获取特征节点速度和压力，将获取的特征节点速度和压力带入常微分计算模型中，得到待计算时刻的网格节点的波动压力计算模型；利用波动压力计算模型得到不同网格节点在不同时刻的瞬态波动压力，采用本发明的方法降低了对网格划分的要求，精度高。

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，具体涉及一种钻井液瞬态波动压力确定方法及系统。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

起下钻或下套管作业引起的波动压力是钻进安全钻井液密度窗口窄地层时井下压力控制的重要敏感因素，引起波动压力的主要因素为：钻井液胶凝强度、钻井液粘性和钻井液惯性。波动压力计算方法有稳态法和瞬态法。发明人发现，稳态法将钻井液看做不可压缩流体，不考虑流道弹性和惯性力，依据管柱运动引起的钻井液流量计算得到的摩阻压降作为波动压力，计算方法相对简单稳定，但计算结果比实测数据偏高30％-50％。瞬态法计算结果与实测数据吻合程度较高，但常规瞬态波动压力计算方法对时间步长和距离步长划分要求高，现场工况一般难以满足时空比要求，计算经常溢出、发散。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种钻井液瞬态波动压力确定方法，保证了计算过程的稳定收敛。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供了一种钻井液瞬态波动压力确定方法，包括以下步骤：

对波动压力物理模型的流动区域进行按照设定的时间步长和距离步长进行网格划分，得到多个网格节点；

获取网格节点原始控制模型的特征线模型，根据得到的特征线模型获得原始控制模型的常微分计算模型；

获取特征线模型的在待求解时刻的前一时刻对应的特征节点的位置信息，根据与特征节点相邻的网格节点的速度和压力获取特征节点速度和压力，将获取的特征节点速度和压力带入常微分计算模型中，得到待计算时刻的网格节点的波动压力计算模型；

利用波动压力计算模型得到不同网格节点在不同时刻的瞬态波动压力。

可选的，根据与特征节点相邻的网格节点的压力和速度信息采用插值算法得到特征节点的压力和速度信息。

可选的，计算边界条件，对流动区域施加边界条件，设定初始条件，对网格节点进行求解变量初始化并按照时间步长，利用波动压力计算模型推演得到不同时刻、不同网格节点处的瞬态波动压力。

可选的，所述流动区域划分为管柱内流动区域、环空流动区域及管柱下方流动区域，运动管柱流动区域为管柱模型内的区域，环空流动区域为管柱模型与井壁模型之间的区域，管柱下方流动区域为管柱模型下方的流动区域。

可选的，计算管柱内流动区域井口节点的压力、速度信息、计算环空流动区域井口节点的压力速度信息、计算管柱内流动区域、环空流动区域和管柱下方流动区域交汇处节点的压力和速度信息，将计算得到的压力和速度信息作为施加的边界条件。

可选的，所述原始控制模型包括质量守恒模型和动量守恒模型，相应的，分别根据质量守恒模型和动量守恒模型获取第一特征线模型和第二特征线模型，根据第一特征线模型得到第一常微分计算模型，根据第二特征线模型得到第二常微分计算模型，根据第一常微分计算模型和第二常微分计算模型得到波动压力计算模型。

可选的，时间步长和距离步长的确定方法为：