[发明专利]一种水平井钻井液携岩效率预测方法

权利要求书

1.一种水平井钻井液携岩效率预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.根据目标井的钻井资料，建立水平井井筒的几何模型，并根据利用离散元素法以计算流体动力学法建立所述目标井的水平井井筒清洁数值仿真模型；

S2.根据所述目标井的钻井资料获得所述目标井的井筒清洁影响参数采用控制变量法，在所述水平井井筒清洁数值仿真模型中进行钻井液携岩的动力学模拟，得到携岩效率单因素影响；

S3.根据所述携岩效率单因素影响设计正交试验，并根据所述正交试验设计在所述水平井井筒清洁数值仿真模型中进行钻井液携岩的动力学模拟，得到携岩效率多因素影响；

S4.根据所述携岩效率多因素影响，采用量纲分析方法对井筒清洁影响参数进行了无量纲化处理，构建水平井井筒清洁无量纲化参数空间；并根据所述目标井的几何参数、机械参数、岩屑颗粒参数和钻井液参数的无量纲化处理结果进行拟合回归处理，建立携岩效率与所述井筒清洁影响参数的关联方程；

S5.根据所述携岩效率与所述井筒清洁影响参数的关联方程，评价不同井眼条件下井筒清洁影响参数的适应性；

在步骤S4中，量纲分析方法中采用12个量纲，其中包括3个基本量纲和9个参变量纲；

3个基本量纲分别为：环空尺寸D_h、钻井液注入流速v_f、钻井液密度ρ_f；

9个参变量纲分别为：机械钻速ROP、钻柱外壁线速度v_r、偏心率e、钻井液注入流速v_f、流体密度与岩屑密度的密度差Δρ、岩屑尺寸D_c、钻井液密度ρ_f、重力g、环空尺寸D_h、井斜角α、旋转粘度计六转读数η₆、携岩效率E_s。

2.根据权利要求1所述的水平井钻井液携岩效率预测方法，其特征在于，所述水平井井筒清洁数值仿真模型包括钻杆、井筒和在钻杆与井筒形成偏心环形空间内流动的流体；

在步骤S1中，所述几何模型为模拟地水平井筒内携岩特性而设计的偏心环形空间；所述钻杆贯穿井筒且在重力作用下自然下垂形成与井筒之间偏心度，所述钻杆以一定的角速度旋转；

所述流体以一定的速度垂直进入偏心环形空间的一端，并从偏心环形空间的另一端流出；所述流体为携带有若干颗粒的钻井液。

3.根据权利要求2所述的水平井钻井液携岩效率预测方法，其特征在于，所述井筒为内壁光滑的圆管；所述钻杆为外壁光滑的圆柱；所述流体为非牛顿流体。

4.根据权利要求1所述的水平井钻井液携岩效率预测方法，其特征在于，所述井筒清洁影响参数包括所述目标井的几何参数、机械参数、岩屑颗粒参数和钻井液参数。

5.根据权利要求4所述的水平井钻井液携岩效率预测方法，其特征在于，所述水平井井筒的几何参数包括井斜角、环空尺寸、偏心度；

所述水平井井筒的机械参数包括钻杆旋转速度、机械钻速、排量；

所述钻井液参数包括钻井液密度、流变性；

所述岩屑颗粒参数包括岩屑密度、颗粒粒度、粒度分布。

6.根据权利要求5所述的水平井钻井液携岩效率预测方法，其特征在于，在步骤S2和步骤S3中，所述钻井液的携岩效率ES通过下式计算得到：

其中，MF₁是岩屑的实际质量流量，MF₂是理想质量流量，通过下式计算得到：

其中，ROP为机械钻速，m/h；ρ_c为岩屑密度，g/cm³；D_o为钻头直径，mm；D_po为钻柱直径，mm。

7.根据权利要求1所述的水平井钻井液携岩效率预测方法，其特征在于，所述拟合回归处理采用多元非线性回归函数进行，其多元非线性回归函数的形式为：

式中，a₁，a₂，a₃，……，a₁₁为模型的待定系数。

8.根据权利要求7所述的水平井钻井液携岩效率预测方法，其特征在于，所述携岩效率与所述目标井的几何参数、机械参数、岩屑颗粒参数和钻井液参数的关联方程为：

其中，E_S为携岩效率，无因次；e为偏心度，无因次；α为井斜角，°；D_c为岩屑直径，mm；Δρ为岩屑与钻井液的密度差，g/cm³；η₆为旋转黏度计六转下的剪切粘度，Pa·s；ROP为机械钻速，m/h；v_r为钻柱外壁面旋转线速度，m/s；v_f为环空钻井液平均流速，m/s；D_h为环空尺寸，mm；g为重力加速度，m/s²。