[发明专利]基于钻井环空井筒多相流动计算的控压钻井方法

权利要求书

1.一种基于钻井井筒多相流动计算的控制压力钻井方法，其特征在于，步骤如下：

(1)、获取钻井井筒多相流动计算的基本参数；

(2)、确定井筒环空内流体的种类；

(3)、考虑多相多组分复杂流动因素，建立井筒环空内的多相流动控制方程组；

(4)、结合控制压力钻井不同工况下的工艺过程，建立多相流动控制方程组的定解条件；

(5)、将多相流动计算的时间和空间域进行网格划分；

(6)、将多相流动控制方程进行数值化离散；

(7)、求解控制压力钻井所需的井口回压；

(8)、基于计算的井口回压值，调节井口节流阀，实现控压钻进。

2.根据权利要求1所述的基于钻井井筒多相流动计算的控制压力钻井方法，其特征在于：所述的钻井井筒多相流动计算的基本参数包括：井身结构、钻具组合、钻头深度、地层数据、井斜角、方位角、注入钻井液中气相和液相的排量、钻井液密度、钻井液粘度、当前时刻井口回压。

3.根据权利要求1-2所述的基于钻井井筒多相流动计算的控制压力钻井方法，其特征在于：所述的井筒环空内流体的种类包括：注入钻井液中的气、液相，井底处产生的岩屑，地层内产出的油、气、水，以及油在运移过程中的相变气，天然气中的酸性组分。

4.根据权利要求1-3所述的基于钻井井筒多相流动计算的控制压力钻井方法，其特征在于：所述的考虑多相多组分复杂流动因素是指：注入钻井液中的气、液相，井底处产生的岩屑，地层内产出的油、气、水，以及油/气间的相变，高含酸性气体深井中的超临界态流动及酸性气体在水基钻井液中的溶解和析出，相间的滑脱，地层渗流与井筒多相流动的耦合。

5.根据权利要求1-4所述的基于钻井井筒多相流动计算的控制压力钻井方法，其特征在于：所述的建立井筒环空内的多相流动控制方程组包括：环空内流体中各相的连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程以及辅助方程。

6.根据权利要求1-5所述的基于钻井井筒多相流动计算的控制压力钻井方法，其特征在于：所述的控制压力钻井不同工况包括：控压钻进工况、起/下钻工况、接单根工况；所述的多相流动控制方程组的定解条件包括：井筒压力场及温度场求解的初始条件和边界条件。

7.根据权利要求1-6所述的基于钻井井筒多相流动计算的控制压力钻井方法，其特征在于：所述天然气中的酸性组分包括：硫化氢和二氧化碳；所建立的辅助方程包括：流体状态方程、酸性气体的溶解度方程、超临界态判断方程、地层产出方程、流型判别方程、滑脱速度方程、地层温度场方程；所述的井筒内多相流动参数包括：井筒内不同位置处的环空压力、温度、各相的体积分数、各相的速度。

8.根据权利要求1-7所述的基于钻井井筒多相流动计算的控制压力钻井方法，其特征在于：所述的将多相流动计算的时间和空间域进行网格划分指的是：将整个井筒环空作为空间域，将实施控压钻井的整个过程作为时间域；根据气体上升速度动态选用空间网格长度，空间网格在井筒底部疏，在井筒上部密；时间步长同样采用非均匀格式，根据气体上升速度以及该处空间网格长度确定时间步长。

9.根据权利要求1-8所述的基于钻井井筒多相流动计算的控制压力钻井方法，其特征在于：所述的将多相流动控制方程进行数值化离散是指：采用四点差分格式对连续性方程、动量方程及能量方程进行离散，得到多相流动控制方程组有限差分的离散形式。

10.根据权利要求1-9所述的基于钻井井筒多相流动计算的控制压力钻井方法，其特征在于：所述的求解控制压力钻井所需的井口回压的步骤包括：

(1)、通过井口回压的测量设备读取控制压力钻井过程当前刻的井口回压；

(2)、根据当前时刻的井口回压值，计算当前时刻井筒内多相流动参数，作为下一时刻井口回压计算的初始条件；

(3)、根据控制压力钻井对井底压力的要求，计算下一时刻井底压力的标准值；

(4)、以当前时刻计算的井筒多相流动参数为初始条件，根据下一时刻井底压力的标准值，计算下一时刻所需的井口回压值。