[发明专利]一种确定异形井眼中的井眼清洁效果的方法

权利要求书

1.一种确定异形井眼中的井眼清洁效果的方法，其特征在于：所述方法首先基于钻井基础参数建立异形井眼几何模型，然后通过数值计算得到稳定状态下井眼各个位置的岩屑浓度分布，最后通过岩屑浓度分布确定井眼清洁效果；

所述方法包括以下步骤：

(1)基于钻井基础参数，建立异形井眼几何模型，以N倍钻具直径的长度为纵向范围，以井眼扩大的最大值为横向范围，确定xy二维计算区域；

(2)对异形井眼几何模型进行网格划分；

(3)取钻井液，用旋转粘度计测量钻井液在不同转速Φ下的读数θ，将旋转粘度计的读数转变为相应的一组剪切速率γ和剪切应力τ；根据剪切速率和剪切应力，回归拟合四种流变模型；

(4)计算各流变模型拟合的相关系数，确定相关系数最大的流变模型为拟合效果最佳的流变模型；

(5)设定边界条件：根据排量Q，设置钻井液流型的入口和出口的边界条件；

(6)设定初始条件：按照循环开始前环空可能出现的最高岩屑浓度设定岩屑浓度α₂的初始值；

(7)基于连续方程、动量方程和能量方程计算得到的每个网格的两相混合流速的值绘制钻井液异形井眼处的流速分布图，根据每个网格的固相流动速度差计算得到的每个网格的岩屑浓度α₂的值绘制钻井液异形井眼处的岩屑浓度分布图；其中，α₂＝α_2，原+v_2，流进-v_2，流出，其中α_2，原是迭代上一步的岩屑浓度，v_2，流进是每个网格岩屑的流进速度，v_2，流出是每个网格岩屑的流出速度；

(8)在岩屑浓度分布图中找到岩屑浓度的最高值，判断该最高值是否小于最高限值，如果小于或等于，则满足井眼清洁效果，如果大于，则不满足井眼清洁效果；

所述步骤(1)中的N取5-20；

所述步骤(2)是这样实现的：

将井眼的轴对称问题简化为二维平面计算问题，并对异形井眼位置处的网格进行加密；

所述步骤(3)中的四种流变模型为：

宾汉流型：τ＝τ_YP+μ_PV×γ；

幂律流型：τ＝K×γⁿ；

卡森模式：τ^1/2＝τc^1/2+η_∞^1/2×γ^1/2；

赫-巴流型：τ＝τ_HB+K×γⁿ

其中，τ_YP、μ_PV、K、n、τc、η_∞、τ_HB分别通过数据拟合计算得到，K为稠度系数,单位是Pa·sⁿ，n为流性指数，γ为剪切速率,单位是s^-1，η_∞是卡森粘度,单位是mPa·s，τ是剪切应力,单位是Pa，τc是卡森屈服值,单位是Pa，τ_YP是屈服值,单位是Pa，μ_PV是塑性粘度,单位是mPa·s，τ_HB是赫巴切力；

所述步骤(5)是这样实现的：

将入口的边界条件取为流入速度边界条件；

将出口的边界条件取为流出速度边界条件；

井壁和钻具外壁处采用无滑移边界条件，设定边界处的流动速度为0。

2.根据权利要求1所述的确定异形井眼中的井眼清洁效果的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的钻井基础参数包括：

钻头直径D_b，单位为m；钻杆外径D_p，单位为m；钻井液密度ρ_m，单位为kg/m³；岩屑密度ρ_d，单位为kg/m³；岩屑等效直径Dd，单位为m；异形井眼井径扩大率、井径扩大处初始岩屑浓度，单位为％。

3.根据权利要求2所述的确定异形井眼中的井眼清洁效果的方法，其特征在于：

所述步骤(7)中的流速分布图的绘制区域为步骤(1)中设置的xy二维计算区域，流速为z值，用颜色深度表示；

所述步骤(7)中的岩屑浓度分布图的绘制区域为步骤(1)设置的xy二维计算区域，岩屑浓度为z值，用颜色深度表示。