[发明专利]一种确定异形井眼中的井眼清洁效果的方法

说明书

本发明提供了一种基于计算流体力学的异形井眼中的井眼清洁效果计算方法，属于石油天然气勘探开发钻井领域。该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。利用本发明方法可以较准确的计算异形井眼中钻井液流动状态和岩屑浓度分布，判断可能发生岩屑堆积的位置，指导井眼清洁的合理措施，实现安全高效钻井。

技术领域

本发明属于石油天然气勘探开发钻井领域，具体涉及一种确定异形井眼中的井眼清洁效果的方法。

背景技术

钻井液作为钻井过程中的循环冲洗介质，是影响钻井成败和机械钻速快慢的重要因素之一，起着非常重要的作用。井眼清洁效果指的是钻井液循环过程中携带岩屑的状况。井眼清洁效果直接关系到井眼净化、钻井速度及井下安全等多个方面，是十分重要的钻井参数。

理想条件下井眼的形状为规则的圆筒形。但在实际钻井过程中，井眼形状常常出现扩径的异形现象。在异形井眼的位置附近，钻井液的流动状态和岩屑携带情况变得更加复杂，岩屑不容易被携带出井眼，容易产生岩屑堆积的现象，可能造成下钻困难、下钻不到位以及卡钻等井下复杂情况。因此异形井眼内的井眼清洁效果成为能否安全、快速钻进的重要问题。

目前，现场采用的井眼清洁效果的确定方法主要有：(1)仅凭经验根据岩屑类型、钻井液密度、流变性和排量等参数判断井眼清洁效果；(2)在井眼形状规则的假设下，基于环空水力学法计算井眼清洁效果。

目前的方法存在着一些不足，主要体现在：(1)仅凭经验判断井眼清洁效果的方法准确性差；(2)环空水力学法中的井眼形状规则的假定可能与实际异形井眼形状偏差较大，未采用最符合实际井眼形状计算岩屑携带效果，计算精度低，无法准确判断岩屑在井眼中的堆积位置。以上的不足可能导致井眼清洁效果判断不准确，易引起井下复杂情况的发生。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种确定异形井眼中的井眼清洁效果的方法，解决钻井现场经验法或基于规则井眼的环空水力学法存在的准确性较差的问题，针对井眼异形形状特征，基于固液两相流原理，采用数值计算方法较准确的判断岩屑可能堆积的位置，分析得到井眼清洁效果。通过提高井眼清洁效果分析的准确性，有利于安全高效钻井。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种确定异形井眼中的井眼清洁效果的方法，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；