[发明专利]一种满足异形井眼清洁的钻井液排量确定方法

权利要求书

1.一种满足异形井眼清洁的钻井液排量确定方法，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，设定初始的排量，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，通过岩屑浓度分布判断是否满足井眼清洁效果，并判断钻井液排量是否在合理排量范围内，如果有一个为否，则调整钻井液流变性，然后重复上述过程，直到钻井液排量满足井眼清洁效果且在合理排量范围内，此时的钻井液排量即为最终确定的钻井液排量；

所述方法包括：

(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)根据异形井眼几何模型划分网格；

(3)从振动筛前的高架槽内取钻井液，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4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钻井液流变流型；

(5)设定排量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)如果步骤(7)中得到的每个网格的岩屑浓度值α₂值都小于预设的岩屑浓度最大允许值α_2，max，则判定步骤(5)中的排量Q值满足井眼清洁要求，转入步骤(9)，否则返回步骤(5)；

(9)判断满足井眼清洁要求的排量Q是否在合理排量范围内，如果否，则添加能够改变钻井液的流变性的钻井液助剂，调整钻井液流变性，然后返回步骤(3)；如果是，则将其设定为钻井液排量；

所述步骤(1)中的N取5-20；

所述步骤(2)中划分网格时将井眼的轴对称问题简化为2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4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)中的设置钻井液流型的入口和出口的边界条件是这样实现的：

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。