[发明专利]一种水平井钻井液携岩效率预测方法

说明书

本发明公开了一种水平井钻井液携岩效率预测方法，涉及石油与天然气钻井技术领域，包括以下步骤：S1.建立水平井井筒清洁数值仿真模型；S2.采用控制变量法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.根据正交试验设计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.建立携岩效率与几何参数、机械参数、岩屑颗粒参数和钻井液参数的关联方程；S5.根据关联方程，评价不同井眼条件下井筒清洁影响参数的适应性。本发明更好的模拟了携岩流体实际流动的情况，使得到水平井钻井液携岩效率的关联模型预测得到的携岩效率与钻井施工过程中钻井液的携岩情况更为贴近，对水平井钻井设计和施工具有较好的指导作用。

技术领域

本发明涉及石油与天然气钻井技术领域，特别涉及一种水平井钻井液携岩效率预测方法。

背景技术

近年来，随着石油消耗的不断增多，基于提高采收效率的需求，各类水平井井已经成为各大油田开采的重点，水平井能够有效缩短产油周期，扩大泄油半径、提高单井产量。但由于其特殊的井深结构，井中的岩屑在重力作用下容易沉积形成岩屑床，进而导致钻杆高摩阻、高扭矩、卡钻等安全事故。目前，采用CFD-DEM耦合方法对岩屑在井筒内的运移研究已经得到了长足发展，利用CFD-DEM耦合仿真模拟水平井流体驱动岩屑的运移规律，克服了现有物理实验条件无法同时模拟大尺寸、高转速、高密度等井下实际工况，且对井下旋流流场及颗粒动力学信息的提取有限的难题，揭示封闭细长环空中高密度非牛顿流体-岩屑颗粒的运移规律，提出了一种反映井眼清洁程度的钻井液携岩效率预测方法。目前存在的采用CFD-DEM耦合方法对水平井岩屑运移规律的模拟，对水平井岩屑运移的影响因素考虑不全面，大多采用清水作为携岩流、岩屑颗粒粒度单一、仿真模型的尺寸也较小，不能很好地模拟实际流体性质、井眼条件等参数对水平井岩屑运移的影响规律。

发明内容

本申请的目的在于克服现有的水平井岩屑运移模型考虑的影响因素单一的问题，提供一种水平井钻井液携岩效率预测方法。

为了实现上述发明目的，本申请提供了以下技术方案：一种水平井钻井液携岩效率预测方法，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。

在上述技术方案中，采用钻井液作为携岩流体，模拟水平井井筒中携岩流体的流动，并充分考虑了多个影响携岩流体流动的井筒清洁影响参数，更好的模拟了携岩流体实际流动的情况，使得到水平井钻井液携岩效率的关联模型预测得到的携岩效率与钻井施工过程中钻井液的携岩情况更为贴近，对水平井钻井设计和施工具有较好的指导作用。

进一步地，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。

进一步地，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。