w、dp。和db分别为井眼内径、钻杆外径和钻头直 径，单位为mm; Pf和Ps分别为泥浆和岩屑密度，单位为g/cm3;山为有效粘度，单位为cP; Ua为环 空返速，单位为m/s; ROP为机械钻速，单位m/h; RPM为钻杆转速，单位为转/分;0为井斜角，单 位为％ CU为岩屑直径，单位为mm; e为偏屯、度，无因次。
[0089] 对于幕律流体，有效粘度iie可W根据公式(2)计算：
[0090] 任）
[0091] 其中，n为幕律流体流性指数，无因次;k为幕律流体稠度系数，Pa.s"。
[0092] 在上述步骤S120和S130中，计算环空岩屑床动态运移速度的具体步骤为:计算悬 浮层与岩屑床层界面摩擦系数;计算岩屑床推移速度;计算悬浮岩屑沉降成床速度;岩屑床 推移速度和悬浮岩屑沉降成床速度按比例相加即为岩屑床动态运移速度;具体如下：
[0093] 环空岩屑床动态运移速度计算可W根据W下公式(3)计算：
[00M]其中，岩屑床推移速度U?计算公式为：
[0094] (3)
[0097] 悬浮岩屑沉降成床速度化d计算公式为：
[0096] (4)
[009引 (5)
[0099]具甲，thd刃息淨居巧巧功居芥旧摩擦系数，计算方法如下公式（7)，也可采用其它 界面间摩擦系数;Cd为移动岩屑浓度；(I)为颗粒内摩擦角，tan d)相当于颗粒动摩擦系数，与 颗粒浓度有关，浓度越大，值越大，Cd = O. 3~0.52时，tan d) = 0.7~0.8; Qs为入口岩屑体积 流量，mVs; Qf为入口泥浆体积流量，m^s; ki、k2为修正系数，与环空几何形态、公式简化误差 等有关，可根据实验或实测数据求得，可取l;k3为比例系数，与泥浆悬浮携岩强度有关，可 根据实验或实测数据求得，可取0.5。
[0100] cn
[0101] 其中，山为岩屑直径;dw为井眼内径。
[0102] 在步骤S140中，根据岩屑床运移时间和速度，计算岩屑床动态运移距离。其中，环 空岩屑床动态运移距离可W根据W下公式(8)计算：
[0103] Lc = tUc (8)
[0104] 其中，t为岩屑床开始形成或冲蚀到计算时刻所经历的时间，单位为s;L。为经过t 时间后，稳态岩屑床运移的距离，单位为m。
[0105] 在步骤S150中，计算不同时刻环空岩屑床高度分布的具体步骤为:从井底向上，将 环空分成两段，一段为稳态高度的岩屑床段，一段为从稳态高度逐渐递减至零的岩屑床段， 前者环空岩屑床高度等于稳态岩屑床高度，后者岩屑床高度分布可W用一几何曲线描述， 并用相应的公式计算。
[0106] 具体地，不同时刻环空岩屑床高度分布可W根据W下公式(9)计算：
[0107] (句）
[010引 若X > MD-Lc,贝化CX =出；
[0109] 若X <MD-Lc，贝帖X按式(9)计算。
[0110] 其中，MD为井总测深，单位为m;x为欲求位置的测深，在井底为MD,在井口为0,单位 为m; Hex为X位置处岩屑床高度，单位为m。
[0111] 在步骤S160和S170中，计算不同时刻环空压耗和井底压力的具体步骤为:对井筒 环空进行分段，使用W上方法计算某一时刻环空岩屑床高度分布，即每一段环空岩屑床高 度，再根据公式计算每一段有/无岩屑床环空压耗，所有段相加即为当前时刻总环空压耗； 根据泥浆密度和垂深，计算井底静压力;两者相加计算井底压力。
[0112] 具体地，对井筒环空进行分段(段长可取25m或30m)，使用W上公式(9)计算某一时 刻环空岩屑床高度分布，即每一段环空岩屑床高度，再根据W下公式（10)计算每一段环空 压耗，所有段相加即为当前时刻总环空压耗：
[0113]
(10)
[0114] 其中，APc为有岩屑床存在时的环空压耗，Pa; APa为无岩屑床存在时的环空压耗， Pa ;打为达西-韦斯己赫系数，层流时
[0115] 无岩屑床存在时的环空压耗A Pa可W根据W下公式(11)计算：
[0116]
[0117]其中，1为井段长度，m;f为模组系数，对于幕律流体，可W根据W下公式（12)或 (13)计算：
[011引层流摩阻系数:环空:f = 24/Re (12)
(13)[0120] 其中，Re为环空流体流动雷诺数，对于幕律流体，可W根据W下公式(14)计算：
[0119] 素流摩阻系数：
[0121]
[0122] 不同时刻井底压力可W根据W下公式(15)计算：
[0123] Pw=化曲+A Pc (15)
[0124] 其中，Pw为井底压力;化为泥浆密度;h为井底的垂直深度；A P。为有岩屑床存在时 的环空压耗。
[0125] 通过上述实施方式可W看出，本发明提供的大位移钻井环空岩屑床高度分布和井 底压力实时变化的计算方法，能够解决现有复杂非线性岩屑床动态运移模型的缺陷，该方 法基于对岩屑运移机理和早期建立的岩屑动态运移模型的分析和简化，通过计算岩屑动态 运移速度，并利用几何曲线描述环空岩屑床高度分布，将稳态岩屑床高度计算模型与岩屑 床高度分布动态变化结合起来，能够快速准确计算环空岩屑床高度和井底压力实时分布变 化。
[0126] 如上参照附图W示例的方式描述了根据本发明提出的大位移钻井环空岩屑床高 度分布和井底压力实时变化的计算方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明 所提出的大位移钻井环空岩屑床高度分布和井底压力实时变化的计算方法，还可W在不脱 离本
【发明内容】
的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书 的内容确定。
【主权项】
1. 一种大位移钻井环空岩肩床高度分布和井底的压力实时变化计算方法，包括： 根据获取的钻井基本参数，获取环空稳态岩肩床高度； 根据所述环空稳态岩肩床高度，获取岩肩床推移速度和悬浮岩肩沉降成床速度； 根据所述岩肩床推移速度和悬浮岩肩沉降成床速度，获取环空岩肩床动态运移速度； 根据所述环空岩肩床动态运移速度，获取环空岩肩床动态运移距离； 根据所述环空稳态岩肩床高度和所述环空岩肩床动态运移距离，获取环空岩肩床高度 分布； 根据所述钻井基本参数和所述岩肩床高度，获取不同时刻的环空压耗； 根据所述不同时刻的环空压耗和井底的垂直深度，获取不同时刻的井底压力。2. 如权利要求1所述的大位移钻井环空岩肩床高度分布和井底压力实时变化的计算方 法，其中， 根据钻井设计和实测数据，获取钻井基本参数;其中， 所述钻井基本参数包括段井眼内径、钻柱外径、泥浆排量、泥浆密度、泥浆流变参数、钻 柱转速、钻柱偏心度、机械钻速、井斜角、岩肩密度、岩肩粒径和井底的垂直深度。3. 如权利要求1所述的大位移钻井环空岩肩床高度分布和井底压力实时变化的计算方 法，其中， 在根据获取的钻井基本参数，获取环空稳态岩屑床高度的过程中，采用如下公式获取：其中，H。为岩肩床高度； dw、dP。和db分别为井眼内径、钻杆外径和钻头直径； Pf和ps分别为泥衆和岩肩密度； 为有效粘度;ua为环空返速;ROP为机械钻速； RPM为钻杆转速;Θ为井斜角;ds为岩肩直径;e为偏心度。4. 如权利要求3所述的大位移钻井环空岩肩床高度分布和井底压力实时变化的计算方 法，其中， 在根据所述环空稳态岩肩床高度，获取岩肩床推移速度和悬浮岩肩沉降成床速度的过 程中，其中，所述岩肩床推移速度计算公式为：所述悬浮岩肩沉降成床速度计算公式为：其中，U?为岩肩床推移速度； Ucd为悬浮岩肩沉降成床速度； fhd为悬浮层与移动层界面摩擦系数； Cd为移动岩肩浓度； Φ为颗粒内摩擦角，tan Φ相当于颗粒动摩擦系数，当Cd = 0.3~0.52时，tan Φ =0.7~ 0.8； Qs为入口岩肩体积流量； Qf为入口泥衆体积流量； ki、k2为修正系数;k3为比例系数。5. 如权利要求4所述的大位移钻井环空岩肩床高度分布和井底压力实时变化的计算方 法，其中， 在根据所述岩肩床推移速度和悬浮岩肩沉降成床速度，获取环空岩肩床动态运移速度 的过程中，其中，所述环空岩肩床动态运移速度的计算公式为：其中，Uc为环空岩肩床动态运移速度； k3为比例系数； U?为岩肩床推移速度； Ucd为悬浮岩肩沉降成床速度。6. 如权利要求5所述的大位移钻井环空岩肩床高度分布和井底压力实时变化的计算方 法，其中， 在根据所述环空岩肩床动态运移速度，获取环空岩肩床动态运移距离的过程中，其中 获取所述环空岩肩床动态运移距离的公式如下： Lc = tUc 其中，Uc为环空岩肩床动态运移速度； t为岩肩床开始形成所经历的时间； U为经过t时间后，稳态岩肩床运移的距离。7. 如权利要求6所述的大位移钻井环空岩肩床高度分布和井底压力实时变化的计算方 法，其中， 在根据所述环空稳态岩肩床高度和所述环空岩肩床动态运移距离，获取环空岩肩床高 度分布的过程中，其中， 若x2MD-Lc，贝丨JHCX=HC 若x<MD-L。，则Hex公式如下：其中，H。为岩肩床高度； MD为井总测深； X为欲求位置的测深，在井底为MD，在井口为0; ItxSx位置处岩肩床高度。8. 如权利要求1所述的大位移钻井环空岩肩床高度分布和井底压力实时变化的计算方 法，其中， 在根据所述钻井基本参数和所述岩肩床高度，获取不同时刻的环空压耗的过程中，获 取所述环空压耗的公式如下：其中，A P。为有岩肩床存在时的环空压耗； A Pa为无岩肩床存在时的环空压耗； fb为达西-韦斯巴赫系数，层流时H。为岩肩床高度； dw、dP。分别为井眼内径、钻杆外径； Pf和ps分别为泥衆和岩肩密度； Qf为入口泥衆体积流量。9.如权利要求8所述的大位移钻井环空岩肩床高度分布和井底压力实时变化的计算方 法，其中， 在根据所述不同时刻的环空压耗和井底的垂直深度，获取不同时刻的井底压力的过程 中，获取所述井底压力的公式如下： Pw一 Pf gh+ Δ Pc 其中，Pw为井底压力； Pf为泥浆密度； h为井底的垂直深度； A P。为有岩肩床存在时的环空压耗。
【专利摘要】本发明提供一种大位移钻井环空岩屑床高度分布和井底的压力实时变化计算方法，包括根据钻井基本参数，获取环空稳态岩屑床高度；获取环空岩屑床动态运移速度；根据环空岩屑床动态运移速度，获取环空岩屑床动态运移距离；根据环空岩屑床动态运移距离，获取环空岩屑床高度分布；根据钻井基本参数和所述岩屑床高度，获取不同时刻的环空压耗；根据不同时刻的环空压耗和井底的垂直深度，获取不同时刻的井底压力。本发明能快速、准确的计算钻进时环空岩屑床高度和井底压力的实时分布变化，为长斜段钻进水力参数设计及计算提供帮助，有助于减少井下事故、提高钻井效率。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105718699
【申请号】CN201610105728
【发明人】郭晓乐, 龙芝辉, 齐成伟, 刘继林
【申请人】重庆科技学院
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2016年2月25日