钻井液卡森模式流变参数非线性最小二乘估计新算法

针对卡森流变方程的特点,提出了一种非线性最小二乘估计的新算法.该算法不需要人工给定迭代初始值,迭代过程稳定的收敛到参数允许区域中的唯一最小点,不会陷入极小点陷阱,存储需求量小,收敛速度快.新算法是一个全局优化算法,所得到的流变参数估计具有拟合残差近似无偏性和方差几乎为最小的特征.利用实际钻井液数据计算的实例表明,新方法具有比线性回归方法更小的拟合方差、相近的均值及优良的拟合残差统计特性.该方法可以应用到钻井液卡森流变模式流变参数的确定、钻井液流变模式优选及钻井液性能调整和评价等方面.     

利用黄金分割搜索法优选钻井液最优流变模式

分析了目前常用的优选钻井液流变模式的方法各自存在的问题,认为可以将计算赫巴模式参数时使用的黄金分割搜索法进行推广.基于钻井液流变学原理和数值分析理论,根据非线性方程回归原理,将函数极值和最优化数值解法引入钻井液流变模式优选中,提出了利用黄金分割搜索法优选钻井液最优流变模式的方法.该方法克服了线性回归法和最小二乘法的缺点,同时适用于2参数和3参数方程,能够确保回归得到的非线性方程拟合度最高,同时该方法原理简单,精度高,易于编程实现.     

钻井液幂律模式非线性最小二乘参数估计的新算法

钻井液的幂律流变模式的流变参数估计问题大多使用线性回归方法进行求解,然而,线性回归方法改变了测量误差的统计特征,使得所得到的流变参数估计不具有无偏性和方差最小等特点.针对幂律流变方程的特点,提出了一个非线性最小二乘估计的新算法,该算法不需要人工给定迭代初始值,迭代过程稳定收敛到最小点,不会陷入极小点陷阱,收敛速度很快.新算法是一个全局优化算法,所得到的流变参数估计具有拟合残差近似无偏性和方差几乎最小的优良统计特征.大量的实际钻井液算例表明,新方法具有比线性回归方法更小的拟合方差和相近的均值,拟合残差统计特性优于线性回归方法.该方法可以应用到钻井液幂律流变模式中流变参数的确定、钻井液流变模式优选、钻井液性能调整和评价等许多问题中.     

钻井液流变参数确定通用算法及程序设计

钻井液流变参数确定以及流变模式优选是钻井液设计、循环压耗计算的基础.针对非线性流变模式的钻井液模型,基于高斯-牛顿法,通过六速粘度计的读数,建立了非线性流变模式的回归模型;根据衡量偏差性关系程度的相关参数R,以C#为编程语言,开发了配套的钻井液流变模式优选计算软件,可输出各流变模式的流变曲线,并结合实测数据进行了实例验...     

大温压域钻井液流变参数预测模型

钻井液流变参数的精准预测对于高温高压井水力参数及井筒压力精确计算、保证钻井安全具有重要意义。基于构建的钻井液流变性实验数据库,对不同钻井液体系大温压范围内九种流变模式进行了适用性评价,其中油基钻井液体系优选了赫巴流变模式（中低温低压）和四参数流变模式（高温高压）,水基钻井液体系在大温压范围内优选了双曲流变模式。优选的流变模式是高温高压井井筒压力准确预测的基础。基于实验数据开发与多元非线性拟合,提出了一种新的适用于大温压范围下不同钻井液体系、不同流变模式的流变参数预测模型,并对某高温高压井井筒压力进行了计算验证。计算结果表明：以双曲模式流变参数模型为基础计算的井底压力误差为1.31%,可以满足深层、超深层高温高压井井筒压力精确计算要求。     

一种改进的钻井液流变模式及评价

在简要评述目前比较常用的流变模式基础上,对林伯亨提出的流变模式进行了改进,得到了一种新的四参数流变模式。利用回归分析的数学方法,选用水基、油基、高密度、聚合物和甲酸盐5种不同类型的钻井液实验数据,拟合出不同流变模式的流变参数,并对拟合结果进行对比。结果表明：改进得到的新流变模式与宾汉、幂律、H-B以及林伯亨模式相比,拟合效果最好,可以很好地描述不同种类钻井液的流变性。     

钻井液流变参数计算软件的开发及流变模式的优化

钻井液流变模式的优化和流变参数的准确计算是钻井液优化设计的前提.利用回归分析的数学方法开发了钻井液流变参数的计算软件,它能对各种流变模式下的流变参数进行数据处理,自动生成各流变模式的流变曲线,并结合实际数据对各流变模式进行比较和分析,从而实现流变模式优选.赫-巴流变模式的三个参数(τHB,K,n)不但能较好地反映钻井液的流变性而且具有明确含义,能较好地描述钻井液在低、中、高剪切速率下的流变行为,因此认为赫谢尔-巴尔克莱模式在一定条件下能够更准确地描述钻井液流变特性.     

钻井液流变模式的探讨

介绍了几种钻井液流变模式及其流变参数,宾汉模式已被证明不适合大多数钻井液,幂律模式不能反映钻井液具有静切应力的特性,卡森模式、赫谢尔-巴尔克莱模式和罗伯特逊-斯蒂夫模式应用范围较广;介绍了优选钻井液流变模式的几种数学分析方法,其中回归分析方法和最小二乘法准确度较高,应用较为广泛;探讨了钻井液流变模式现场应用中存在的问题,对钻井液流变模式现场应用的发展趋势做了展望。     

四参数模式流变参数准确计算方法及其应用

通常根据牛顿流体所得剪切速率计算非牛顿流体流变参数,计算结果存在误差,不利于准确描述钻井液流变性及提高水力计算精度,因此需要修正其剪切速率。根据四参数流变模式本构方程,运用幂级数展开理论推导,得出了流体在水平旋转运动中的流变规律及剪切速率表达式。编制了流变参数计算程序,根据剪切速率计算式迭代修正剪切速率,再利用修正的剪切速率回归计算流变参数。应用不同类型钻井液数据及一组水力实测数据对文中计算方法进行了流变分析及水力计算评价。结果表明：未修正的剪切速率误差较大,修正剪切速率后所得流变参数能够更好地描述钻井液流变性;运用剪切速率修正后所得流变参数进行水力计算,压降计算精度提高0.5 MPa,井底附加循环当量密度（ECD）与实测数据吻合更好,表明该方法具有一定的理论与应用价值。     

运用灰色关联分析确定钻井液的流变模式

正确选择非牛顿流体的钻井液的流变模式,对优选钻井过程中的钻井水力参数,精确计算钻杆、环空的循环压降以及钻井液的携带能力都是十分重要的。在5种流行的钻井液流变模式中,哪种流变模式与所描述的钻井液相关性最好,是运用通常的作田法、列表法和相关系数法都不能很好解决的问题。本文运用灰色系枕理论的关联分析方法,定量计算每一种流变模式的计算值与实测值的关联度,通过关联度值的大小顺序,可以确定相关性最好的流变模式,文中详细地描述了现有的5种流变模式和灰色关联分析的数学方法,并运用该方法对某井钻井液进行实例计算,得到了满意的结果。     

基于赫巴流体的页岩气大位移水平井裸眼延伸极限分析

大位移水平井的裸眼延伸极限主要与环空压耗和地层破裂压力等因素有关,不同的钻井液流变模式又会对环空压耗的描述产生较大的影响,而赫巴模式能够更好地模拟实际钻井液的流变特性。为此,建立了基于赫巴流体的页岩气储层大位移水平井裸眼延伸极限模型,进而用实际案例分析了赫巴流体的基本流变参数(流性指数、稠度系数、屈服值)和主要钻进参数(机械钻速、钻井液密度、钻杆转速)对大位移水平井水平段延伸极限的影响,并将其与幂律流体模型计算结果进行对比分析。结果表明:(1)在同样的条件下,采用赫巴流体所得结果小于采用幂律流体计算的结果,新预测模型可靠性更好;(2)通过参数的敏感性分析可知,水平段延伸极限会随着上述3个基本流变参数和机械钻速的增加而减小,而该极限值会随着钻井液密度的增加而先增加后减小,它也会随着钻杆转速的增加而增加。结论认为:所给出的赫巴流体流变参数和钻进参数的优选方法,有助于解决大位移水平井在页岩储层中究竟可以打多远的问题,并且更加精确地预测了其裸眼延伸极限。     

基于黏度计读值预测的高温高压流变性预测方法

钻井液高温高压流变参数预测分析是深井超深井钻井液性能调整、水力参数计算的基础,建立了一种基于黏度计读值预测的钻井液高温高压流变性分析方法。首先,开展了高温高压流变实验,基于实测数据分析了旋转黏度计读值随温度、压力的变化规律。然后,引入比例因子将各转速测量读值归一化,运用数值方法分别分析了恒压变温、恒温变压情况下比例因子与温度、压力的变化关系,先建立了高温高压下比例因子预测模型,随后建立了通用的高温高压黏度计读值预测模型,同时给出了高温高压流变模型优选与流变参数计算方法。通过多组实验数据计算对比,运用该方法计算所得黏度计读值与实测值吻合很好。进而运用该方法分析了一组实测钻井液在井筒内的流变参数变化情况,与传统方法相比,该方法不再局限于常规流变参数（塑性黏度、表观黏度等）预测,其可以扩展到所有流变模型的高温高压流变参数预测中。      

颗粒基随钻堵漏钻井液流变参数测算方法

随钻堵漏材料的加入必然会对钻井液的流变性能产生影响。针对旋转黏度计标准测量间隙过窄而无法测量含粗粒堵漏材料钻井液流变性能的问题,利用实验测试与反问题数学模型相结合的方法,建立了颗粒基随钻堵漏钻井液的流变参数测算方法。利用建立的测算方法,将旋转黏度计的读数和转速数据转化为剪切应力与剪切速率形式。结果表明,建立的流变参数测算方法可靠性强,含颗粒随钻堵漏材料的KCl聚合物钻井液的流变曲线符合H-B模型,增加颗粒堵漏材料会显著影响钻井液流变参数。颗粒材料粒径和加量对钻井液的流变特性均有明显影响,测算随钻堵漏钻井液流变参数时应予以重视。     

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流体在漏斗粘度计中的流动规律及流变参数的确定，是目前国内外尚未很好解决的问题。根据位能与动能的变化关系，作研究了在非恒定静压作用下幂律流体垂直下落的规律及流变参数与时间的关系，从而为计算漏斗粘度计中流体的流变参数提供了理论依据。章采用流体静压头下降成比例的测量方法，记录其流动时间，简便地解决了幂函数求解指数的显函数方法。章最后应用四种不同性能的液体，采用旋转粘度计实测的有关参量，与漏斗粘度计及旋转粘度的计算结果对比，说明了漏斗粘度计在一定条件下具有较高的测量精度，能较好地用于钻井液的流变学设计。     

卡森模式流变参数非线性估计的改进算法

通常对卡森模式流变参数进行非线性估计的求解过程相当复杂,针对这一问题,提出了一种基于非线性回归的改进算法。该算法不仅将流变参数估计转化为求一元函数的最小值问题,而且还给出了目标函数搜索区间上界和下界的确定方法。通过大量实测数据对一元目标函数进行计算的结果显示,其为搜索区间上的单峰函数,可采用二分法、黄金分割法及Fibonacci法等一维搜索法求解。改进算法计算稳定,无须设初始值,收敛速度快,且易于计算机编程。经实例计算验证,该算法所得的流变参数是基于最小二乘意义下的最优估计。     

子洲气田开发动态评价新方法研究

子洲气田经过6年的滚动开发,生产动态上表现为单井的产能差异较大,目前的开发动态评价方法不适应,为此提出了气井地层压力评价的新方法,即黄金分割优选法和生产数据优化拟合产能评价方法,实例计算表明,这两种方法计算精度高、实用,能满足工程计算实际需要。     

一种基于破碎比功的岩石破碎效率评价新方法

在石油钻井工程中,评价钻进效率差别的方法是利用钻速方程来计算各单因素对钻速的影响,计算工作量大,缺乏综合性。根据岩石破碎的基本理论,对牙轮钻头破碎岩石所消耗的能量进行分析,建立了岩石破碎比功的计算模型,并提出一种基于破碎比功的岩石破碎效率评价方法。应用所建立的模型和方法,可以有效地分析和确定不同条件下的岩石破碎效率,分析评价不同钻头、不同钻进措施条件下所产生的钻井效果,为钻井工程设计中优选钻头类型、优化钻进参数以及钻井事后效果分析提供了依据。应用该方法所得的计算结果,很好地解释了过平衡钻井和欠平衡钻井条件下同种地层而钻速差异较大的根本原因。     

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钻井液剪切稀释性直接影响钻井液的带砂、携屑能力和高压喷射钻井效率。前人已把τｏ／ηｓ、τｃ卡／η∞、ｎ分别作为钻井液在宾厄姆、卡森、幂律流变模式下剪切稀释性的表征，并在石油钻井工程中作为“评价”指标。文中采用了比面积法来表征钻井液剪切稀释性，并与“评价”指标进行了对比分析。结果表明，该法简单、可靠、易求，物理意义明确，适合不同流变模式下钻井液剪切稀释性评价，且与宾厄姆动塑比（τｏ／ηｓ）、卡森动切力／极限粘度比（τｃ卡／η∞）、幂律流性指数（ｎ）的表述一致，证实了用τｏ／ηｓ、τｃ卡／η∞、ｎ来评价钻井液剪切稀释性的正确性。     

API“两点”法求解流变参数的精确算法

API推荐的"两点"法求取的流变参数误差较大,导致钻完井的水力计算与现场实际相差较大。为此,基于API"两点"法求流变参数的原理,结合管壁处流体剪切速率的预测计算公式,提出了API"两点"法的精确算法。用A、B两种不同类型的钻井液,在圆管和环空中的层流流动实验数据,对该精确算法的准确性进行验证。结果表明:用精确算法求取的流变参数计算层流压降比用API推荐方法更加精确。例如,用精确算法求取钻井液A、B的宾汉模式流变参数,计算在圆管中层流压降的平均相对误差,与API"两点"法相比,分别降低17.61%和40.19%。     

钻井周期预测新方法——以塔里木油田为例

钻井周期是油气田进行工程投资测算、勘探开发钻机部署的一个关键参数。为此,系统分析了国内石油钻井周期定额统计方法（经验估算法、统计分析法、技术测定法等）,在中国石油天然气股份有限公司现用的“3、5、2”分段加权平均法钻井周期定额预测模型的基础上,提出了先用“黄金分割”原则处理已完钻时效数据,再用“3、5、2” 分段法进行工时测算的新的钻井周期预测方法。改进后的预测钻井周期方法与地质深度、工程难度的联系更为紧密。应用该方法对塔里木油田轮南区块已完钻井实际数据进行了处理,对定额水平测算和分析结果表明,采用“黄金分割”测算的钻井周期工时定额值比“3、5、2” 分段法测算值要先进1.23%～6.78%,先进率在工程实践允许的范围内。该研究成果已用于该油田哈得、轮古等7个区块的钻井周期定额编制,取得了良好效果。