赫谢尔－巴尔克莱液体直井稳态波动压力计算模式

赫谢尔－巴尔克莱（Ｈｅｒｓｃｈｅｌ—Ｂｕｌｋｌｅｙ）流变模式是一个三参数模式，因其精度较高，近几年国内多用其描述钻井液的流变性。不过，与该模式相应的有关钻井水力学方面计算模式并不完善，影响了该模式的推广使用。本文以该模式为基础，从理论上推导并建立了直井起下钻或下套管过程中稳定层流条件下钻井液粘性产生的波动压力计算模式──—赫谢尔－巴尔克莱液体稳态波压模式。给出了有关计算公式和图表。本文为更准确地计算起下钻或下套管等钻井作业过程中井内产生的波动压力提供了理论依据。     

赫谢尔－巴尔克莱液体直井稳态波动压力计算模式

赫谢尔－巴尔克莱（Ｈｅｒｓｃｈｅｌ—Ｂｕｌｋｌｅｙ）流变模式是一个三参数模式，因其精度较高，近几年国内多用其描述钻井液的流变性。不过，与该模式相应的有关钻井水力学方面计算模式并不完善，影响了该模式的推广使用。本文以该模式为基础，从理论上推导并建立了直井起下钻或下套管过程中稳定层流条件下钻井液粘性产生的波动压力计算模式──—赫谢尔－巴尔克莱液体稳态波压模式。给出了有关计算公式和图表。本文为更准确地计算起下钻或下套管等钻井作业过程中井内产生的波动压力提供了理论依据。     

起下钻过程中井筒稳态波动压力计算方法

为了避免起下钻过程中井涌、井漏等复杂情况的发生,需要提高井筒波动压力计算精度。以槽流模型为基础,结合起下钻过程中的流体真实速度分布情况,根据井筒流体的连续性及相应的边界条件,分别讨论层流、紊流状态下的波动压力,建立了基于钻柱运动的稳态井筒波动压力计算模型,并采用数值解法对模型进行求解。结合现场生产数据分析发现:当起下钻速度由0.2 m/s增大至0.6 m/s时,波动压力由0.21 MPa增大至0.27 MPa;钻柱运动速度、流体流变性等条件不变,环空内外径之比由0.55增大至0.95时,井筒波动压力增加幅度由0.30 MPa增大至0.50 MPa。采用文献数据进行计算对比,结果表明:Burkhardt模型的计算误差多数大于8%,波动压力模型预测值与实测值的计算误差基本小于5%,符合精细控压钻井计算误差要求。研究结果表明,采用井筒稳态波动压力计算方法可以精确分析非钻井过程井筒压力,指导现场安全生产。      

宾汉液体直井稳态波动压力计算模式研究

为避免井下复杂情况的发生,严格控制起下钻或下套管等钻井作业过程中井内产生的波动压力,是钻井设计和施工必须考虑的重要问题之一。这就要求对实际波动压力的预测要有较高的精度,即需要精度较高的预测模式。多年来常用的波动压力计算模式为近似模式,存在一定的误差。为此,本文以宾汉流变模式为基础,从理论上推导并建立了直井起下钻或下套管过程中稳定层流条件下钻井液粘性所产生的波动压力计算模式——稳态波压模式。给出了便于现场使用的计算公式和图表。对钻井现场更好地控制起下钻或下套管速度和钻井液性能有一定的参考作用。     

基于四参数流变模式的套管下放速度分析

固井下套管作业中,井底压力平衡与波动压力的大小密切相关。套管下放速度是影响波动压力的主要因素,因此确定合理的套管下放速度,对安全固井具有重要的意义。基于下套管工况,以先进的四参数流变模式为基础,利用窄槽模型,根据井筒流体流动的连续性和相应的边界条件,得出窄槽模型下的环空流量,以此流量与常规模型下得到的流量相等为条件,建立套管最大安全下放速度计算模型。模型验证结果显示,该模型计算的套管安全下放速度与实例井套管下放速度误差在10% 以内,表明该计算模型具有一定的精度,可以为现场固井下套管作业提供参考。     

定向井同心环空RS流体稳态波动压力研究

波动压力是影响井眼稳定的主要因素，其大小对维护井眼内压力平衡、设计井身结构和泥浆性能的确定、以及确定合理的起下钻（或下套管）速度有重要意义。文中以Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ──Ｓｔｉｆｆ流变模式为基础，从理论上推导了定向井同心环空中起下钻或下套管过程中在稳定层流条件下，钻井液粘性产生的波动压力计算模式，并绘制了不同情况下波动压力系数的变化规律曲线及给出计算示例，提供给现场应用。     

超临界二氧化碳钻井时瞬态波动压力

利用超临界二氧化碳开发油气藏资源极具潜力,但是有许多基础问题仍有待研究,瞬态井底波动压力变化问题是其中之一。基于超临界二氧化碳的物性,文中考虑了超临界二氧化碳与钻柱、井壁的传热,建立了井筒流动控制方程、瞬态控制方程,最终获得井底的热流固耦合瞬态波动压力模型。在停泵条件下,起下钻速度越快,井底波动压力越大。当地面入口温度增大时,最大波动压力降低;当地面出口压力增大时,最大波动压力增大;当起下钻速度为0.1~2.0 m/s时,最大激动压力从0.13 MPa升到3.86 MPa,产生的最大抽汲压力从0.13 MPa升到1.83 MPa。与清水钻井对比发现,超临界二氧化碳钻井产生的波动压力偏低,有利于现场作业,可以适当加快起下钻速度,提高工作效率。     

起下钻动态波动压力应用软件开发

介绍了动态波动压力计算模型及应用软件的开发，计算模型将起下钻过程中井眼内钻井液流动作为不稳定流动处理，采用特征式差分及方格网加线性插值的方法求解基本方程组。应用软件考虑了不同井身结构、不同钻具组合、钻头水眼、钻头及泥包钻头、钻井液密度、钻井液流变性及流变参数随升温的变化、不同起下速度和加速度、不同下钻井深、钻杆接头及扶正器的影响。另外采用空间单元划分取合补偿的方法，以提高计算速度和计算精度。     

四参数流变模式及其水力计算模型

提出了一种四参数流变模式,该模式能够精确地描述各种无时间依存关系的钻井液体系。利用多组测量数据评价了四参数流变模式对不同流体的拟合效果。根据管流特性参数法,并扩展应用到环空中,推导了管内与环空的层流压降计算公式,同时给出了紊流计算的半经验公式。通过引入广义流性指数的方法,给出了流态判别模型,使层流与紊流计算一致。根据四参数水力计算模型编制了计算机程序,利用一组不同来源的实验数据(包括管内与环空各种钻井液下的层流和紊流流动),验证了四参数模式的水力计算模型。与实测数据的对比表明,该模型计算结果与测量数据吻合得很好。说明该模式的水力计算模型要优于当前可用的流变模式。     

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.     

基于遗传算法的钻井液流变模式参数计算

采用线性回归算法和遗传算法对钻井液常用流变模式的参数进行求解.使用线性回归拟合出幂律、宾汉和卡森模式的参数,然后使用遗传算法对这三个模式的参数进行优选对比.对这两种方法结果进行对比表明:对于线性模式(如宾汉模式),遗传算法和线性算法的精度大致相当,但对非线性的流变模式(即幂律和卡森模式),遗传算法表现出独特的优势其拟合精度有较大的提高.     

窄安全密度窗口地层钻井起下钻井底压力瞬态波动规律

窄安全密度窗口地层压力敏感,钻井起下钻作业引起井底压力波动,易诱发溢流、井漏等井下复杂。
文章以一维瞬态流动模型,考虑井筒液－固两相介质,建立了起下钻井底压力瞬态波动理论模型,并通过数值模拟
研究了影响钻井起下钻井底压力瞬态波动的主要因素。研究表明,起下钻速度、井深、钻井液密度、起下钻深度是
影响井底压力波动的主要因素。起下钻速度、钻井液密度越大,井深越深,起下钻深度越深,起下钻作业引起的井
底压力波动越剧烈,压力波峰值滞后越严重。起下钻作业时,尤其在起钻的早期和下钻后期,应尽量降低起下钻速
度,以降低井底压力波动,保障井底压力处在安全密度窗口之内。     

高温高压油井套管下放波动压力研究

波动压力是破坏井眼压力平衡系统导致井喷、井漏、井塌及其他复杂情况的重要原因,其预测及应用在钻井工程中占有重要地位。在固井作业下套管过程中,主要表现为激动压力,通过控制套管下放速度来控制激动压力,从而实现全过程平衡压力固井,不压漏低压层和保护薄弱地层。波动压力预测作为非常规套管柱设计的主要因素,在海洋高温高压钻井中显得尤为突出。尽管动态计算方法能较准确地计算井底波动压力,但是从安全角度来考虑,稳态法更适合实际工程计算。     

基于模拟退火算法的非线性钻井液流变模式的参数优化

使用最小二乘法的思想构造非线性钻井液流变模式(幂律模式、卡森模式、赫-巴模式、罗伯特逊-斯蒂夫模式、斯可欧模式)参数优化的目标函数,分析了模拟退火算法在参数优化中的可靠性,并根据模拟退火的基本思路,使用MATLAB语言编程实现流变模式参数的优化.结果表明,在幂律模式、卡森模式、赫-巴模式等非线性流变模式的参数优化中,模拟退火算法有着较好的适用性.     

基于最小二乘估计算法的钻井液流变模式参数优化

借鉴最小二乘估计的优化思想,推导了流变模式(宾汉流变模式、幂律流变模式和赫-巴流变模式)的参数求解方法,并使用了拟牛顿算法求解,该方法避免了因转化成线性模型过程中的统计误差;根据SSE、RMSE和R2,评价了流变参数拟合效果。对实际流变数据进行拟合,结果表明,该方法拟合精度高,效果好,可应用于钻井液流变参数确定、流变模式优选及钻井液性能调整。     

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。     

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。     

计算井内波动压力的简单方法

管柱在充满钻井液的井内运动所产生的波动压力,会使井内压力系统失去平衡而引起井下复杂和事故。以往使用的波动压力计算公式比较复杂,计算误差较大。本文介绍二种井内波动压力的简单计算方法并列举出运算实例。本方法尤其适用于现场计算。     

钻井液流变参数相关性研究

钻井液的流变特性常用宾汉塑性模式、幂律模式、卡森模式和赫谢尔-巴尔克莱模式来描述,不同的流变模式所诠释的流变性能不尽相同,其流变参数也不一样。通过实验测得聚合物海水钻井液和聚磺淡水钻井液在不同密度时的4种流变模式的流变参数值,对4种流变模式流变参数值进行分析对比,结果表明,塑性黏度、屈服值、幂律流性指数、卡森屈服值、极限剪切黏度和赫-巴屈服值均有较明确的物理意义;黏度参数之间、屈服值之间有一定对应关系;幂律流性指数与动塑比有密切的相关性。研究钻井液流变参数相关性,对于明确不同流变模式的流变参数的意义、流变参数间的关联以及在钻井液设计中确定流变参数值的范围具有非常重要意义。     

高密度钻井液流变模式及其参数计算方法选择

本文对现场实测的１５个构造２５口井聚磺，磺化高密度钻井液的旋转粘度计变速直读数１０４组，利用相关系数方法，计算了其幂律，宾汉，卡森模式的相关系数，同时，以旋转粘度计的数学通式为基础，分别用各种转速组合下的测试数据，计算了高密度钻井液所适宜的流变模式的各项流变参数，与实测结果对比，求得剪切应力的平均相对误差值进行分析，结果表明，对于高密度钻井液，选择宾汉，幂律液变模式是适宜的，尤以幂律模式更好，卡森