一种钻井液四参数流变模型

流变性是钻井液性能的重要参数,常规流变模型表征这一特性存在较大偏差,根据相关研究结果,提出新的流变模型=aebγ-ce-dγ及求解方法,并编制了相应计算程序。经两种钻井液实测流变数据拟合验证,新建模型拟合的误差平方和小,确定系数大,其拟合效果好于常规流变模型的拟合效果,可更好地表征钻井液的流变特性。因此,该模型为钻井液流变特性较精确的表征方法,建议进行推广应用。     

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.     

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.     

水包油钻井液高温高压流变性研究

用7400型高温高压流变仪对“八五”期间研制的华北任平1井低密度水包油乳化钻井液高温高压流变性进行了实验研究。系统地测试了温度、压力对该钻井液流变性的影响;运用宾汉模式、幂律模式、卡森模式和赫-巴模式对该钻井液高温高压流变数据进行了系统拟合分析,得出赫-巴模式是描述该钻井液高温高压流变性的最佳模式,就工程应用而言,二参数的卡森模式也可以用于描述水包油乳化钻井液高温高压流变性。并研究了赫-巴流变方程中各参数随温度和压力的变化规律;还对该钻井液高温高压流变数据进行了回归分析,建立了预测低密度水包油乳化钻井液高温高压流变性能的模式。     

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.     

气制油合成基钻井液低温高压条件下流变模式研究

钻井液流变模式是对钻井液流变特性的定量表征,对钻井过程中的水力学计算具有十分重要的作用。为研究气制油合成基钻井液低温高压条件下的流变模式,用FannIX77全自动钻井液流变仪测定不同油水比的流变参数并进行了分析。试验结果表明,低温条件下气制油合成基钻井液体系的剪切应力随着压力的升高而增大;流变曲线不经过原点,且曲线斜率不断增大。应用最小二乘法和线性回归对两种体系的流变曲线进行了拟合,结果表明,对于不同油水比的合成基钻井液体系,宾汉、卡森、H-B三种流变模式均能较好地反映低温高压条件下钻井液的流变特性,幂律模式相对较差;与宾汉、H-B模式相比,卡森模式的拟合效果最佳。为便于水力学计算,建议用宾汉模式来表征气制油合成基钻井液的流变特性,并进行水力学计算。      

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。     

水基钻井液高温高压流变动力学研究

钻井液性能受深井超深井高温高压的影响会产生较大变化,为确保安全高效钻井作业,必须准确掌握钻井液在井底高温高压条件下的流变行为。针对一类典型的抗高温聚磺水基钻井液,开展了广域温压（～180℃,～100 MPa）下流变性能评价研究,定量评价了其流变参数随温度压力的变化规律。结果表明:聚磺水基钻井液流变参数受压力的影响明显小于温度的影响;在温压组合条件下,钻井液流变模式拟合效果排序为:赫-巴>罗-斯>宾汉>卡森>幂律。以赫-巴模式为基础,采用直接拟合方法从（T,P）、（T,1/P）、（T,lnP）、（1/T,P）、（1/T,1/P）、（1/T,lnP）、（lnT,P）、（lnT,1/P）、（lnT,lnP）9种组合中构建了其流变参数随温压变化的最佳拟合方程,建立了聚磺水基钻井液高温高压流变动力学预测模型,模型预测精度高,相对误差率98%集中在-7.15%～11.46%之间,平均误差仅为1.03%。      

钻井液流变模式比较与优选

选用不同的流变模式对钻井水力参数的计算影响很大。文中对石油钻井中常用的钻井液３种流变模式：幂律模式、宾汉模式和带屈服值的幂律模式进行了实验对比，使用油基钻井液、水基钻井液和新型ＭＭＨ钻井液，运用３种不同模式分别预测了剪切应力与环空压降大小，并与实测值作了对比。结果表明：在实验用的６种钻井液中，带屈服值的幂律模式更能准确地预测环空剪切应力和层流压降。并给出了求解带屈服值的幂律模式的流变参数计算步骤。     

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。     

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。     

库车山前低返速固井钻井液低剪切流变特性研究

针对塔里木库车山前超高压气井四开低返速固井过程中钻井液实际处于低剪切流动状态和现场采用全剪切速率流变测试数据拟合其流变模式和流变参数的不足,研究了库车山前钻井液在低返速固井过程中的低剪切速率范围、对应的流变模式和流变参数及其对注水泥环空流动摩阻系数的影响。研究结果表明,在低返速固井过程中,钻井液的剪切速率明显小于1022 s?1（600 r/min）,且对应的流变模式及流变参数与全剪切速率范围内的差异巨大,导致基于二者的注水泥环空摩阻系数也存在较大的差异,从而影响对注水泥环空压力计算的精确控制。为此,对低返速固井,应根据其低剪切速率范围内的流变模式和流变参数计算环空流动压耗,控制固井排量,提高低返速防漏固井的成功率。      

基于改进黄金分割法的钻井液流变模式优选

钻井液流变参数的计算和流变模式的优选对于钻井作业的顺利进行至关重要。结合数值计算方法、回归分析和最优化的理论,在穷举法的基础上,引入相关指数、残差平方和以及残差方差3个评价标准,利用黄金分割法加快有根区间的收缩速度,提出了改进的黄金分割搜索算法。利用该方法,不用给定迭代初始值,收敛性好,克服了已有钻井液流变模式优选算法的缺点,同时适用于2参数、3参数、4参数流变方程的参数计算与流变模式优选。借助MATLAB语言编制相应计算程序对大量数据进行计算,并与前人的计算结果进行比较,结果表明:所采用的3种回归评价标准是有效的,与改进的黄金分割搜索算法相结合,能够回归出钻井液的流变参数,并准确地优选出流变模式,残差方差的计算结果平均降低了19.70%,计算结果精度更高。      

考虑井眼清洁条件下的小井眼钻井液性能优化研究

新疆油田玛湖部分区块采用长水平段(超2000 m)小井眼技术进行钻井和开发。在钻井过程中,井眼不清洁导致的卡钻,井筒压力过大导致的漏失问题严重制约了该区块的高效经济开发。钻井液性能的优化是解决上述问题的关键方法之一。为此,采用了CFD数值模拟的方法,建立了环空固液两相流模型,探究了不同钻进参数下钻井液不同流变参数(赫巴流变模型)对岩屑运移和环空压耗的影响。根据数值模拟结果可知:(1)提升钻井液密度有利于提高携岩能力;(2)不同钻进参数下,钻井液流变参数对岩屑运移作用效果不同;(3)钻井液流变参数并非越大越有利于岩屑运移;(4)结合玛湖区块特征,确立了最优钻井液流变参数范围,并将该范围成功的应用于现场。     

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...     

深水表层钻井液密度与流变参数相关性研究

钻井液流变参数和密度的确定是钻井工程中一项十分重要的工作,它直接关系到钻井工作的成败.通过实验研究钻井液密度与流变参数的相关性,参照海上表层钻井液的配方,配制不同密度的钻井液测其性能,对实验数据作图,建立了密度与流变参数的数学模式.根据数学模式就可以通过钻井液的密度来初步确定钻井液的流变参数.