鉆井水力學(xué)分析軟件的研發(fā)和應(yīng)用

趙玉杰 陳克霞 馬同新 周勇

[摘 要] 充分考慮鉆井現(xiàn)場應(yīng)用的特點，從水力學(xué)分析軟件的研發(fā)思路、流程設(shè)計、研發(fā)和應(yīng)用情況來說明，如何將流變模式優(yōu)選、水力學(xué)分析、水力學(xué)優(yōu)化和提下鉆抽汲波動分析等現(xiàn)代鉆井工程理論和現(xiàn)代信息技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，讓用戶方便、快速、準(zhǔn)確地分析鉆井作業(yè)情況，便于用戶高效、科學(xué)、安全地進(jìn)行鉆井作業(yè)。

[關(guān)鍵詞] 鉆井液；流變模式；抽汲波動分析；水力學(xué)分析；水力學(xué)優(yōu)化

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 04. 026

[中圖分類號] F272.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）04- 0049- 03

1 概 述

鉆井作業(yè)是石油勘探作業(yè)中重要的一環(huán)，盡管鉆井工程技術(shù)不斷發(fā)展，但是如何高效、科學(xué)、安全地鉆井必須依賴精確的水力參數(shù)計算?，F(xiàn)在不管是垂直鉆井，還是大位移水平鉆井，計算出比較準(zhǔn)確的鉆井水力學(xué)參數(shù)，都是必要的。鉆井液是鉆井的血液，鉆井液在鉆井過程中是否能有效攜帶鉆井巖屑，平衡地層壓力，既不會發(fā)生井漏，也不會造成井涌就必須進(jìn)行水力學(xué)分析計算，進(jìn)一步分析、優(yōu)化鉆井液性能，和鉆井設(shè)備有效配合，科學(xué)地指導(dǎo)鉆井作業(yè)。

2 設(shè)計思路

2.1 流變模式優(yōu)選

鉆井作業(yè)中常用的水力學(xué)流變模式有5種：牛頓、賓漢、冪率、卡森和赫謝爾-巴爾克萊模式，流變模式不同，計算的水力學(xué)參數(shù)將會有較大的差異，所以優(yōu)選流變模式非常重要。因為不同的流變模式有自己比較適用的剪切速率范圍，所以導(dǎo)致流變模式的選擇不僅和泥漿性能有關(guān)，還和當(dāng)時所處的鉆井狀態(tài)有關(guān)，所以軟件設(shè)計中為了適應(yīng)鉆井作業(yè)的各種情況：鉆進(jìn)、循環(huán)、接單根、提下鉆、下套管等，在軟件中提供自動優(yōu)選流變模式和手動選擇流變模式兩種方式進(jìn)行水力學(xué)分析計算。

自動優(yōu)選流變模式采用最小二乘法優(yōu)選出與鉆井液性能擬合程度最高的流變模式。離散數(shù)據(jù)點（Xi，Yi），i=1，2，…，n，離散的數(shù)據(jù)點就是鉆井液性能參數(shù)，依據(jù)節(jié)點值，構(gòu)造逼近函數(shù)y= f（x），繪制擬和曲線，5種流變模式對應(yīng)的方程就是逼近函數(shù)，基于構(gòu)造函數(shù)Y軸坐標(biāo)值f（xi）和相應(yīng)的實驗數(shù)值y（xi）的差稱為殘差δxi=y（xi）-f（xi），最小二乘法就是要殘差的平方和為最小，即剩余標(biāo)準(zhǔn)差最小。剩余標(biāo)準(zhǔn)差最小的曲線所代表的就是最優(yōu)的流變模式。剩余標(biāo)準(zhǔn)差S的計算公式：

S=■[y（xi）-f（xi）]2

剩余標(biāo)準(zhǔn)差S越小，表示相關(guān)程度越大，即表示所選流變模式為鉆井液最優(yōu)化的流變模式。

2.2 水力學(xué)分析軟件國內(nèi)現(xiàn)狀

目前國內(nèi)幾家研發(fā)綜合錄井軟件系統(tǒng)的廠家和院校有研發(fā)的鉆井水力學(xué)分析軟件，但是和國外的軟件比較存在較大的差距，主要存在以下問題：

（1）功能單一：考慮不全面，計算方法單一，功能比較簡單，一般只有鉆井水力學(xué)分析功能，沒有抽汲波動分析功能和鉆井水力學(xué)優(yōu)化功能。

（2）適應(yīng)性差：專業(yè)化程度低，輸出的參數(shù)比較單一，不全面，考慮因素較少，軟件和現(xiàn)場脫節(jié)，可借鑒的功能太少，往往無法滿足國外錄井工作的需要。

（3）靈活性差：報表格式單一，用戶單位單一，語言單一，無法適應(yīng)國內(nèi)外錄井工作的需要。

2.3 軟件功能設(shè)計

針對國內(nèi)軟件存在的問題，并借鑒國外軟件的特點，鉆井水力學(xué)分析軟件主要具有3種功能：鉆井水力學(xué)分析、提下鉆抽汲波動分析和鉆井水力學(xué)優(yōu)化。

（1）鉆井水力學(xué)分析功能主要完成鉆進(jìn)過程中的水力學(xué)參數(shù)的計算，計算不同井段的循環(huán)壓力、鉆具壓力損失、流型、鉆井液體積、流速、循環(huán)時間、泵沖數(shù)、鉆頭噴速等參數(shù)，便于用戶分析和調(diào)整鉆井液性能和鉆具結(jié)構(gòu)。

（2）提下鉆抽汲波動分析功能計算提下鉆時產(chǎn)生的抽汲波動壓力、當(dāng)前速度下產(chǎn)生的抽汲波動壓力，不同提下鉆速度產(chǎn)生的抽汲波動壓力，便于用戶確定安全提下鉆速度，避免井噴井涌的危險。

（3）水力學(xué)優(yōu)化功能主要用來優(yōu)選鉆頭水眼大小和泵排量。

2.4 軟件流程設(shè)計

根據(jù)軟件功能設(shè)計，3種軟件功能的流程設(shè)計如下：