钻井水力学分析软件的研发和应用

[摘 要] 充分考虑钻井现场应用的特点，从水力学分析软件的研发思路、流程设计、研发和应用情况来说明，如何将流变模式优选、水力学分析、水力学优化和提下钻抽汲波动分析等现代钻井工程理论和现代信息技术有机地结合在一起，让用户方便、快速、准确地分析钻井作业情况，便于用户高效、科学、安全地进行钻井作业。

[关键词] 钻井液；流变模式；抽汲波动分析；水力学分析；水力学优化

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

[中图分类号] F272.7 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）04- 0049- 03

1 概 述

钻井作业是石油勘探作业中重要的一环，尽管钻井工程技术不断发展，但是如何高效、科学、安全地钻井必须依赖精确的水力参数计算。现在不管是垂直钻井，还是大位移水平钻井，计算出比较准确的钻井水力学参数，都是必要的。钻井液是钻井的血液，钻井液在钻井过程中是否能有效携带钻井岩屑，平衡地层压力，既不会发生井漏，也不会造成井涌就必须进行水力学分析计算，进一步分析、优化钻井液性能，和钻井设备有效配合，科学地指导钻井作业。

2 设计思路

2.1 流变模式优选

钻井作业中常用的水力学流变模式有5种：牛顿、宾汉、幂率、卡森和赫谢尔-巴尔克莱模式，流变模式不同，计算的水力学参数将会有较大的差异，所以优选流变模式非常重要。因为不同的流变模式有自己比较适用的剪切速率范围，所以导致流变模式的选择不仅和泥浆性能有关，还和当时所处的钻井状态有关，所以软件设计中为了适应钻井作业的各种情况：钻进、循环、接单根、提下钻、下套管等，在软件中提供自动优选流变模式和手动选择流变模式两种方式进行水力学分析计算。

自动优选流变模式采用最小二乘法优选出与钻井液性能拟合程度最高的流变模式。离散数据点（Xi，Yi），i=1，2，…，n，离散的数据点就是钻井液性能参数，依据节点值，构造逼近函数y= f（x），绘制拟和曲线，5种流变模式对应的方程就是逼近函数，基于构造函数Y轴坐标值f（xi）和相应的实验数值y（xi）的差称为残差δxi=y（xi）-f（xi），最小二乘法就是要残差的平方和为最小，即剩余标准差最小。剩余标准差最小的曲线所代表的就是最优的流变模式。剩余标准差S的计算公式：

S=■[y（xi）-f（xi）]2

剩余标准差S越小，表示相关程度越大，即表示所选流变模式为钻井液最优化的流变模式。

2.2 水力学分析软件国内现状

目前国内几家研发综合录井软件系统的厂家和院校有研发的钻井水力学分析软件，但是和国外的软件比较存在较大的差距，主要存在以下问题：

（1）功能单一：考虑不全面，计算方法单一，功能比较简单，一般只有钻井水力学分析功能，没有抽汲波动分析功能和钻井水力学优化功能。

（2）适应性差：专业化程度低，输出的参数比较单一，不全面，考虑因素较少，软件和现场脱节，可借鉴的功能太少，往往无法满足国外录井工作的需要。

（3）灵活性差：报表格式单一，用户单位单一，语言单一，无法适应国内外录井工作的需要。

2.3 软件功能设计

针对国内软件存在的问题，并借鉴国外软件的特点，钻井水力学分析软件主要具有3种功能：钻井水力学分析、提下钻抽汲波动分析和钻井水力学优化。

（1）钻井水力学分析功能主要完成钻进过程中的水力学参数的计算，计算不同井段的循环压力、钻具压力损失、流型、钻井液体积、流速、循环时间、泵冲数、钻头喷速等参数，便于用户分析和调整钻井液性能和钻具结构。

（2）提下钻抽汲波动分析功能计算提下钻时产生的抽汲波动压力、当前速度下产生的抽汲波动压力，不同提下钻速度产生的抽汲波动压力，便于用户确定安全提下钻速度，避免井喷井涌的危险。

（3）水力学优化功能主要用来优选钻头水眼大小和泵排量。

2.4 软件流程设计

根据软件功能设计，3种软件功能的流程设计如下：