小井眼钻井水力参数优化设计模型的建立及软件开发

摘要

由于小井眼井环空间隙小以及钻柱高速旋转的特点，小井眼钻井与常规井眼钻井在水力学上有很大的区别，其中重要的一点就是小井眼环空压耗明显大于常规井。钻柱旋转、钻柱偏心等对环空压耗有影响的因素在小井眼环空压耗计算中不能再忽略，常规的水力参数优化设计方法也已不能完全适用于小井眼。另外现有的小井眼环空压耗计算模型考虑的影响因素不够全面且预测精度不高，因此急需建立一个精确的小井眼环空压耗计算模型及适用于小井眼井的水力参数优化设计模型。
　　本文在系统调研国内外小井眼钻井水力学资料的基础上，对小井眼与常规井水力学差异进行了研究;在常规井环空压耗计算基础上，推导出了一种新的适用于宾汉、幂律、赫巴等多种流变模式，考虑了钻柱旋转、钻柱偏心、钻具接头、井壁粗糙度等因素综合影响的小井眼环空压耗计算模型;分析了不同钻井液流变模式及各影响因素对环空压耗的影响，通过现场实测数据的验证表明文中建立的小井眼环空压耗计算模型具有很高的计算精度;针对小井眼井环空压耗对钻井液流变模式选择的敏感性，建立了一种新的流变参数计算方法和流变模式优选方法;最终完善了小井眼钻井水力参数优化设计理论，通过对钻井液流变模式、循环系统压耗的计算，喷嘴当量直径计算等方面的优化，建立了小井眼钻井水力参数优化设计模型并开发了小井眼钻井水力参数优化设计软件。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究内容

1．4 创新点

第二章 小井眼与常规井钻井水力学差异性研究

2．1 压降分布差异

2．2 钻柱旋转影响差异

2．2．1 钻柱旋转影响的差异性

2．2．2 钻柱旋转对小井眼井环空压耗的影响分析

2．3 钻柱偏心影响差异

2．3．1 钻柱偏心影响的差异性

2．3．2 钻柱偏心对小井眼井环空压耗的影响分析

2．4 井壁粗糙度及钻具接头影响差异

2．5 不同钻井液流变模式影响差异

2．6 排量选择范围及钻井液流态假设差异

2．7 小结

第三章 小井眼井钻井环空压耗计算模型的建立

3．1 模型的建立方法分析

3．2 小井眼环空压耗计算新模型

3．2．1 基于有效直径的环空压耗计算公式的推导

3．2．2 小井眼环空压耗模型的建立

3．2．3 小井眼环空压耗模型的求解

3．3 小井眼井环空压耗各影响因素的分析

3．4 新环空压耗模型的准确性验证

3．5 小结

第四章 小井眼钻井水力参数优化设计模型的建立

4．1 水力参数优选标准

4．1．1 最大钻头水功率

4．1．2 最大射流冲击力

4．2 小井眼钻井液流变模式的优选和流变参数计算的优化

4．2．1 钻井液常用流变模式及参数常规算法

4．2．2 非线性回归分析新算法

4．2．3 钻井液流变模式的优选方法

4．2．4 新算法的实例分析及各流变模式的比较

4．3 循环系统压耗计算的优化

4．3．1 地面管汇与钻柱内压耗计算

4．3．2 环空压耗计算的优化

4．3．3 循环系统压耗优化结果分析

4．4 喷嘴当量尺寸的优化

4．5 水力参数优化设计步骤

4．6 小结

第五章 小井眼钻井水力参数优化设计系统的软件开发

5．1 软件简介

5．1．1 数据管理模块

5．1．2 计算分析模块

5．2 软件计算示例

5．3 小结

第六章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文