井眼清洁度确定方法、系统、设备和计算机可读存储介质与流程

1.本发明涉及石油与天然气钻采工程技术领域，具体来讲，涉及一种井眼清洁度的确定方法、一种井眼清洁度分析系统、一种用于井眼清洁度分析的设备和一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。


背景技术：

2.随着现代社会对石油不断增长的需求，石油勘探开发呈现全球化特点。钻井施工区域遍布世界各地，并广泛分布于海洋、沙漠、沼泽、丘陵、山区等复杂地表和复杂地下地质条件下，增加了钻井施工的复杂程度和钻井施工过程的不确定性，对钻井工程设计、风险分析与控制技术提出了更高的要求。复杂井的钻井工程数据分析、钻井风险分析与控制、钻井方案实时优化等都需要钻井工程软件提供技术支撑。钻井工程软件在提高钻井效益、增强钻井作业安全等方面发挥着越来越重要的作用。
3.例如，我国西南地区大多为页岩气、致密气等非常规油气田，为实现效益开发均采用丛式井水平井；而其他地区普遍为常规油气田，为实现高效开发，普遍采用大斜度井和水平井。钻井过程中，井眼清洁问题是大斜度井、水平井钻成的关键影响因素之一，尤其是对于大斜度井，水平井来说，井眼状况的不清洁不仅会导致钻石慢，起下钻遇阻，电测遇阻等复杂情况的发生，更严重时可能导致卡钻的发生，严重影响经济效益。
4.现场施工中，一般采用人工手动计算每口井的井眼清洁状况，不仅耗费大量的时间成本和人工成本，无法快速获得井眼清洁状况，而且无法保证井眼清洁计算的准确性。此外，现有的井眼计算模型只适用于计算常规油气田的井眼清洁状况，对于特殊地形的非常规油气田，其计算误差较大，容易对钻井生产造成指导失误，引发起下钻遇阻、卡钻等突发情况。
5.例如，于2019年5月28日公开的名称为一种确定异形井眼中的井眼清洁效果的方法、公开号为cn 109812236的a专利文献记载了一种确定异形井眼中的井眼清洁效果的方法，该方法首先基于钻井基础参数建立异形井眼几何模型，然后通过数值计算得到稳定状态下井眼各个位置的岩屑浓度分布，最后通过岩屑浓度分布确定井眼清洁效果。该方法可以较准确的计算异形井眼中钻井液流动状态和岩屑浓度分布。
6.于2021年10月22日公开的名称为一种井眼清洁度分析方法、装置及计算机存储介质、公开号为cn 113530525 a的专利文献记载了一种井眼清洁度分析方法，包括：在确定待监测的井眼后，获取所述待监测井眼的历史钻井数据，根据预设的综合摩阻系数标尺和所述待监测井眼的历史钻井数据构建对应的钩载井深建模图。根据在待监测井眼内各目标测量位点实际测量的扭矩摩阻数据，在所述钩载井深建模图上标记对应各目标测量位点的实际测量参数点。根据标准摩阻系数曲线确定对应各实际测量参数点的实际摩阻系数。根据当前测量位点与上一测量位点的实际摩阻系数，确定所述待监测井眼的清洁度。该方法建立关键参数的模型，并通过现场实钻数据和模型数据进行比对，确定了井眼的清洁度。
7.目前，国内尚没有针对非常规油气田的井眼清洁计算模型，也没有开发出有关于
井眼清洁分析计算的系统软件。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种井眼清洁度的确定方法和分析系统，以实时掌握井眼清洁情况，并根据实际情况，通过分析计算，可以优化钻井液性能指标和钻井参数，实时指导钻井生产。
9.为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种井眼清洁度的确定方法，所述确定方法包括：钻进过程中，将钻屑转移根据井斜角划分为第一清洁区、第二清洁区和第三清洁区，其中，第一清洁区包括井斜角为0
°
～30
°
的小斜度井段，第二清洁区包括井斜角为30
°
～60
°
的中斜度井段，第三清洁区包括井斜角为60
°
～90
°
的大斜度井段；
10.对于所述第一清洁区，通过计算钻屑颗粒传输比来确定井眼清洁度；对于所述第二清洁区，通过计算岩屑床厚度所占井眼直径比和环空止动返速来确定井眼清洁度；对于所述第三清洁区，通过计算岩屑床厚度所占井眼直径比来确定井眼清洁度。
11.在本发明的井眼清洁度的确定方法的一个示例性实施例中，所述确定方法可具体包括以下步骤：
12.针对所述第一清洁区，可采用小斜度井段井眼清洁计算模型计算钻屑颗粒传输比rt，若rt≥0.5，则确定所述第一清洁区的清洁度满足清洁效果，若rt《0.5，则确定所述第一清洁区的清洁度不满足清洁效果；
13.所述小斜度井段井眼清洁计算模型如式(1)～(3)所示：
[0014][0015][0016][0017]
式(1)～(3)中，v
sx
为钻屑颗粒沉降速度，m/s；ds为钻屑颗粒当量直径，cm；ρs为钻屑颗粒密度，g/cm3；ρm为钻井液密度，g/cm3；为钻屑颗粒形状系数，无量纲；va为钻井液环空返速，m/s；qa为钻井液流量，l/s；dh为井眼直径，mm；d
p
为钻杆外径，mm；rt为钻屑颗粒传输比，无量纲；
[0018]
针对所述第二清洁区，可采用中斜度井段井眼清洁计算模型计算中斜度井段岩屑床相对厚度h
zx
和环空止动返速v
p
，若h
zx
≤10％且v
p
≥va，则确定所述第二清洁区的清洁度满足清洁效果，若h
zx
》10％或v
p
《va，则确定所述第二清洁区的清洁度不满足清洁效果；
[0019]
所述中斜度井段井眼清洁计算模型如式(4)～(7)所示：
[0020][0021]hzx
＝0.015dh(av 6.15av
0.5
)(1 0.587e)(v
lzx-va)式(5)
[0022]hzx
＝(h
zx
/dh)
×
100％式(6)
[0023][0024]
式(4)～(7)中，v
lzx
为中斜度井段临界环空返速，m/s；av为钻井液表观粘度，mpa.s；θ为井斜角，度；h
zx
为中斜度井段岩屑床厚度，mm；h
zx
为中斜度井段岩屑床相对厚度，无量纲；v
p
为环空止动返速，m/s；a
bed
为垂直于井眼轴向的岩屑床横截面积，mm2；c为岩屑床内岩屑浓度，无量纲；g为重力加速度，m/s2；e为钻柱偏心度，无量纲；l为岩屑床垂直于井眼轴向的横截宽度，mm；η为岩屑床与下井壁的摩擦系数，一般取0.2；pv为塑性粘度，mpa
·
s；yp为动切力，pa；k为稠度系数，pa
·
sn；n为流性指数，无量纲；
[0025]
针对所述第三清洁区，可采用大斜度井段井眼清洁计算模型计算大斜度井段岩屑床相对厚度h
dx
，若h
dx
≤10％，则确定所述第三清洁区的清洁度满足清洁效果，若h
dx
》10％，则确定所述第三清洁区的清洁度不满足清洁效果；
[0026]
所述大斜度井段井眼清洁计算模型如式(18)～(23)所示：
[0027][0028][0029][0030][0031][0032]hdx
＝(h
dx
/dh)
×
100％式(23)
[0033]
式(18)～(23)中，v
ldx
为大斜度井段临界环空返速，m/s；v
sd
为大斜度井段钻屑沉降速度，m/s；v
jx
为机械钻速，m/h；c
ang
为井斜角修正系数，无量纲；c
size
为钻屑尺寸修正系数，无量纲；c
denf
为钻井液密度修正系数，无量纲；c
rpm
为钻柱转速修正系数，无量纲；q
ldx
为无岩屑床临界环空排量，l/s；a'
bed
为岩屑床面积，mm2；h
dx
为大斜度井段岩屑床厚度，mm；qa为钻井液排量，l/s；h
dx
为大斜度井段岩屑床相对厚度，无量纲。
[0034]
在本发明的井眼清洁度的确定方法的一个示例性实施例中，所述钻屑颗粒当量直径ds可为0.5～3.0cm；所述钻屑颗粒形状系数可为0.5～1.0。
[0035]
在本发明的井眼清洁度的确定方法的一个示例性实施例中，所述井眼直径dh可通过井径测井获取，对于还未进行井径测井的井段，可根据钻头直径，按照5％～10％的扩大系数计算所述井眼直径。
[0036]
在本发明的井眼清洁度的确定方法的一个示例性实施例中，可通过式(8)计算所述岩屑床垂直于井眼轴向的横截宽度l，可通过式(9)计算所述垂直于井眼轴向的岩屑床横截面积a
bed
，式(8)和式(9)如下所示：
[0037][0038][0039]
式中，l为岩屑床垂直于井眼轴向的横截宽度，mm；dh为井眼直径，mm；h
zx
为中斜度井段岩屑床厚度，mm；a
bed
为垂直于井眼轴向的岩屑床横截面积，mm2。
[0040]
在本发明的井眼清洁度的确定方法的一个示例性实施例中，可通过式(10)计算所述钻井液表观粘度av，可通过式(11)计算所述塑性粘度pv，可通过式(12)计算所述动切力yp，式(10)～(12)如下所示：
[0041][0042][0043][0044]
式中，av为钻井液表观粘度，mpa.s；为旋转粘度计600转读数；为旋转粘度计300转读数；pv为塑性粘度，mpa
·
s；yp为动切力，pa。
[0045]
在本发明的井眼清洁度的确定方法的一个示例性实施例中，可通过式(13)计算所述稠度系数k，可通过式(14)计算所述流性指数n，式(13)～(14)如下所示：
[0046][0047][0048]
式中，k为稠度系数，pa
·
sn；n为流性指数；为旋转粘度计600转读数；为旋转粘度计300转读数。
[0049]
在本发明的井眼清洁度的确定方法的一个示例性实施例中，可通过式(24)计算所述井斜角修正系数c
ang
，可通过式(25)计算所述钻屑尺寸修正系数c
size
，可通过式(26)计算所述钻井液密度修正系数c
denf
，可通过式(27)计算所述钻柱转速修正系数c
rpm
，式(24)～(27)如下所示：
[0050]cang
＝0.0342θ-0.000233θ
2-0.213式(24)
[0051]csize
＝1.286-0.04094448ds式(25)
[0052][0053][0054]
式中，c
ang
为井斜角修正系数，无量纲；c
size
为钻屑尺寸修正系数，无量纲；c
denf
为钻
井液密度修正系数，无量纲；c
rpm
为钻柱转速修正系数，无量纲；θ为井斜角，度；ds为钻屑颗粒当量直径，cm；ρm为钻井液密度，g/cm3；n为钻柱转速，r/min。
[0055]
本发明另一方面提供了一种井眼清洁度分析系统，所述分析系统包括数据存储模块、筛分模块、数据获取模块、井眼清洁度计算模块和井眼清洁度确定模块，其中，所述数据存储模块被配置为能够储存钻进过程中目标井的实时钻井数据，所述实时钻井数据包括钻井液性能数据、钻具组合数据、井身结构数据、井眼轨迹数据、井径数据和岩屑参数；所述筛分模块被配置为能够按照拟计算井段的井斜角，自动筛分确定拟计算井段所属的清洁区，并输出分区结果；所述数据获取模块分别与所述数据存储模块、所述筛分模块连接，并被配置为能够基于分区结果从数据存储模块中抽取拟计算井段的清洗状况计算所需的输入数据；所述井眼清洁度计算模块包括选择单元、第一清洁区计算单元、第二清洁区计算单元和第三清洁区计算单元，其中，所述选择单元与所述筛分模块连接，并被配置为能够根据拟计算井段的分区结果，控制第一清洁区计算单元、第二清洁区计算单元和第三清洁区计算单元中的一者与所述数据获取模块连接，所述第一清洁区计算单元被配置为能够计算输出第一计算结果，所述第一计算结果包括钻屑颗粒传输比，所述第二清洁区计算单元被配置为能够计算输出第二计算结果，所述第二计算结果包括岩屑床厚度所占井眼直径比和环空止动返速，所述第三清洁区计算单元被配置为能够计算输出第三计算结果，所述第三计算结果包括岩屑床厚度所占井眼直径比；所述井眼清洁度确定模块与所述井眼清洁度计算模块连接，并被配置为能够根据井眼状况计算模块输出的计算结果，分析确定拟计算井段的清洁效果。
[0056]
在本发明的井眼清洁度分析系统的一个示例性实施例中，所述分析系统还可包括分析模块，所述分析模块与所述井眼清洁度计算模块连接，被配置为能够输出目标井的井眼清洁分析曲线以判断井眼清洁度，并包括小斜度钻屑传输比曲线绘制单元、中斜度临界环空返速和环空返速曲线绘制单元、中斜度岩屑床相对厚度曲线绘制单元、大斜度临界环空返速和环空返速曲线绘制单元、临界环空排量曲线绘制单元、以及大斜度岩屑床相对厚度曲线绘制单元。
[0057]
本发明再一方面提供了一种用于井眼清洁度分析的设备，所述设备包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的井眼清洁度的确定方法，以获得井眼清洁度的分析结果。
[0058]
本发明再一方面提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当计算机程序在被处理器执行时实现如上所述的井眼清洁度的确定方法，以获得井眼清洁度的分析结果。
[0059]
与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：
[0060]
(1)本发明的井眼清洁度确定方法可以克服现有经验法准确度不足、以及克服现有的井眼计算模型计算特殊地形的非常规油气田时计算误差较大的不足，可以快速、准确的计算当前井眼下的钻屑颗粒的传输比、岩屑床相对厚度和环空止动返速等参数，以判断当前井眼清洁情况；
[0061]
(2)本发明的井眼清洁度分析系统能够利用钻井现场的实时数据和动态数据，实时对钻井工程相关参数进行实时计算分析，可以实时掌握井眼清洁情况，并根据实际情况，通过分析计算，可以优化钻井液性能指标和钻井参数，实时指导钻井生产；
[0062]
(3)本发明实现了钻井工程相关参数的适时计算分析，对满足钻井工程不断增加的需求具有重要意义。
附图说明
[0063]
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和/或特点将会变得更加清楚，其中：
[0064]
图1示出了本发明的井眼清洁度分析系统的一个示例性实施例的结构示意图。
[0065]
图2示出了本发明的井眼清洁度分析系统的一个示例性实施例的小斜度钻屑传输比曲线图；其中，图2a为图2中的曲线a1对应的小斜度钻屑传输比曲线图；图2b为图2中的曲线a2对应的小斜度钻屑传输比曲线图；图2c为图2中的曲线a3对应的小斜度钻屑传输比曲线图；图2d为图2中的曲线a4对应的小斜度钻屑传输比曲线图；图2e为图2中的曲线a5对应的小斜度钻屑传输比曲线图；图2f为图2中的曲线a6对应的小斜度钻屑传输比曲线图。
[0066]
图3示出了本发明的井眼清洁度分析系统的一个示例性实施例的中斜度临界环空返速和环空返速曲线图。
[0067]
图4示出了本发明的井眼清洁度分析系统的一个示例性实施例的中斜度岩屑床相对厚度曲线图。
[0068]
附图标记说明：
[0069]
1-数据存储模块，2-筛分模块，3-数据获取模块，4-井眼清洁度计算模块，41-选择单元，42-第一清洁区计算单元，43-第二清洁区计算单元，44-第三清洁区计算单元，5-井眼清洁度确定模块。
具体实施方式
[0070]
在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的井眼清洁度确定方法、系统、设备和计算机可读存储介质。
[0071]
需要说明的是，“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0072]
页岩气、致密气等非常规油气田，为实现效益开发均采用丛式井水平井；常规油气田，为实现高效开发，普遍采用大斜度井和水平井。井眼清洁问题是大斜度井、水平井钻成的关键影响因素之一，通过实时掌握井眼清洁情况，并根据实际情况，经分析计算，优化钻井液性能指标和钻井参数，能够实时指导钻井生产。
[0073]
钻进过程中，钻屑在不同井斜井段的运移机理不同。为此，本发明将钻屑运移根据井斜分为三个清洁区，其中，小斜度井段(0～30
°
)为易清洁区，中斜度井段(30～60
°
)为不稳定岩屑床区，大斜度井段(60～90
°
)为稳定岩屑床区。由于不同清洁区钻屑运移机理不同，那么井眼清洁计算模型各不相同。
[0074]
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种井眼清洁度的确定方法。
[0075]
在本发明的一个示例性实施例中，一种井眼清洁度的确定方法可包括：
[0076]
(1)钻进过程中，将钻屑转移根据井斜角划分为第一清洁区、第二清洁区和第三清洁区，其中，第一清洁区(也就是易清洁区)包括井斜角为0
°
～30
°
的小斜度井段，第二清洁区(也就是不稳定岩屑床区)包括井斜角为30
°
～60
°
的中斜度井段，第三清洁区(也就是稳
定岩屑床区)包括井斜角为60
°
～90
°
的大斜度井段。
[0077]
(2)对于第一清洁区，通过计算第一清洁区的钻屑颗粒传输比来确定井眼清洁度；对于第二清洁区，通过计算第二清洁区的岩屑床厚度所占井眼直径比和环空止动返速来确定井眼清洁度；对于第三清洁区，通过计算第三清洁区的岩屑床厚度所占井眼直径比来确定井眼清洁度。
[0078]
通过对井段进行分区处理，可以有针对性的计算不同斜度井段的井眼清洁度，能够针对特殊地形的非常规油气田进行计算，且计算误差较小。其中，钻屑颗粒传输比、岩屑床厚度所占井眼直径比和环空止动返速等判断指标可以通过计算模型获取，也可以通过现场钻井测量获得。
[0079]
具体来讲，井眼清洁度的确定方法可包括以下步骤：
[0080]
s1、获取目标井的钻井施工参数，包括钻井液性能数据、钻具组合数据、井身结构数据、井斜数据和井径数据。
[0081]
s2、分析目标井各井段的斜度，并根据井斜角大小划分为三个清洁区，分别为井斜角为0
°
～30
°
的第一清洁区、井斜角为30
°
～60
°
的第二清洁区、以及井斜角为60
°
～90
°
的第三清洁区。
[0082]
s3、对于不同的清洁区，利用不同的井眼清洁计算模型计算其清洁度。
[0083]
(1)针对第一清洁区，该区域为小斜度井段(0
°
～30
°
)，由于井斜角小，一般不会形成岩屑床，所以将钻屑颗粒的传输比作为井眼清洁的预判标准。
[0084]
可采用小斜度井段井眼清洁计算模型计算钻屑颗粒传输比rt，若rt≥0.5，则确定第一清洁区的清洁度满足清洁效果；若rt《0.5，则确定第一清洁区的清洁度不满足清洁效果，需调整钻井液性能和/或钻井液排量。小斜度井段井眼清洁计算模型如式(1)～(3)所示。
[0085]
①
小斜度井段钻屑颗粒沉降速度v
sx
计算。
[0086][0087]
式中，v
sx
为钻屑颗粒沉降速度，m/s；ds为钻屑颗粒当量直径，cm；ρs为钻屑颗粒密度，g/cm3；ρm为钻井液密度，g/cm3；为钻屑颗粒形状系数，根据钻屑颗粒形状确定。
[0088]
其中，钻屑颗粒当量直径ds可为0.5～3.0cm，例如，钻屑颗粒当量直径可取0.5cm、1.0cm、1.5cm、2.0cm、2.5cm、3.0cm分别计算。
[0089]
钻屑颗粒形状系数可为0.5～1.0，例如，当钻屑颗粒形状为球形时，钻屑颗粒形状系数可为1.0；当钻屑颗粒形状为椭球形时，钻屑颗粒形状系数可为0.9；当钻屑颗粒形状为多角形时，钻屑颗粒形状系数可为0.8；当钻屑颗粒形状为长条形时，钻屑颗粒形状系数可为0.6；当钻屑颗粒形状为片状时，钻屑颗粒形状系数可为0.5。
[0090]
②
钻井液环空返速va计算。
[0091][0092]
式中，va为钻井液环空返速，m/s；qa为钻井液流量，l/s；dh为井眼直径，mm；d
p
为钻杆外径，mm。
[0093]
其中，井眼直径dh可通过井径测井获取，对于还未进行井径测井的井段，可根据钻头直径，按照5％～10％的扩大系数计算井眼直径。
[0094]
③
钻屑颗粒传输比rt计算。
[0095][0096]
式中，rt为钻屑颗粒传输比，无量纲；v
sx
为钻屑颗粒沉降速度，m/s；va为钻井液环空返速，m/s。
[0097]
(2)针对第二清洁区，该区域为中斜度井段(30
°
～60
°
)，易形成岩屑床，可将岩屑床厚度所占井眼直径比和环空止动返速作为井眼清洁的预判标准。
[0098]
可采用中斜度井段井眼清洁计算模型计算中斜度井段岩屑床相对厚度(也就是岩屑床厚度所占井眼直径比)h
zx
和环空止动返速v
p
，若h
zx
≤10％且v
p
≥va，则确定第二清洁区的清洁度满足清洁效果；若h
zx
》10％或v
p
《va，则确定第二清洁区的清洁度不满足清洁效果，需调整钻井液性能和/或钻井液排量。中斜度井段井眼清洁计算模型如式(4)～(14)所示。
[0099]
①
岩屑床厚度计算。
[0100]
可先计算中斜度井段临界环空返速v
lzx
，再计算中斜度井段岩屑床厚度h
zx
和中斜度井段岩屑床相对厚度h
zx
。
[0101]
中斜度井段临界环空返速：
[0102][0103]
式中，v
lzx
为中斜度井段临界环空返速，m/s；av为钻井液表观粘度，mpa.s；θ为井斜角，度；ds为钻屑颗粒当量直径，cm；ρs为钻屑颗粒密度，g/cm3；ρm为钻井液密度，g/cm3。
[0104]
中斜度井段岩屑床厚度预测：
[0105]hzx
＝0.015dh(av 6.15av
0.5
)(1 0.587e)(v
lzx-va)式(5)
[0106]
式中，h
zx
为中斜度井段岩屑床厚度，mm；dh为井眼直径，mm；v
lzx
为中斜度井段临界环空返速，m/s；av为钻井液表观粘度，mpa.s；va为钻井液环空返速，m/s；e为钻柱偏心度，无量纲，默认值为2100000。
[0107]
中斜度井段岩屑床相对厚度(岩屑床所占井眼直径百分比)：
[0108]hzx
＝(h
zx
/dh)
×
100％式(6)
[0109]
式中，h
zx
为中斜度井段岩屑床相对厚度，无量纲；h
zx
为中斜度井段岩屑床厚度，mm；dh为井眼直径，mm。
[0110]
②
环空止动返速计算。
[0111][0112]
式中，θ为井斜角，度；a
bed
为垂直于井眼轴向的岩屑床横截面积，mm2；c为为岩屑床内岩屑浓度，无量纲；g为重力加速度，m/s2；e为钻柱偏心度，无量纲；l为岩屑床垂直于井眼轴向的横截宽度，mm；η为岩屑床与下井壁的摩擦系数，一般取0.2；ρs为钻屑颗粒密度，g/cm3；ρm为钻井液密度，g/cm3；dh为井眼直径，mm；d
p
为钻杆外径，mm；pv为塑性粘度，mpa
·
s；yp
为动切力，pa；k为稠度系数，pa
·
sn；n为流性指数，无量纲。
[0113]
③
相关参数计算。
[0114]
可通过上式(2)计算钻井液环空返速va，可通过式(8)计算岩屑床垂直于井眼轴向的横截宽度l，可通过式(9)计算垂直于井眼轴向的岩屑床横截面积a
bed
，可通过式(10)计算钻井液表观粘度av，可通过式(11)计算塑性粘度pv，可通过式(12)计算动切力yp，可通过式(13)计算稠度系数k，可通过式(14)计算流性指数n，式(8)～式(14)如下所示：
[0115][0116]
式中，l为岩屑床垂直于井眼轴向的横截宽度，mm；dh为井眼直径，mm；h
zx
为中斜度井段岩屑床厚度，mm。
[0117][0118]
式中，a
bed
为垂直于井眼轴向的岩屑床横截面积，mm2；dh为井眼直径，mm；h
zx
为中斜度井段岩屑床厚度，mm。
[0119][0120]
式中，av为钻井液表观粘度，mpa.s；为旋转粘度计600转读数。
[0121][0122]
式中，pv为塑性粘度，mpa
·
s；为旋转粘度计600转读数；为旋转粘度计300转读数。
[0123][0124]
式中，yp为动切力，pa；为旋转粘度计300转读数；pv为塑性粘度，mpa
·
s。
[0125][0126]
式中，k为稠度系数，pa
·
sn；n为流性指数，无量纲；为旋转粘度计300转读数。
[0127][0128]
式中，n为流性指数，无量纲；为旋转粘度计600转读数；为旋转粘度计300转读数。
[0129]
(3)针对第三清洁区，该区域为大斜度井段(60
°
～90
°
)，是岩屑床的稳定区域，可将岩屑床所占井眼直径百分比作为井眼清洁的预判标准。
[0130]
可采用大斜度井段井眼清洁计算模型计算大斜度井段岩屑床相对厚度h
dx
，若h
dx
≤10％，则确定第三清洁区的清洁度满足清洁效果；若h
dx
＞10％，则确定第三清洁区的清洁度不满足清洁效果，需调整钻井液性能和/或钻井液排量。大斜度井段井眼清洁计算模型如式(15)～(27)所示。
[0131]
①
大斜度井段临界环空返速v
ldx
计算。
[0132]vldx
＝v
t
v
sdd
式(15)
[0133][0134]vsdd
＝v
sdcangcsizecdenfcrpm
式(17)
[0135]
由上式(15)～(17)可知，大斜度井段临界环空返速v
ldx
为：
[0136][0137][0138]
式中，v
ldx
为大斜度井段临界环空返速，m/s；v
t
为临界岩屑传输速度，m/s；v
sdd
为大斜度井段当量钻屑沉降速度，m/s；v
jx
为机械钻速，m/h；dh为井眼直径，mm；d
p
为钻杆外径，mm；v
sd
为大斜度井段钻屑沉降速度，m/s；c
ang
为井斜角修正系数，无量纲；c
size
为钻屑尺寸修正系数，无量纲；c
denf
为钻井液密度修正系数，无量纲；c
rpm
为钻柱转速修正系数，无量纲；av为钻井液表观粘度，mpa.s。
[0139]
②
大斜度井段岩屑床厚度计算。
[0140]
通过联立求解式(20)～(22)，即可求解获得大斜度井段岩屑床厚度h
dx
。
[0141][0142][0143][0144]
式中，q
ldx
为无岩屑床临界环空排量，l/s；v
ldx
为大斜度井段临界环空返速，m/s；dh为井眼直径，mm；d
p
为钻杆外径，mm；a'
bed
为岩屑床面积，mm2；h
dx
为大斜度井段岩屑床厚度，mm；qa为钻井液排量，l/s。
[0145]
③
大斜度井段岩屑床相对厚度(也就是岩屑床所占井眼直径百分比)计算。
[0146]hdx
＝(h
dx
/dh)
×
100％式(23)
[0147]
式中，h
dx
为大斜度井段岩屑床相对厚度，无量纲；h
dx
为大斜度井段岩屑床厚度，mm；dh为井眼直径，mm。
[0148]
④
相关参数计算。
[0149]
可通过式(24)计算井斜角修正系数c
ang
，可通过式(25)计算钻屑尺寸修正系数c
size
，可通过式(26)计算钻井液密度修正系数c
denf
，可通过式(27)计算钻柱转速修正系数c
rpm
，式(24)～(27)如下所示。
[0150]cang
＝0.0342θ-0.000233θ
2-0.213式(24)
[0151]csize
＝i.286-o.04094448ds式(25)
[0152][0153][0154]
式中，c
ang
为井斜角修正系数，无量纲；c
size
为钻屑尺寸修正系数，无量纲；c
denf
为钻井液密度修正系数，无量纲；c
rpm
为钻柱转速修正系数，无量纲；θ为井斜角，度；ds为钻屑颗粒当量直径，cm；ρm为钻井液密度，g/cm3；n为钻柱转速，r/min。
[0155]
本发明另一方面提供了一种井眼清洁度分析系统。
[0156]
在本发明的另一个示例性实施例中，如图1所示，井眼清洁度分析系统可由数据存储模块、筛分模块、数据获取模块、井眼清洁度计算模块和井眼清洁度确定模块组成。
[0157]
其中，数据存储模块1被配置为能够储存钻进过程中目标井的实时钻井数据，实时钻井数据包括钻井液性能数据、钻具组合数据、井身结构数据、井眼轨迹数据、井径数据和岩屑参数。
[0158]
筛分模块2被配置为能够按照拟计算井段的井斜角，自动筛分确定拟计算井段所属的清洁区，并输出分区结果。例如，当井斜角为0～30
°
时，拟计算井段为小斜度井段，属于第一清洁区；当井斜角为30～60
°
时，拟计算井段为中斜度井段，属于第二清洁区；当井斜角为60～90
°
时，拟计算井段为大斜度井段，属于第三清洁区。
[0159]
数据获取模块3分别与数据存储模块1、筛分模块2连接，并被配置为能够基于分区结果从数据存储模块中抽取拟计算井段的清洗状况计算所需的输入数据。
[0160]
井眼清洁度计算模块4包括选择单元41、第一清洁区计算单元42、第二清洁区计算单元43和第三清洁区计算单元44。
[0161]
其中，选择单元41与筛分模块2连接，并被配置为能够根据拟计算井段的分区结果，控制第一清洁区计算单元42、第二清洁区计算单元43和第三清洁区计算单元44中的一者与数据获取模块3连接。
[0162]
当筛分模块2输出的分区结果为第一清洁区时，选择单元41控制第一清洁区计算单元42与数据获取模块3连接，第一清洁区计算单元42被配置为能够计算输出第一计算结果，第一计算结果包括钻屑颗粒传输比。
[0163]
当筛分模块2输出的分区结果为第二清洁区时，选择单元41控制第二清洁区计算单元43与数据获取模块3连接，第二清洁区计算单元43被配置为能够计算输出第二计算结果，第二计算结果包括岩屑床厚度所占井眼直径比和环空止动返速。
[0164]
当筛分模块2输出的分区结果为第三清洁区时，选择单元41控制第三清洁区计算单元44与数据获取模块3连接，第三清洁区计算单元44被配置为能够计算输出第三计算结果，第三计算结果包括岩屑床厚度所占井眼直径比。
[0165]
井眼清洁度确定模块5与井眼清洁度计算模块4连接，并被配置为能够根据井眼状况计算模块输出的计算结果，分析确定拟计算井段的清洁效果。
[0166]
例如，以双鱼001-x8井为目标井，该井的井深为7559.65m，钻屑直径ds为2mm，钻井液密度为1.43g/cm3，旋转粘度计600转读数为84，旋转粘度计300转读数为47，钻
井液流量qa为14.1l/s。拟计算井段为7290～7365m，其井斜角处于30
°
～60
°
，属于第二清洁区，应选用中斜度井段井眼清洁计算模型计算井眼清洁度。利用井眼清洁度分析系统获得的计算结果如表1所示，包括中斜度井段临界环空返速v
lzx
、钻井液环空返速va、中斜度井段岩屑床相对厚度(也就是岩屑床厚度所占井眼直径比)h
zx
、以及环空止动返速v
p
。
[0167]
表1井段7290m～7365m的井眼清洁度计算结果
[0168][0169][0170]
由表1的计算结果可知，拟计算井段的h
zx
≤10％，v
p
《va，判断该井段的清洁度不满足清洁效果。
[0171]
在本实施例中，井眼清洁度分析系统还可包括分析模块，分析模块与井眼清洁度计算模块连接，被配置为能够输出目标井的井眼清洁分析曲线以判断井眼清洁度。
[0172]
分析模块可包括小斜度钻屑传输比曲线绘制单元、中斜度临界环空返速和环空返速曲线绘制单元、中斜度岩屑床相对厚度曲线绘制单元、大斜度临界环空返速和环空返速曲线绘制单元、临界环空排量曲线绘制单元、以及大斜度岩屑床相对厚度曲线绘制单元。
[0173]
其中，小斜度钻屑传输比曲线绘制单元能够根据第一清洁区计算单元的计算结果，自动绘制小斜度钻屑传输比曲线，以判断当前井眼清洁情况。
[0174]
例如，图2为小斜度钻屑传输比曲线，图2中的横坐标表示小斜度钻屑传输比，纵坐标表示井深(单位：m)。图2a～图2f为图2中对应的曲线a1～a6的小斜度钻屑传输比曲线图。曲线a1表示安全临界对应的小斜度钻屑传输比rt(也就是0.5)，曲线a2表示钻屑颗粒当量直径为2mm时对应的小斜度钻屑传输比rt1，曲线a3表示钻屑颗粒当量直径为5mm时对应的小斜度钻屑传输比rt2，曲线a4表示钻屑颗粒当量直径为10mm时对应的小斜度钻屑传输比rt3，曲线a5表示钻屑颗粒当量直径为15mm时对应的小斜度钻屑传输比rt4，曲线a6表示钻屑颗粒当量直径为20mm时对应的小斜度钻屑传输比rt5。
[0175]
从图2中可以看出，当钻屑颗粒当量直径为2mm时，曲线a2位于曲线a1的右侧，井下所有井段的小斜度钻屑传输比rt1》rt，故所有井段均满足清洁效果。当钻屑颗粒当量直径为5mm时，一部分曲线a3位于曲线a1的左侧，一部分曲线a3位于曲线a1的右侧，即井下深度为2700～3800m的井段的小斜度钻屑传输比rt2《rt，不满足清洁效果，而井下深度为3800m以下的井段的小斜度钻屑传输比rt2》rt，满足清洁效果。当钻屑颗粒当量直径为10mm时，一部分曲线a4位于曲线a1的左侧，一部分曲线a4位于曲线a1的右侧，即井下深度为2700～3800m的井段的小斜度钻屑传输比rt3《rt，不满足清洁效果，而井下深度为3800m以下的井段的小斜度钻屑传输比rt3》rt，满足清洁效果。当钻屑颗粒当量直径为15mm时，一部分曲线a5位于曲线a1的左侧，一部分曲线a5位于曲线a1的右侧，即井下深度为2700～2900m的井段的小斜度钻屑传输比rt4《rt，不满足清洁效果，而井下深度为4000m以下的井段的小斜度钻屑传输比rt4》rt，满足清洁效果。当钻屑颗粒当量直径为20mm时，曲线a6位于曲线a1的左侧，即井下所有井段的小斜度钻屑传输比rt5《rt，故所有井段均不满足清洁效果。
[0176]
中斜度临界环空返速和环空返速曲线绘制单元能够根据第二清洁区计算单元的计算结果，自动绘制中斜度临界环空返速和环空返速曲线，用于将中斜度临界环空返速与环空返速进行对比分析，以判断当前井眼清洁情况。
[0177]
例如，图3为中斜度临界环空返速和环空返速曲线，图3中的横坐标表示环空返速(单位：m/s)，纵坐标表示井深(单位：m)，曲线b1表示钻井液环空返速va，曲线b2表示钻屑颗粒当量直径为2mm时对应的中斜度临界环空返速v
lzx
1，曲线b3表示钻屑颗粒当量直径为5mm时对应的中斜度临界环空返速v
lzx
2，曲线b4表示钻屑颗粒当量直径为10mm时对应的中斜度临界环空返速v
lzx
3，曲线b5表示钻屑颗粒当量直径为15mm时对应的中斜度临界环空返速v
lzx
4，曲线b6表示钻屑颗粒当量直径为20mm时对应的中斜度临界环空返速v
lzx
5。
[0178]
从图3中可以看出，当钻屑颗粒当量直径为2mm时，曲线b2位于曲线b1的左侧，中斜度临界环空返速v
lzx
1与钻井液环空返速va之差小于0，故h
zx
1《0，h
zx
1《0。当钻屑颗粒当量直径为5mm时，曲线b3位于曲线b1的左侧，中斜度临界环空返速v
lzx
2与钻井液环空返速va之差小于0，故h
zx
2《0，h
zx
2《0。当钻屑颗粒当量直径为10mm时，曲线b4位于曲线b1的右侧，中斜度临界环空返速v
lzx
3与钻井液环空返速va之差大于0，故h
zx
3》0，h
zx
3》0。当钻屑颗粒当量直径为15mm时，曲线b5位于曲线b1的右侧，中斜度临界环空返速v
lzx
4与钻井液环空返速va之差大于0，故h
zx
4》0，h
zx
4》0。当钻屑颗粒当量直径为20mm时，曲线b6位于曲线b1的右侧，中斜度临界环空返速v
lzx
5与钻井液环空返速va之差大于0，故h
zx
5》0，h
zx
5》0。
[0179]
中斜度岩屑床相对厚度曲线绘制单元能够根据第二清洁区计算单元的计算结果，自动绘制中斜度岩屑床相对厚度曲线，以判断当前井眼清洁情况。
[0180]
例如，图4为岩屑床相对厚度曲线，图4中的横坐标表示岩屑床相对厚度(单位：％)，纵坐标表示井深(单位：m)，曲线c1表示临界岩屑床相对厚度h
zx
(也就是10％)，曲线c2表示钻屑颗粒当量直径为1mm时对应的岩屑床相对厚度h
zx
1，曲线c3表示钻屑颗粒当量直径为2mm时对应的岩屑床相对厚度h
zx
2，曲线c4表示钻屑颗粒当量直径为3mm时对应的岩屑床相对厚度h
zx
3，曲线c5表示钻屑颗粒当量直径为4mm时对应的岩屑床相对厚度h
zx
4，曲线c6表示钻屑颗粒当量直径为5mm时对应的岩屑床相对厚度h
zx
5。
[0181]
从图4中可以看出，当钻屑颗粒当量直径为1mm、2mm、3mm、4mm和5mm时分别对应的曲线c2、曲线c3、曲线c4、曲线c5和曲线c6都位于曲线c1的左侧，即五种钻屑颗粒当量直径
下的岩屑床相对厚度均小于10％。
[0182]
大斜度临界环空返速和环空返速曲线绘制单元能够根据第三清洁区计算单元的计算结果，自动绘制大斜度临界环空返速和环空返速曲线，用于将大斜度临界环空返速与环空返速进行对比分析，以判断当前井眼清洁情况。实际环空返速需大于临界环空返速才能保证当前井眼清洁。
[0183]
临界环空排量曲线绘制单元能够根据第三清洁区计算单元的计算结果，自动绘制临界环空排量曲线，用于将临界环空排量与实际环空排量进行对比分析，以判断当前井眼清洁情况。实际排量需大于临界环空排量才能保证当前井眼清洁，实际环空返速需大于临界环空返速才能保证当前井眼清洁。
[0184]
大斜度岩屑床相对厚度曲线绘制单元能够根据第三清洁区计算单元的计算结果，自动绘制大斜度岩屑床相对厚度曲线，以判断当前井眼清洁情况。
[0185]
本发明的再一方面提供了一种用于井眼清洁度分析的计算机程序。
[0186]
在本发明的一个示例性实施例中，本发明的井眼清洁度的确定方法能够被编译为相应的程度代码或指令，并被编程为计算机程序。当程序代码或指令被处理器执行时，能够实现如上所述的井眼清洁度的确定方法，以获得井眼清洁度的分析结果。
[0187]
本发明的再一方面提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。
[0188]
在本发明的一个示例性实施例中，一种计算机可读存储介质中存储有计算机程序，在计算机程序指令被执行时可以实现本发明的井眼清洁度的确定方法。该计算机可读存储介质可以是任意数据存储装置，该数据存储装置中存储有能够被计算机系统读出的数据。例如，计算机可读存储介质的示例可包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。
[0189]
本发明的又一方面提供了一种用于井眼清洁度分析的计算机设备。
[0190]
在本发明的一个示例性实施例中，一种用于井眼清洁度分析的计算机设备可包括处理器和存储器。存储器用于存储计算机程序，该计算机程序用于实现本发明的井眼清洁度的确定方法，以获得井眼清洁度的分析结果。
[0191]
综上所述，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：
[0192]
(1)本发明的井眼清洁度确定方法可以克服现有经验法准确度不足、以及克服现有的井眼计算模型计算特殊地形的非常规油气田时计算误差较大的不足，可以快速、准确的计算当前井眼下的钻屑颗粒的传输比、岩屑床相对厚度和环空止动返速等参数，以判断当前井眼清洁情况；
[0193]
(2)本发明的井眼清洁度分析系统能够利用钻井现场的实时数据和动态数据，实时对钻井工程相关参数进行实时计算分析，可以实时掌握井眼清洁情况，并根据实际情况，通过分析计算，可以优化钻井液性能指标和钻井参数，实时指导钻井生产；
[0194]
(3)本发明实现了钻井工程相关参数的适时计算分析，对满足钻井工程不断增加的需求具有重要意义。
[0195]
尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。