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

技术特征：
1.一种井眼清洁度的确定方法，其特征在于，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；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。2.根据权利要求1所述的井眼清洁度的确定方法，其特征在于，所述确定方法具体包括以下步骤：针对所述第一清洁区，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；所述小斜度井段井眼清洁计算模型如式(1)～(3)所示：所述小斜度井段井眼清洁计算模型如式(1)～(3)所示：所述小斜度井段井眼清洁计算模型如式(1)～(3)所示：式(1)～(3)中，v
sx
为钻屑颗粒沉降速度，m/s；d
s
为钻屑颗粒当量直径，cm；ρ
s
为钻屑颗粒密度，g/cm3；ρ
m
为钻井液密度，g/cm3；为钻屑颗粒形状系数，无量纲；v
a
为钻井液环空返速，m/s；q
a
为钻井液流量，l/s；d
h
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；针对所述第二清洁区，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
≥v
a
，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
<v
a
，则确定所述第二清洁区的清洁度不满足清洁效果；所述中斜度井段井眼清洁计算模型如式(4)～(7)所示：h
zx
＝0.015d
h
(av 6.15av
0.5
)(1 0.587e)(v
lzx-v
a
)式(5)h
zx
＝(h
zx
/d
h
)
×
100％式(6)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
·
s
n
；n为流性指数，无量纲；针对所述第三清洁区，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；所述大斜度井段井眼清洁计算模型如式(18)～(23)所示：所述大斜度井段井眼清洁计算模型如式(18)～(23)所示：所述大斜度井段井眼清洁计算模型如式(18)～(23)所示：所述大斜度井段井眼清洁计算模型如式(18)～(23)所示：所述大斜度井段井眼清洁计算模型如式(18)～(23)所示：h
dx
＝(h
dx
/d
h
)
×
100％式(23)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；q
a
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。3.根据权利要求2所述的井眼清洁度的确定方法，其特征在于，所述钻屑颗粒当量直径d
s
为0.5～3.0cm；所述钻屑颗粒形状系数为0.5～1.0。4.根据权利要求3所述的井眼清洁度的确定方法，其特征在于，所述井眼直径d
h
通过井径测井获取，对于还未进行井径测井的井段，根据钻头直径，按照5％～10％的扩大系数计算所述井眼直径。5.根据权利要求4所述的井眼清洁度的确定方法，其特征在于，通过式(8)计算所述岩屑床垂直于井眼轴向的横截宽度l，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：
式(8)和式(9)中，l为岩屑床垂直于井眼轴向的横截宽度，mm；d
h
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。6.根据权利要求5所述的井眼清洁度的确定方法，其特征在于，通过式(10)计算所述钻井液表观粘度av，通过式(11)计算所述塑性粘度pv，通过式(12)计算所述动切力yp，式(10)～(12)如下所示：～(12)如下所示：～(12)如下所示：式(10)～(12)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。7.根据权利要求5所述的井眼清洁度的确定方法，其特征在于，通过式(13)计算所述稠度系数k，通过式(14)计算所述流性指数n，式(13)～(14)如下所示：式(13)～(14)如下所示：式(13)～(14)中，k为稠度系数，pa
·
s
n
；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。8.根据权利要求5所述的井眼清洁度的确定方法，其特征在于，通过式(24)计算所述井斜角修正系数c
ang
，通过式(25)计算所述钻屑尺寸修正系数c
size
，通过式(26)计算所述钻井液密度修正系数c
denf
，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：c
ang
＝0.0342θ-0.000233θ
2-0.213式(24)c
size
＝1.286-0.04094448d
s
式(25)式(25)式(24)～(27)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；d
s
为钻屑颗粒当量直径，cm；ρ
m
为钻井液密度，g/cm3；n为钻柱转速，r/min。9.一种井眼清洁度分析系统，其特征在于，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。10.根据权利要求9所述的井眼清洁度分析系统，其特征在于，所述分析系统还包括分析模块，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。11.一种用于井眼清洁度分析的设备，其特征在于，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，实现如权利要求1-8中任一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。12.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当计算机程序在被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一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。

技术总结
本发明提供了一种井眼清洁度确定方法、系统、设备和计算机可读存储介质，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；对于第一清洁区，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。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。本发明能够利用钻井现场的实时数据和动态数据，快速、准确的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。可以实时掌握井眼清洁情况。可以实时掌握井眼清洁情况。


技术研发人员：钱浩东 张果 张治发 谢寅溥 陈星玮 刘洋 张帆 雷智博 宋泽文 漆加伦
受保护的技术使用者：中国石油集团川庆钻探工程有限公司
技术研发日：2021.12.22
技术公布日：2022/6/16