一种预测钻井液井下流变性能方法

本发明属于油气井领域，涉及一种预测钻井液井下流变性能方法。

背景技术：

1、随着深层、超深层油气资源的开发，钻遇高温高压井数量不断增加，深井、超深井的携岩清砂、井眼清洁问题日益突出，因此钻井液的高温高压流变参数控制是解决这些难题的关键手段之一。目前现场无法测得钻井液在高温高压条件下的流变性，只能在实验室测得，导致获取参数时间长，影响钻井效率。针对这一难题，国内外学者构建了多个钻井液高温高压流变预测模型，可为计算钻井液的流变参数提供一定的指导作用。

2、国内外对流变预测模型的研究大多是直接预测具体流变参数(表观粘度、塑性粘度、动切力)，这些模型的流变参数大多是基于宾汉模式得出，而钻井液在高温高压条件下使用宾汉模式不能够准确描述钻井液的流变性，导致模型准确性下降。因此，为了准确对高温高压深井、超深井井筒内钻井液流变特性进行准确描述，急需一种能够预测井筒流体流变特性的方法，能较准确计算其井下流变参数，为井眼清洁和水力学参数计算提供技术支撑。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：提供了一种预测钻井液井下流变性能方法，能够准确将高温高压深井、超深井井筒内钻井液流变特性进行准确描述，并准确计算其井下流变参数，及时调整钻井液性能的预测井筒流体流变特性。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种预测钻井液井下流变性能方法，包括以下步骤：

4、s1、获得待测钻井液在高温高压下的流变数据和剪切应力在高温高压下的流变特性；

5、s2、基于高温高压流变数据，评价恒温变压、恒压变温、变压变温三种条件下模式库中不同流变模式的决定系数r2和标准误差se，得到最佳流变模式；

6、s3、基于剪切应力在高温高压下的流变特性，选取径向基函数，确定多项式修正阶数，构建高温高压剪切应力预测模型；

7、s4、基于最佳流变模式和高温高压剪切应力预测模型，计算各流变参数。

8、进一步地，钻井液在高温高压下的最佳流变模式，从包括这些模式的模式库中选出：宾汉模式、幕律模式、卡森模式、赫巴模式、罗斯模式、sisko模式、四参数模式、林伯亨模式、双曲线模式。

9、进一步地，所述决定系数r2为回归平方和与总平方和的比值，r2越接近1，表示模型非线性相关程度越强；

10、所述标准误差se表示实测值与回归计算值离差平方的均方根，具体公式如下：

11、

12、

13、其中，n表示样本数量，yi表示第i个样本实测值，表示实测值的平均值，表示第i个样本计算值。

14、进一步地，所述径向基函数为gaussian径向基函数，具体公式为：

15、

16、式中，形状参数ε与正态分布函数的方差σ2的关系为ε2＝1/(2σ2)。

17、进一步地，所述剪切应力预测模型表达式为：

18、

19、其中为径向基函数，||·||2为欧氏距离，m表示多项式修正阶数。其中p1，p2，…pn构成维线性空间的基，该线性空间由s个变量的总次数小于或等于m-1的多项式组成。由于施加插值条件pf(xi)＝f(xi)，i＝1，2，…n，导致在n+m个未知数ci和dl中的n个线性方程组，通常添加m个附加条件，相当于求解以下形式的线性方程组：

20、

21、式中，pil＝pl(xi)，i＝1，2，…n；c＝[c1,c2,…cn]t，d＝[d1,d2,…cm]t，y＝[y1,y2,…yn]t；0是长度为m的零向量，o是m×m的零矩阵。

22、其中，记n维空间rn上两个向量为x＝(x1,x2,…xn)和y＝(y1,y2,…yn)，欧式距离r表示为：

23、

24、式中，xi、yi表示向量x和y中第i个点。

25、进一步地，所述多项式修正阶数为3阶，钻井液高温高压剪切应力预测模型最终表达式为：

26、

27、式中，ci表示钻井液不同转速对应矩阵系数，ci+l表示多项式系数，ε表示形状参数。

28、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

29、1.本发明所述的一种预测钻井液井下流变性能方法，可以满足高温高压深井、超深井井筒钻井液流体流变特性的预测，能较准确计算其井下流变参数，为井眼清洁和水力学参数计算提供技术支撑；

30、2.本发明所述的一种预测钻井液井下流变性能方法，基于钻井液高温高压流变数据确定不同转速对应的剪切应力在高温高压下的预测模型，根据优选的流变模式计算整个井筒内的流变参数，本方法容易实现，且不受流变模式选择限制，适用于所有的常用流变模式，能够满足高温高油气井携岩能力和水力参数计算的要求。

技术特征：

1.一种预测钻井液井下流变性能方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种预测钻井液井下流变性能方法，其特征在于：钻井液在高温高压下的最佳流变模式，从包括这些模式的模式库中选出：宾汉模式、幕律模式、卡森模式、赫巴模式、罗斯模式、sisko模式、四参数模式、林伯亨模式、双曲线模式。

3.根据权利要求1所述的一种预测钻井液井下流变性能方法，其特征在于：所述决定系数r2为回归平方和与总平方和的比值，r2越接近1，表示模型非线性相关程度越强；

4.根据权利要求1所述的一种预测钻井液井下流变性能方法，其特征在于：所述径向基函数为gaussian径向基函数，具体公式为：

5.根据权利要求1所述的一种预测钻井液井下流变性能方法，其特征在于：所述剪切应力预测模型表达式为：

6.根据权利要求5所述的一种预测钻井液井下流变性能方法，其特征在于：所述多项式修正阶数为3阶，钻井液高温高压剪切应力预测模型最终表达式为：

技术总结本发明公开了一种预测钻井液井下流变性能方法，属于油气井领域，包括以下步骤：获得待测钻井液在高温高压下的流变数据和剪切应力在高温高压下的流变特性；基于高温高压流变数据，评价恒温变压、恒压变温、变压变温三种条件下模式库中不同流变模式的决定系数和标准误差，得到最佳流变模式；基于剪切应力在高温高压下的流变特性，选取径向基函数，确定多项式修正阶数，构建高温高压剪切应力预测模型；基于最佳流变模式和高温高压剪切应力预测模型，计算各流变参数。本方案能较准确计算其井下流变参数，为井眼清洁和水力学参数计算提供技术支撑。技术研发人员：谢刚,黄国豪,黄进军,徐向阳,白杨受保护的技术使用者：西南石油大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29