第二十章  高温高压钻井水力计算模型

钻井液的流变性能通常被认为是独立的压力和温度。在许多情况下，这是一很好的观点。对于浅井，温度的变化并不大，因此，钻井液的流变随温度的变化都很小。此外，许多井孔隙和破裂压力之间都有很大的差距，所以在估算动态循环压力的误差时，对于完整或者井涌的可能性没有显著的影响。然而，对于在孔隙和破裂压力之间有着很小窗口的井，在井筒中有可能的井涌和水力学的温度和压力的影响需要仔细地分析。

对于HTHP井的水力参数开发是为了满足井筒水力学和对于高温高压井提供钻井操作而进行详细分析。该程序计算压力的分布和沿着泥浆循环路径的摩擦压力的损失，以及钻柱内外的流变参数。从这个模型的输出也与非修正值进行比较来修正计算出的数值。

对于HTHP井的水力学，通过考虑与流变参数相关的温度和压力的变化来计算泥浆的水力学。对于HTHP井的井筒水力学模型重要技术特性包括：

1、水基泥浆和有或者没有沥青的油基泥浆模型。

2、提供不同的流变学模型包括宾汉塑性和幂律模型。

3、允许用户手动的输入流变学参数，如温度和压力的函数。

4、允许从不同的类型额的现场粘度计中获得不同输入数据格式的数据读数。

5、如果范式粘度计读数不可用，那么提供API建议的流变参数的修正。

6、计算压力分布、摩擦压力损失和沿着泥浆循环路径的流变参数。

7、基于校正和未校正的流变参数来比较计算的结果。

20.1输入

20.1.1项目页面

高温高压井水利参数模型的项目输入页面与典型的DrillNET项目输入页面类似。

20.1.2轨迹数据页面

高温高压井水利参数模型的轨迹数据输入页面与典型的DrillNET轨迹数据输入页面类似。

20.1.3管柱数据页面

高温高压井水利参数模型的管柱数据输入页面与典型的DrillNET管柱数据输入页面类似。

20.1.4井身数据页面

高温高压井水利参数模型的井身数据输入页面与典型的DrillNET井身数据输入页面类似。

20.1.5钻井/热参数页面

为了准确的计算井筒水力参数，泥浆流变性尽可能准确的评估沿着循环路径中不同位置的水力参数。对于在变化位置处的地层温度和流体温度需要准确的输入数据。温度数据也可以手动的输入到钻井热参数页面中。

1)热参数表。分布在管柱内外的温度可以使用另一个Petris的DrillNET程序井筒热仿真来模仿。地热数据被输入到表单的前三列中。列1是沿着井筒的测量深度。列2是管内流体的温度。列3是当前井深的环空流体的温度。列4地层温度，使用一个地温梯度或者手动输入计算得到。

您可以在这个表单中输入多达200个温度数据点。在第一行的测量井深应该是0 feet(或者是0米)。测量深度必须按升序增加(向下延伸至井底)。

2)钻井数据表。对于包括低速度的钻井流体、泥浆密度、渗透率、岩屑尺寸和岩屑密度的水利参数计算所需的钻井数据。

3)地热数据图形。这幅图通常包含三条曲线：(1)钻柱内温度分布曲线；(2)钻柱外温度分布曲线(环空)；(3)地层温度分布。

20.1.6流体页面

对于高温高压井的水力学，流体页面包含了很多重要的数据。这个页面提供了不同的泥浆类型、流变模型、数据选项和数据源的选项。为钻井液选择其中一个流变模型。为了准确的计算水利参数，高温高压井的水力学考虑到在温度和压力的流变参数中他们值的变化，而不是假设他们是个常量。

对于流变模型，流变参数的值通常通过实验室测试数据来确定。这些数据通常由范式粘度计的读数而组成。如果这些值是已知的，那么您既可以输入流变参数的值到流变参数标签项下面的数据表单中，或者输入范式粘度计的读数到范式粘度计读数表单中去。

1)流体类型。为这个项目选择泥浆的类型。

2)流变学模型选项。流变学模型选将会激活输入到表单中的数据，以接受流变参数对应的值。如果宾汉塑性模型被选择，对应的流变学参数是塑性粘度和屈服点。如果幂律模型被选择，那么对应的流变学参数是流动性指数和稠度指数。

3)数据输入选项。如果流变参数值选项被选择，您可以手动的输入流变参数数据作为温度和压力到数据表单中的功能项。如果范式粘度计读数选项被选择，范式粘度计读数表单将会变成可用的，来输入范式粘度计读数。然后，范式粘度计读数将被使用，通过程序在流变学参数表中来计算参数。

4)数据源选项。这个选项取决于使用了什么样的粘度计，来获得对应粘度计的读数。使用一个不同的粘度计将会更多的或更少的覆盖温度和压力的范围来提供粘度计读数。例如，范式70提供的温度读数从0到475度F，压力读数从0到20000psi。

5)粘度计读数表。从粘度计测试中的读数输入到这里。前两列是温度和压力。剩下的六列包含了在从3到600rpm的不同旋转速度下的粘度计读数。

6)流变参数表。如果选择了宾汉塑性模型，这里会有两个表单用于输入(或者在计算显示)塑性粘度和屈服点。如果选择的是幂律模型，这些表单显示了稠度指数K和流动特性指数n。

如果已知，手动输入这些值到表单中。如果值未知，这些表单将会根据在范式粘度计读数表单和API函数因子的值来填充。

7)计算流变学参数值。下方的范式粘度计读数表单是计算流变学参数值的选项，他们依次被用来更新在第二个标签页中的流变学参数表。用户必须应用或者取消被更改的选项。

在流变学参数表下面有两个选项：外推和显示图。

外推选项

为了计算高温高压井的水力学，在井底环境的钻井液粘度应该被明确。然而，校正可制成地面条件。API校正系数是从多种钻井液流体测量中获得的平均粘度比率。这些粘度比率是在高温高压下的粘度测量值到在地面环境下的测量值的比率。为了确定API井下校正粘度，首先为预计的井下温度和压力找到校正系数，然后在地面环境下通过校正系数来增加粘度。

1)API泥浆类型。选择其中之一的泥浆类型来浏览温度和压力的影响。

2)API数据输入。为温度和压力输入值，而他的校正因素是待确定的。

3)API结果。显示校正系数的相应的数值形式的值。

4)API图形和控制按钮。【差值】按键是用来计算在特定的温度和压力下的API校正系数。一个红色的小圆点将会标记在图形中，点击其他信息...来显示。

5)API校正系数图形。这显示了校正系数的趋势和您感兴趣的校正系数相对应的温度和压力。泥浆类型影响图形的形状。列如，对于水基泥浆校正系数不是压力的函数；因此，只有一条曲线被绘制。如果选择了油基泥浆，多条曲线会被显示出来，因为校正系数是温度和压力的函数。

显示图按钮打开了一个新的窗口，他显示了温度和压力在流变学上的影响。

20.2输出

除了选择生成什么样的图形，高温高压井水力学的输出包括了从正常水力学操作中比较结果的选项。

如果选择了合适的输出选项，小结提供了在当前环境下和正常泥浆钻进的条件下输入和输出数据的小结。

所有输出图形可以同时显示校正和未校正的结果，这项操作受到您在选项-模块选项中的操作。

这样，例子的显示中包括了未校正的结果。

压力分布。该图形显示了沿着井筒中钻柱的内外压力的分布。该压力分布是基于温度和校正压力流变参数而被计算得出的。

压力损失。该图形显示了随着井筒与钻柱内外的摩擦压力分布。该摩擦压力分布是基于校正流变学参数计算得出的。

环空当量密度。该图形显示了沿着循环路径的环空当量密度。不同于正常的泥浆密度，这个当量值考虑了摩擦压力。

岩屑运移比。钻井液的承载能力可以概括反映在岩屑移动比率上，在平均岩屑速率除以平均流速得到的比率。对于比率接近1时，这里表示没有岩屑的滑落。

岩屑滑动速度。这个参数，也称为滑落速度，涉及到了岩屑与流体速度。对于零的滑动速度，那么岩屑完全靠流体来传输。

塑性粘度。如果选择了宾汉塑性模型来为水力学的计算，该图形显示了带有测量深度的钻柱内外的塑性粘度。如果选择的是幂律模型，该图形显示了稠度指数作为钻柱内、外测量深度的函数。

屈服值。如果选择了宾汉塑性模型来做水力学的计算，该图形显示了屈服值作为钻柱内、外测量深度的函数。如果选择的是幂律模型，该图形显示了流动特性指数作为钻柱内、外测量深度的函数。为了便于比较，如果需要的话，在恒定屈服点或者流动特性指数同样可以显示在该图形中。

静态当量泥浆密度。该图形显示带有测量井深的泥浆密度。

表单中的结果。所有计算的水力学变量和流变参数作为沿着井筒测量深度用表列出的功能。

20.3特殊功能

20.3.1工具条图标

计算并推算API系数。他提供了与之前流体标签下的文档中的外推按钮选项相同的功能。

《本章结束》