第十章 井筒固井模块

井筒固井模块综合分析在井筒中的复杂的多相流体。虽然最初设计用于固井，但是这个程序仍然可以用在一个井筒中对泵送多相流体的操作。在井底的ECD和压力一起运用于井筒U型管现象(自由落体原理)。在设计阶段通过使用这个模块，一些潜在的地层因素造成的问题会被解决，并且低到没有回报的现象会被避免。

10.1输入

10.1.1项目页面

井筒固井模块的项目的输入页面与典型的DrillNET项目页面很类似。

10.1.2轨迹数据页面

井筒固井模块的轨迹数据页面与典型的DrillNET轨迹数据页面和类似。

10.1.3管柱数据页面

井筒固井模块的管柱数据页面与典型的DrillNET的管柱数据页面和类似。

10.1.4井身数据

井筒固井模块的井身数据页面与典型的DrillNET的井身数据页面和类似。

10.1.5地层数据页面

井筒固井模块的地层数据页面与典型的DrillNET的地层数据页面和类似。

10.1.6流体页面

1)流体数据表单。对于泵送的每个流体阶段的属性都在这个表单中指定。表单中有高达15种流体阶段可以用来输入。流体名称和流体种类在第一列可以输入。流体必须用正确顺序布置排列；也就是说，在列表中顶部的项必须是初始的流体/泥浆，并且其他被泵送的流体必须按顺序安排在他的后面。

在“水泥浆”列中通过框来指出哪些是水泥。井筒内泥浆与水泥浆的处理方式不同，因为水泥浆是一种固/液两相流体。使用不同的运算法则来计算水泥浆的摩擦损失。

从下拉列表单中(四种流体状态可以选择：牛顿、宾汉塑性流体、幂律、赫歇尔-巴克利)选择流体流变学后，其他相关参数列会自动进行激活(白色背景)或者需要去激活(灰色的背景)。可以使用颜色来标注每一种流体的阶段。当要在井筒示意图中显示当前或者最终流体的位置时，可以使用不同颜色标记流体这种方式来实现，并且可以实现泵送的动画功能。

流变模型

该模块提供了四种流变模型。常见的流体包括：

1、牛顿流体。在这些流体中的切应力是正比于他的剪切速率的。牛顿流体的列子有：水、空气、氮气、甘油和轻质油等。他们共同有一个单一的参数，粘度，这些流体共有的特性。

大多数钻、完井流体是非牛顿流体，其切应力与剪切速率不成比率。流体剪切速率变稀时，他们在较高的剪切速率下的粘度小于在较低的剪切速率下的粘度。

2、宾汉塑性流体。他是钻井液中最常见的流变模型。一旦一个切应力值被超过，那么这些流体会产生一条切应力/剪切速率的直线段。塑性粘度和屈服点这两个参数，常用来描述这些流体。因为这两个常量在500-1000sec-1的剪切速率范围内被确定，这个模型在较高的剪切速率的范围描述了这些流体的特性。

3、幂律流体。这种流体适用于剪切稀释或者假塑性流体中。当以对数形式绘制图形时，切应力和剪切速率是一条直线。两个命名为n和K的常量，他们从任何两种速度的数据中被定义的。

4、赫舍尔-巴克利流体。这个模型与幂律模型很相似，这个模型适用于剪切变稀或者假塑性的钻井液中。他同样包含一个临界切应力值(屈服点)。因此，赫舍尔-巴克利流体被认为是一个宾汉塑性流体和幂律流体模型的混合组合。赫舍尔-巴克利是在观察研究许多典型的钻井流体时，发现他们既表现屈服应力又表现出剪切变稀的特性，在这种基础上开发出了该流体模型。

在高剪切速率下，这些流体模型代表了一个相当好的典型钻井液。这些模型之前的差异在低的剪切速率下是非常明显的。

编辑流体数据表

编辑菜单可以很容易的通过在数据表上右击鼠标来访问。在弹出的操作菜单中的选项有：

1、“打印表格..”为打印当前显示的表格提供选项。在弹出窗口显示如下内容，在您点击【OK】之前选择您想使用的打印机。在您打印这个表单之前，您可以选择“打印预览”来预览这个打印对象。

2、“插入新的流体”光标移动到所有的行下面，在表单的下面为一条新行创建一条空间。注意，这张表限制了最大15种泵送阶段。

3、“Fann粘度计算”提供一个功能来评价基于范式粘度计测出的流变性。

4、“流变性参数估算..”提供一个典型的钻井液泥浆特性图形，用于在流变参数中选择代表性的图形。

5、“我的流体..”打开一个自定义流体数据表。

6、“从使用程序得到使用流体”。

2)泵送流体计划数据表。对于每一种流体，泵送计划表来分别显示他们。为每一种流体输入泵入量和泵入速率；软件会自己计算泵送时间和累积泵送时间。为了能更改成另一种流体，通过点击相应的流体数据表中行来选择流体。

为了表示关井期间的泵送流体计划，首先为泵入量和泵入速率输入零值；然后为关井输入时间。这样，为初始流体/泥浆输入的任何速率都会被忽视。

编辑数据表

在数据表中右击鼠标来打开编辑菜单。他提供了复制输入数据、打印和添加/删除行等选择项。选择“另开窗口”来在新开的大窗口中显示这张数据表，使得浏览和编辑更加容易。

10.1.7作业页面

1)固井操作选项/计算选项。选择泵送的操作是否是正向循环(从钻杆中泵入再从环空返出来)还是反向循环(从环空泵入再从钻杆内返出来)。

管柱/地层安全检查

管柱/地层安全检查选项是基于我们顾客的要求添加的一项有用的功能，顾客要求程序能够自动的沿着整个井筒对危险压力环境中进行检查，检查包括所有裸露井筒的地层孔隙/破裂压力限制范围和套管的挤塌/破裂限制范围。此前，只有选择您感兴趣的区域在程序每次运行前严格的检查。如果有几个潜在的漏失区域，裂缝等..那么需要模型的多次运行。

安全检查功能监控在多种间隔内沿着流体路径作业的压力。发生在泵送流体操作期间任何时候的地层和套管的最大、最小压力都被保存在系统内存中。管柱和地层安全检查的结果被总结在两张额外的图形(管柱破裂和挤塌压力；在环空中的最大、最小压力分布图)和一张额外的表单中(从上述两张图中总结的数据)。这些特殊的输出画面随着五张标准的图表和表单现在输出窗口中。

选择安全检查选项的缺点是系统计算时会有一个较长的计算时间。贯穿整个作业中多个深度记录的压力造成大量的计算工作需要被系统执行。因此，很明显，如果沿着流体路径不需要执行压力检查的话，您可以不选择这个选项来加速程序的计算过程，并且使输出画面不难么拥挤。

2)地面管线数据。从泥浆泵到井口的地面管线的有效长度和内径应该在这些文本框中输入。输入的这些参数被用来计算从泥浆泵到井口的损失压力值。

3)自由-落体控制工具。如果使用一个设备来实现对控制自由落体的控制，勾选“显示自由落体控制工具”。然后在控制设备中输入测深和总流面积(TFA)。

4)套管鞋和感兴趣的点。最深的套管鞋和感兴趣的一个、二个或者三个点在这里的文本框填写。在这个表中，DrillNET软件将会计算和显示您感兴趣的一个点，在这个点的井深处的当量循环密度和整个泵送操作过程中的压力变化(对于其他井深考虑的若干细节，唯一只有最大、最小压力被记录下来)。井底常被作为感兴趣的区域。

注意：为了显示两个或者三个感兴趣区域的循环当量密度或者压力，您必须为输出现在在模块选项窗口中选择这些选项。

5)回压设计表。在手动输入选项或者计算回压表中进行选择。选择手动输入后在其下部触发一张作业时间/压力表单。填满您的设计的回压设计表单。

注意：如果回压表单被激活，并且在表单中没有输入数据，那么在整个作业过程中回压被设置成零。

被计算出计划表单进行了优化，这样回压将会足够防止自由落体。为了计算一个计划表单，选择“防止自由落体的计算”选项。如果您选择了“手工输入”，那么计算出的计划表单将会显示在这张表中，并且他可以根据您的需要进行编辑。

10.2输出

井筒固井模块的输出包括以下两个选项卡的结果：

1、小结---对于关键的水力参数显示他们的值。

2、图形/表格---典型的DrillNET多功能的输出显示，允许单个或者多个图形的显示。

在图形/表单窗口中，有五张图和两张表他们可以正常的显示。如果您选择了“执行管柱/地层安全检查”，软件将会显示两张额外的图形和第三张表被添加显示，用此来显示安全检查结果。

在三个感兴趣点处的流体静压力同样可以显示在绘制的图形中或者输出的表格中，只需要通过选择在模块选项下面的相应的选项。

通过勾选这些选项，在模拟数据表中，数据新的列会被包括进去来显示您已选择的感兴趣的点处的流体的静压力。这些列现在会显示“Borehole Total Pressure @ xxx ”和“Hydrostatic Pressure @ xxx ”，XXX代表的是感兴趣点的深度。

除了更改表格数据外，如果这些选项被勾选，那么绘制图形的输出同样可以包括井眼总压力和静液柱压力。

仅流体报告

随着DrillNET2.0.2的发布，一个新的报告功能已经被添加到井筒固井模块中去。这个新选项提供了一个只有固井流体的报表，并且选项忽略了其他的数据类型，如：管柱和轨迹数据等。为了生成这个报表，软件现在有一个用户可以选择的项，这个选项在井筒固井模块选项的下面，您可以从主要选项条中访问他。

默认情况下这个选项是没有勾选的，给出的输出报表是预想生成的。当勾选了这个项，那么激活了仅流体EXCEL报表，如果您再处理您输入的数据，并且在完成后选择报表生成器、模块报表选项和选择输出一个Microsoft Excel工作簿报表，通过您勾选相应的单选按钮，系统将提示您要么选择标准的DrillNET报表或者是仅有流体(流体表和泵送计划表单)的新报表。

点击OK按钮来生成Excel的输出。一个典型的仅流体报表就像下面的屏幕截图一样。

如果您更希望看见公司的标志在Excel报表中的话，您可以从选项标签下面选择通用选项。

在打印/输出报告标签下面选择一个浏览项来到您所需要的公司标志的.JPEG图片。

现在当您在Excel中生成仅流体报表，您选择的公司标志也会显示在这个输出文件中。

10.3特殊功能项

10.3.1工具条图标

当井筒固井模块被选择，系统会提供一些特殊功能条图标。这些特殊图标包括：

体积计算机工具。为确定井筒体积和固井体积来打开一个固井体积计算器窗口。

动态模拟。打开固井动态模拟的窗口，用他来模仿多级泵送流体的操作。

10.3.2体积功能

为固井体积计算提供了三种简便的功能，通过点击图标来访问使用他们。在这个窗口打开以后，从下拉列表框中显示的三个选项中选择您感兴趣的功能。

体积计算

这个功能被用来计算两个井深之间在套管或者环空中的流体的量。当前的井筒井身结构和套管几何形状以示意图的形式绘制出来。

在这里有三种方法用来选择体积计算的区间值：

1、从下拉列表中选择MD在作为主要的转变。

2、输入深度到MD文本框中(如果您离开这个下拉列表框后，系统他允许设置成“点1”到“点2”)。

3、在绘制示意图中直接点击来选择点1；再点一次来选择点2。

输入零作为从地表起始的深度。在您输入或者修改文本框中的数据后，点击【计算】。

在两个井深被选定后，在井身示意图中两点之间的区间将会作为着色区域。蓝色代表管柱内部的间隔区间；绿色代表是环空部分。

计算的结果会被显示在窗口的右下角。显示出两个深度的TVD值和管柱内部与环空中的体积值。

等效井径

当环空体积知道后，这个功能窗口被用来计算一个平均井径。这个功能允许您估算一个内径来表明井壁冲刷和其它井段井径的不规则。

在井筒中，从主要的调节器重选择他们之间的区间中输入他的上限和下限值，或者直接输入到MD文本框中。在数据输入后点击【计算】按钮。等效井径值将会显示在页面的底部。

平衡的水泥塞

第三个功能是专门为隔离液和水泥塞来计算他们的流体的体积而设计的。输入隔离液的长度和水泥塞的长度。关于管柱位置的下拉列表框包含有取出前和取出后管体体积的计算。

10.3.3范式粘度的计算

从范式粘度度数中，为了计算流体的流变参数提供了一个有用的功能。通过在流体页面中的流体数据表单中右击选择访问这个功能。

1、在对应感兴趣的流体行上右击鼠标。

2、从范弹出菜单中选择“范式粘度计算器”选项。

3、在窗口顶部的下拉对话框中选择多少转速是有效的(2,4,6或者8速度)。

4、对相应的刻度盘读数输入相应的数据。

5、点击【计算】按钮。

6、在窗口的右边黄色的文本框中预览结果。

7、通过点击“图形”标签来比较适合流变模型之间的数据，并且记录好您的喜好。

8、点击【应用】来输出结果到流体页面中流体数据数据表的当前行内，或者点击【关闭】放弃结果，并且关闭当前窗口。

9、在您返回到流体页面后，您会发现，给四个模型的流变性数据被输入在这个表中。在第五列中，从下来列表框中选择您喜欢的模型，如果您改变流变性模型，流变常数仍然可用。

10.3.4流变参数估算

为泥浆流体提供一个估算典型的PV和YP值的功能。在流体页面中的流体数据表内右击鼠标来访问这项功能。PV和YP的图形曲线是基于从典型泥浆流体中的数据所绘制出的。为了您的钻井液，而能找到一个估算值，输入当前的泥浆密度。点击【估算】来从您的泥浆密度曲线上取得一个数字值，并把他显示出来。点击【应用】来输出结果到流体页面中的流体数据表内的当前行中。点击【取消】来放弃数据，并关闭当前窗口。

10.3.5动态模拟

动态模拟窗口是一个次级输出窗口，他产生一个多级泵送操作的仿真。每种流体流向的位置可以在整个计划好的操作用来被比较。通过点击按钮来访问。

1)井身示意图和流体流向。流体阶段的位置在井身示意图上显示出来。为了在任意时刻能显示一个流体的快照，(1)运行动态模拟(点击按钮，允许整个泵送操作运行完成，或者在任意个时间点按下按钮)，(2)在时间步长中直接输入一个值来指定时间。

如果您手动的输入了时间，在操作中的这个点流体的流型(凸流、层流和平板流)将会显示在示意图的左半部分，这些都在下面的流型图例中定义。

2)动态手动步长控制。多级泵送的模拟操作可以自动前进运行，也可以手动控制。手动控制运行让您的精力集中在工序中的某点的细节上。首先，在时间步长文本框中输入一个时间步长(增量)。点击按钮来快进到下一个时间步长。点击按钮返回在前一时间步长。点击按钮来跳模拟操作的末尾。点击按钮来返回到模拟操作的起始。

3)动态模拟速度滑块。允许动画速度的增加或者减少的操作条，他通过按钮来实现对应的操作。

4)动态模拟控制按钮。选择按钮开始连续动态模拟操作。在仿真这一操作的过程中，在任何您感兴趣的地方停下动态播放，那么【暂停】和【退出】按钮是可用的。如果您点击了【暂停】按钮的后，再通过点击【继续】按钮来从暂停的点开始顺序播放模拟项目。

5)压力图表。在感兴趣点的压力(POI)被标识在作业程序中。POI被标注在操作输入页面中。如果在通用选项窗口中的“隐藏地层信息页面标签”没有被勾选，孔隙和地层压力线将会在压力图形中显示出来。在作业过程中，这个图表将会以图形的方式绘制整个周期的压力曲线图。

6)动态控制逻辑。颜色图列定义了每种流体的颜色，在动态模拟的过程中用颜色来描述对应流体的动态效果。在流体输入页面中而已修改流体的颜色。

7)动态监控面板。这个监控面板在动态窗口中，他在模拟的过程中，显示出每项重要参数的值。每一步长的值随着图形的变化被连续不断的更新。点击按钮或者使用手动步长控制来冻结显示的数据，为在泵送的过程中的您任何感兴趣的时间点上，显示这些数据来让您做出仔细的分析。屏幕中的在监控面板中的数据是不能被编辑的。

注意：POI=感兴趣的点，在操作页面中定义。

8)流态图例。下表为流体流态在左侧的井身示意图中的描述列出了流体状态的图列。为了激活流体流态的显示，您需要勾选流型单选框，流型的显示可以在任何页面中都可以看见，包括同时运行的动画中。

流体静压力(图形)标签

在动态窗口中的第二个标签表示了在一个指定点的井筒压力图形。

编辑静态压力图形

编辑菜单可以很容易的在图形上方通过右击鼠标来访问。除了单独打开一个大的窗口，您可以输出这个图形和他的数据到EXCEL中为了将来的分析过程使用。

流体静压力(表格)标签

在动态窗口中的第三个标签表示一个在任意时刻的井筒压力表单。

《本章结束》