大牛地氣田無(wú)土相鉆井液流變模式優(yōu)選

張冠軍,閆吉曾

(1.中國(guó)石化集團(tuán)華北石油局五普鉆井分公司,河南新鄉(xiāng) 453700;2.中國(guó)石化集團(tuán)華北分公司工程技術(shù)研究院,河南鄭州 450006）

大牛地氣田無(wú)土相鉆井液流變模式優(yōu)選

張冠軍1,閆吉曾2

(1.中國(guó)石化集團(tuán)華北石油局五普鉆井分公司,河南新鄉(xiāng) 453700;2.中國(guó)石化集團(tuán)華北分公司工程技術(shù)研究院,河南鄭州 450006）

大牛地氣田無(wú)土相鉆井液實(shí)例計(jì)算表明,赫巴模式的相關(guān)系數(shù)最大,殘差平方和最小,其次是卡森模式、冪律模式,最差的是賓漢模式,建議優(yōu)先選用赫巴模式。

流變模式;無(wú)土相鉆井液;赫巴模式;卡森模式;冪律模式;賓漢模式

1 無(wú)土相鉆井液的特點(diǎn)

目前無(wú)土相鉆井液體系在大牛地氣田水平井中應(yīng)用較多,鉆井實(shí)踐表明,無(wú)土相鉆井液主要具有以下特點(diǎn):

(1）可降低鉆井液密度,降低井底壓力;

(2）抑制性處理劑能很好地抑制地層中粘土的水化分散,抑制粘土的膨脹,減少水敏損害;

(3）加入防水鎖劑,降低界面張力,降低水鎖和清除濾餅,有很好的防塌抑制性和潤(rùn)滑性,保證鉆井的順利施工,對(duì)儲(chǔ)層的保護(hù)起到很好的作用。

在大牛地氣田鉆井實(shí)踐中優(yōu)選了無(wú)土相鉆井液等體系,其基本配方為3%～4.5%TV-2+2%～3%潤(rùn)滑劑+0.3%～0.5%XC+2%～3%HCOOK+ 3%～5%防水鎖劑。下面以DP10井為例來(lái)優(yōu)選無(wú)土相鉆井液流變模式。

2 DP10井概況

DP10井位于陜西省榆林地區(qū),是中國(guó)石化集團(tuán)華北分公司部署的一口水平井,設(shè)計(jì)井深4287.37 m,主要目的層為二疊系山西組山一段。一開(kāi)、二開(kāi)、三開(kāi)鉆頭尺寸、井深及應(yīng)用鉆井液體系等情況見(jiàn)表1。

表1 DP10井井身結(jié)構(gòu)及鉆井液體系

3 流變模式及常規(guī)流變參數(shù)計(jì)算

常用的鉆井液流變模式有賓漢模式、冪律模式、卡森模式、赫巴模式等。鉆井液流變模式的選擇,對(duì)于計(jì)算摩阻、壓降,優(yōu)化水力參數(shù),都有非常重要的意義。目前,現(xiàn)場(chǎng)一般選用賓漢模式或冪律模式進(jìn)行流變計(jì)算。

3.1 賓漢模式

4 非線性回歸法優(yōu)選流變模式

以上常規(guī)的計(jì)算方法在現(xiàn)場(chǎng)廣泛應(yīng)用,其特點(diǎn)是簡(jiǎn)便易用。但隨著應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用于鉆井工程設(shè)計(jì),根據(jù)數(shù)學(xué)方法,完全可以最大程度的利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),減小計(jì)算誤差,從而更加準(zhǔn)確地進(jìn)行流變參數(shù)的計(jì)算,也就是回歸法。

本文利用非線性回歸的LMF(Levenberg-Mar-quardt-Fletcher）法,通過(guò)計(jì)算流變參數(shù)、相關(guān)系數(shù)、殘差平方和,從而更準(zhǔn)確、科學(xué)的選擇流變模式。

假設(shè)鉆井液流變方程為:

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,相關(guān)系數(shù)越大,殘差平方和越小,其流變方程越符合鉆井液實(shí)際情況,這也是優(yōu)選流變模式的標(biāo)準(zhǔn)。為計(jì)算流變參數(shù)、相關(guān)系數(shù)、殘差平方和,利用VB和MATLAB分別編制了相應(yīng)的計(jì)算軟件。

5 DP10井計(jì)算實(shí)例

限于篇幅,只計(jì)算部分代表性數(shù)據(jù)。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表2,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3～6。

表2 DP10井實(shí)測(cè)六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)讀數(shù)

表3 樣本1計(jì)算結(jié)果

表4 樣本2計(jì)算結(jié)果

表5 樣本3計(jì)算結(jié)果

6 結(jié)論

從計(jì)算結(jié)果來(lái)看,赫巴模式的相關(guān)系數(shù)最大,殘差平方和最小,其次是卡森模式、冪律模式,最差的是賓漢模式。因此,在提高計(jì)算精度的情況下,建議大牛地氣田無(wú)土相鉆井液優(yōu)先選用赫巴模式。

表6 樣本4計(jì)算結(jié)果

[1] 薛毅.最優(yōu)化原理與方法[M].北京:北京工業(yè)大學(xué)出版社, 2001.

[2] 胡茂焱,尹文斌,鄭秀華,等.鉆井液流變參數(shù)計(jì)算方法的分析及流變模式的優(yōu)選[J].探礦工程(巖土鉆掘工程）,2004,31 (7）:41-45.

RheologicalM odelOptim ization of Non-solid PhaseDrill ing Fluid in Dan iudiGas Field

ZHANG Guan-jun1,YAN Ji-zeng2(1.Wupu Drilling Company,S INOPEC North China Company,Xinxiang Henan 453700,China;2.Institute of Engi-neering Technology,S INOPEC North China Company,Zhengzhou Henan 450006,China）

Itwas showed by the example calculation of non-soil phase drilling fluid in Daniudi gas field that the correlation coefficient of Herschel-Bulkleymodelwas the largest with the s mallest residual sum of squares;than was the Casson and power-law model;Bingham modelwas the worst.Herschel-Bulkleymodelwas suggested.

rheologicalmodel;non-soil phase drilling fluid;Herschel-Bulkley model;Casson model;power-law model; Bingham model

TE254+.6

:A

:1672-7428(2010）07-0022-03

2010-02-26;

2010-06-07

張冠軍(1964-）,男(漢族）,河北新樂(lè)人,中國(guó)石化集團(tuán)華北石油局五普鉆井公司經(jīng)理助理、安全環(huán)保部主任、鉆井工程師,石油工程專業(yè),從事鉆井現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)工作,河南省新鄉(xiāng)市洪門(mén)。