(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210825918.4 (22)申请日 2022.07.13 (71)申请人 西南石油大 学 地址 610500 四川省成 都市新都区新都大 道8号 (72)发明人 张智　向世林　杨昆　 (74)专利代理 机构 成都其知创新专利代理事务 所(普通合伙) 51326 专利代理师 王沙沙 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) E21B 21/08(2006.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种高温高压井起下钻钻井液瞬态流动波 动压力的确定方法 (57)摘要 本发明公开了一种高温高压井起下钻钻井 液瞬态流动波动压力的确定方法， 包括以下步 骤： S1： 建立起下钻时井筒内瞬态流动波动压力 物理模型， 并建立计算井筒内瞬态 流动波动压力 的假设条件； S2： 建立高温高压条件下的钻井液 物性方程； S3： 根据质量守恒定律、 动量守恒定律 以及能量守恒定律， 建立考虑恒定稳态摩阻和非 恒定瞬态摩阻的井筒内瞬态流动波动压力控制 方程组； S4： 根据井筒内瞬态流动波动压力控制 方程组， 建立求解特征线方程组； S5： 建立初始边 界， 结合求解特征线方程组， 求解井筒内瞬态流 动波动压力方程， 获得所述井筒内瞬态流动波动 压力。 本发 明能够获得更符合实际的高温高压井 起下钻钻井液瞬态流动波动压力， 为油气钻井提 供技术支持。 权利要求书6页 说明书16页 附图5页 CN 115168955 A 2022.10.11 CN 115168955 A 1.一种高温高压井起下钻钻井液瞬态流动波动压力的确定方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： S1： 建立起下钻时井筒内瞬态流动波动压力物理模型， 并建立计算井筒内瞬态流动波 动压力的假设条件； S2： 建立高温高压条件下的钻井液物性方程； S3： 根据质量守恒定律、 动量守恒定律以及能量守恒定律， 建立考虑恒定稳态摩阻和非 恒定瞬态摩阻的井筒内瞬态流动波动压力控制方程组； S4： 根据所述井筒内瞬态流动波动压力控制方程组， 建立 求解特征线方程组； S5： 建立初始边界， 结合所述求解特征线方程组， 求解井筒内瞬态流动波动压力方程， 获得所述井筒内瞬态流动波动压力。 2.根据权利要求1所述的高温高压井起下钻钻井液瞬态流动波动压力的确定方法， 其 特征在于， 步骤S1中， 所述计算井筒内瞬态流动波动压力的假设条件 包括： (1)地层、 井眼和管柱均为弹性体， 井底为刚性体； (2)忽略已下套管周围水泥和地层对套管弹性的影响； (3)井筒内的流体是 可压缩的； (4)忽略钻柱偏心对井筒内流体流动的影响； (5)井筒内流体瞬态流动， 且为纯 液相钻井液； (6)考虑井筒传热， 流体性能是温度和压力的函数； (7)考虑瞬态流动过程中的非恒定瞬态摩阻。 3.根据权利要求2所述的高温高压井起下钻钻井液瞬态流动波动压力的确定方法， 其 特征在于， 步骤S2中， 所述高温高压条件下的钻井液物性方程包括： (1)钻井液密度与温度、 压力关系的函数 ρ(T,p)＝ρ(T0,p0)·exp(γ1(p‑p0)+γ2(T‑T0)+γ3(T‑T0)2)            (1) 式中： ρ(T， p)为在温度T、 压力p条件下的钻井液密度， kg/m3； ρ(T0， p0)为在温度T0、 压力 p0条件下的钻井液密度， kg/m3； γ1、 γ2、 γ3均为钻井液密度函数中的特性系数； p为压力， MPa； p0为参考压力， MPa； T为温度， ℃； T0为参考温度， ℃； (2)钻井液流变参数与温度、 压力关系的函数， 所述流变参数包括屈服值、 稠度系数和 流性指数中的任意 一种或多种； 钻井液屈服 值与温度、 压力关系的函数为： τ0(T,P)＝ τ0(T0,p0)·exp[ η1(T‑T0)+ η2(p‑p0)+ η3(T‑T0)2]           (2) 钻井液稠度系数与温度、 压力关系的函数为： K(T,P)＝K(T0,p0)·exp[ η4(T‑T0)+ η5(p‑p0)+ η6(T‑T0)2]           (3) 钻井液流 性指数与温度、 压力关系的函数为： n(T,P)＝ n(T0,p0)·exp[ η7(T‑T0)+ η8(p‑p0)+ η9(T‑T0)2]           (4) 式中： τ0(T， p)为在温度T、 压力p条件下的钻井 液屈服值， Pa； K(T， p)为在温度T、 压力p条 件下的钻井液稠度系数， Pa ·sn； n(T， p)为在温度T、 压力p条件下的钻井液流性指数， 无量 纲； τ0(T0， p0)为在温度T0、 压力p0条件下的钻井液屈服值， Pa； K(T0， p0)为在温度T0、 压力p0条 件下的钻井液稠度系数， Pa ·sn； n(T0， p0)为在温度T0、 压力p0条件下的钻井液流性指数， 无 量纲； η1、 η2、 η3、 η4、 η5、 η6、 η7、 η8、 η9均为钻井液流变参数函数中的特性系数。权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 115168955 A 24.根据权利要求3所述的高温高压井起下钻钻井液瞬态流动波动压力的确定方法， 其 特征在于， 步骤S3中， 所述井筒内瞬态流动波动压力控制方程组包括： 其中： 式中： h为井筒井深， m； ρ 为钻井液密度， kg/m3； v为流速， m/s； t为时间， s； FT为井筒内瞬 态流动摩阻压耗梯度， Pa/m； g为重力加速度， m/s2； θ为井斜角， rad； c为压力 波速， m/s； Tf为 钻井液温度， ℃； w为钻井液质量流量， kg/s； cp为钻井液定压比热容， J/(kg ·℃)； LR为松弛 距离， m‑1； m为单位长度上的流体质量， kg/m； CT为热存储系数， 无量纲； Tei为地层初始 温度， ℃； φ为集总参数， 无量纲； α 为 流体压缩系数， Pa‑1； β 为井筒流道压缩系数， Pa‑1。 5.根据权利要求4所述的高温高压井起下钻钻井液瞬态流动波动压力的确定方法， 其 特征在于， 钻井液温度Tf通过下式进行计算： 其中： 式中： e为自然底数， 无量纲； L为井深， m； gG为地温梯度， ℃/m； rti为井筒半径， m； Ut为总 传热系数， W/(m2·℃)； ke为为地层热导 率， W/(m·℃)； TD为无因次温度， 无量纲。 6.根据权利要求4所述的高温高压井起下钻钻井液瞬态流动波动压力的确定方法， 其 特征在于， 所述井筒内瞬态流动摩阻压耗梯度FT由恒定稳态摩阻FS和非恒定瞬态摩阻FU组 成， 表达式为： 其中：权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 115168955 A 3