一種鑽井參數優化方法和裝置與流程

2023-06-10 12:05:22

1.本發明涉及石油天然氣鑽探工程鑽井技術領域,尤其涉及一種耦合井眼清潔、摩阻扭矩和ecd影響的鑽井參數優化技術。


背景技術：

2.在海洋、灘海、地面情況惡劣的油田和特殊油氣藏的開發中，通過長水平井技術取得了顯著的經濟效益。例如，海洋石油開發採用長水平井來開發邊際油藏，提高單井產量，降低鑽井平臺成本，節省重複建設費用。水平井鑽井技術是提高油氣開發效益的重要途徑，正在成為目前的重點研究方向。但是，長水平井鑽井技術相對於常規井型，面臨的問題更為突出且困難。
3.在長水平井施工過程中由於井筒傾斜角大而且水平井段長、重力效應突出，導致鑽井事故、複雜頻繁發生，其中最突出的問題包括巖屑堆積及其引發的高ecd(equivalent circulating density,當量循環密度)和大摩阻，進而導致憋泵、井漏、滑動鑽進困難、鑽速慢、鑽頭加壓困難和地面驅動裝備轉動扭矩不足、卡鑽、鑽柱磨損斷裂等一系列井下事故複雜。


技術實現要素：

4.鑑於現有技術中存在的技術缺陷和技術弊端，本發明實施例提供克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的鑽井參數優化方法和裝置。
5.本發明一方面提供一種鑽井參數優化方法，其中包括：
6.根據目標井的鑽井參數確定各井段的流型；
7.根據所述流型選擇相應的巖屑運移模型；
8.根據所述巖屑運移模型對應的井眼清潔計算公式計算巖屑濃度和巖屑床高度；
9.將所述巖屑濃度和巖屑床高度輸入到摩阻扭矩模型和ecd模型中得到計算結果；
10.根據所述計算結果判斷是否滿足約束條件；
11.根據所述判斷結果優化所述鑽井參數。
12.本發明另一方面提供一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有電腦程式，其特徵在於，該程序被處理器執行時實現上述的方法。
13.本發明又一方面提供一種計算機設備，包括存儲器，處理器及存儲在存儲器上並可在處理器上運行的電腦程式，其中，所述處理器執行所述程序時實現上述的方法。
14.本發明再一方面提供一種鑽井參數優化裝置，其中包括：
15.確定模塊，用於根據目標井的鑽井參數確定各井段的流型；
16.選擇模塊，用於根據所述流型選擇相應的巖屑運移模型；
17.計算模塊，用於根據所述巖屑運移模型對應的井眼清潔計算公式計算巖屑濃度和巖屑床高度；
18.輸入模塊，用於將所述巖屑濃度和巖屑床高度輸入到摩阻扭矩模型和ecd模型中
得到計算結果；
19.判斷模塊，用於根據所述計算結果判斷是否滿足約束條件；
20.優化模塊，用於根據所述判斷結果優化所述鑽井參數。
21.本發明各方面通過提供一種基於井眼清潔與摩阻扭矩、環空壓耗耦合的鑽井參數優化方法，能有效評估井下鑽井安全狀況，並提供有效的鑽井參數優化，為鑽井安全施工提供輔助決策。
22.本發明的其它特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所記載的結構來實現和獲得。
23.下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
附圖說明
24.附圖用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用於解釋本發明，並不構成對本發明的限制。在附圖中：
25.圖1為本發明實施例提供的考慮井眼清潔、摩阻扭矩和ecd耦合影響的鑽井參數優化方法的流程示意圖；
26.圖2為考慮井眼清潔、摩阻扭矩和ecd耦合影響的鑽井參數優化方法的原理示意圖；
27.圖3為流態判斷方法示意圖；
28.圖4為鑽井的約束因素示意圖；
29.圖5為參數優化提升算法的過程示意圖；
30.圖6為不同流型的流動示意圖；
31.圖7為本發明實施例所述鑽井參數優化裝置的結構示意圖。
具體實施方式
32.下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這裡闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開，並且能夠將本公開的範圍完整的傳達給本領域的技術人員。
33.這裡將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式並不代表與本發明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本發明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。
34.發明人經研究後發現：統計數據顯示，大約70％的鑽井時間損失與鑽具卡阻有關，而大約有1/3的鑽具卡阻問題與井筒清潔不充分有關。除了上述技術難題，長水平井鑽井技術同樣是一個技術綜合應用的問題，使得鑽井技術更加複雜，許多鑽井問題都與作業人員失誤或者反應遲鈍有關。在準確模擬井下狀況之外，還迫切需要引入優化方法規避井下可能出現的事故，提高鑽井質量和效率。如何根據井眼清潔、摩阻扭矩和ecd的耦合影響準確模擬井下巖屑分布、鑽柱受力分布、井筒壓力分布情況，並結合現場工程實際限制，找到鑽
井參數優化方法用以指導現場鑽井施工，是目前長水平井安全、高效鑽進急需解決的關鍵問題之一。
35.為此，本實施例提供了一種耦合井眼清潔、摩阻扭矩和ecd影響的鑽井參數優化方法，如圖1和圖2所示，包括如下步驟：
36.步驟100，根據目標井所需的鑽井參數確定各井段的流型。
37.其中，所述鑽井參數包括：分析計算需要的靜態參數，如：井眼軌跡，井身結構，鑽具組合，鑽井液流變參數等；以及需要優化的施工參數，如：排量q、機械鑽速(rate of penetration，簡稱：rop)等。
38.流型分為固定巖屑床流、波動巖屑床流、堆積巖屑流、分散巖屑流，如附圖6所示。不同的流型狀態下井眼清潔模型的受力平衡方程會有差別，對於實際鑽進過程需判斷流型選用相應的井眼清潔公式才能準確計算出結果，不同流型的特點如下所示。
39.固定巖屑床流：在井斜角較大的位置(井斜角大於55度)，巖屑在環空的下側沿軸向形成固定高度的巖屑床。固定巖屑床上方是混合層。混合層的巖屑濃度不均勻。巖屑濃度在底部最高，並逐漸向頂部逐漸減小。在混合層的底部，巖屑顆粒向前滾動，與懸浮在頂部的巖屑相比，移動速度相對較慢。隨著局部巖屑濃度的降低，巖屑移動速度增加。在混合層上方是液體層，幾乎沒有巖屑。
40.波動巖屑床流：隨著井斜角減小或巖屑床表面流速增加，流體攜帶更多巖屑顆粒離開固定巖屑床。巖屑仍然形成連續的固定巖屑床，但床層和流動鑽井液之間的界面長時間不平滑。在巖屑床中出現一些波浪，這使得巖屑床具有波浪形外觀。巖屑顆粒沿著波浪前側的斜面向下滑動並積聚在波浪的後側。在這些滑動和下降運動的變化中，波浪巖屑床以固定速度向前移動，其移動速度和波浪之間的距離隨床層表面速度、巖屑生成速率、井斜角、流體性質和巖屑性質的變化而變化。
41.堆積巖屑流：隨著巖屑生成速率的降低或巖屑床表面流速增加，床層中的波浪數增加。最後，連續固定巖屑床消失，沙丘出現，形成堆積巖屑流。這些巖屑顆粒從沙丘的背面向下滑動，然後重新捲入流體中，向前移動並重新沉積在沙丘的前面。
42.分散巖屑流：從堆積巖屑流出發，通過進一步降低巖屑生成速率或提高表面流速，堆積巖屑顆粒完全分散在流動中。然後，流型變為分散巖屑流。在分散巖屑流中沒有巖屑滑動。沙丘末端的顆粒以很高的速度被帶到環空上部，然後移動到沙丘的前部，然後再次落迴環空的下部。如果液相表面速度進一步增加，這種上下行為消失，巖屑將以段塞的形式向前移動。
43.具體地，井段流型模型的判斷思路為如附圖3所示：
44.1、比較井斜角θ和臨界滑移井斜角θs，若θ＞θs(55
°
)，則判斷流型為固定巖屑床流；否則去步驟2；
45.2、計算當前井段對應流速和rop下的分散係數nd；
46.3、代入nd到公式(1)，計算出θ
wp
，若θ＞θw，則判斷流型為波動巖屑床流；否則去步驟4；
47.4、代入nd到公式(2)，計算出θ
pd
，若θ＞θ
pd
，則判斷流型為堆積巖屑流；否則判斷流型為分散巖屑床流。
48.其中nd計算公式為無量綱；v
sl
為表層液體流速，m/s；v
sc
為表層巖屑流速,m/s。波動巖屑床到堆積巖屑流的臨界值θ
wp
與堆積巖屑流和分散巖屑床之間的臨界值θ
pd
的計算表達式為：
49.θ
wp
＝0.0232
·
(n
d-180)+25(1)
50.θ
pd
＝-4
·
10-5
·nd2
+0.107
·nd-20.75(2)
51.步驟200，根據所述流型選擇相應的巖屑運移模型。
52.確定好流型後，根據流型來選擇對應的井眼清潔計算用的巖屑運移模型。巖屑在不同井段和流動條件下所表現出的流型會發生很大的變化，井眼清潔的計算是以巖屑運移的流型為基礎，因此，井眼清潔的力學模型需要根據流型隨井斜角的變化規律，將定向井的井眼分為豎直及微傾斜井段、中度傾斜井段、大斜度及水平井段三個不同的井段類型。
53.其中，豎直及微傾斜井段對應流型為分散巖屑流、相應的巖屑運移模型為分散模型；中度傾斜井段對應流型為堆積巖屑流/波狀巖屑床流、相應的巖屑運移模型為區塊模型；大斜度及水平井段對應流型為固定巖屑床、相應的巖屑運移模型為三層模型。
54.步驟300，根據所述巖屑運移模型對應的井眼清潔計算公式計算巖屑濃度和巖屑床高度。
55.巖屑運移模型確定後，計算出最終的巖屑床高度和巖屑濃度在全井段的分布狀況。
56.具體地，分散模型的井眼清潔計算公式如下所示。
57.巖屑生成濃度公式為：
[0058][0059]
巖屑與鑽井液之間的平均滑移速度：
[0060][0061]
混合速度：
[0062][0063]
由上面三個方程可求得最終的巖屑濃度：
[0064][0065]
其中，表層巖屑流速表層液體流速q
l
為排量,m3/s；rop為機械鑽速，m/s；aw為橫截面積，
㎡
；a
annulus
為環空過流斷面面積，
㎡
；cc為巖屑濃度，無量綱；v
l
為液相流速，m/s；vc為巖屑移動速度,m/s；cm為混合速度,m/s。
[0066]
具體地，區塊模型的井眼清潔計算公式如下所示。
[0067]
由質量守恆方程有：
[0068]
固相：ρ
svuaucu
+ρ
svdadcd
＝λρsropa
bit
[0069]
液相：ρ
lvuau
(1-cu)+ρ
lvdad
(1-cd)＝ρ
lq[0070]
由動量守恆方程有：
[0071][0072][0073]
共有vu，vd，cu，cd和au6個變量，需要6個方程聯合求解，因此除上述質量和動量守恆的四個方程外，還需要2個閉合關係方程。閉合關係方程以混合層巖屑顆粒體積濃度和混合層內的巖屑顆粒的速度為閉合關係方程。
[0074]
巖屑濃度閉合方程：
[0075]
巖屑速度閉合方程：
[0076]
其中，ρs為巖屑密度，g/cm3；ρ
l
為鑽井液密度，g/cm3；vu為上部流體流速，m/s；au為上部流體過斷流面面積，
㎡
；cu為上層區域巖屑濃度，無量綱；vd為分散區域流體流速，m/s；cd為分散區域巖屑濃度，無量綱；λ為生成巖屑濃度修正係數，無量綱；a
bit
為鑽頭橫截面積，
㎡
；為壓力梯度，mpa/m；τ
uw
為上層流動區和井壁之間的剪應力,mpa；τ
ub
為上層流動區和巖屑塊之間的剪應力,mpa；τ
ud
為上層流動區和分散區域之間的剪應力,mpa；s
uw
為上層流動區和井壁之間的溼周，m；s
ub
為上層流動區和巖屑塊之間的溼周，m；s
ud
為上層流動區與分散區域之間的溼周，m；ρu為上層區域的平均密度，g/cm3；τ
dw
為分散區域和井壁之間的剪切力，mpa；s
dw
為分散區域和井壁之間的溼周，m；ρd為分散區域的平均密度，g/cm3；g為重力加速度，m/s2；rb為巖屑塊長與分散段之比，無量綱。
[0077]
具體地，三層模型的井眼清潔計算公式如下所示。
[0078]
由動量守恆方程有：
[0079][0080][0081][0082]
由質量守恆方程有：
[0083]
固相：a
sbcsbusb
+a
mbcmbumb
＝λa
wut
[0084]
液相：a
sdusd
+a
mb
(1-c
mb
)u
mb
+a
sb
(1-c
sb
)u
sb
＝q
[0085]
共有c
sb
，c
mb
，u
sb
，u
sd
，u
mb
和a
sd
7個變量，需要7個方程聯合求解，因此除上述質量和動量守恆的5個方程外，還需要2個閉合關係方程，在分散模型內已經給出。其中：a
sd
為上液層流動截面積，
㎡
；a
mb
為移動巖屑床流動截面積，
㎡
；a
sb
為固定巖屑床流動橫截面積，
㎡
；c
sb
為固定巖屑床巖屑濃度，無量綱；c
mb
為移動巖屑床巖屑濃度，無量綱；u
sb
為固定巖屑床速度，m/s；u
mb
為移動巖屑床速度，m/s；u
t
為rop，m/s；τ
sd
為上液層與壁面之間的剪切力，mpa；τ
sdmb
為上液層與移動床層之間的剪切力，mpa；s
sd
為井眼和鑽杆與上液層之間的溼周，m；s
sdmb
為上液層與混合層之間的溼周，m；ρ
sd
為上液層密度,g/cm3；τ
mb
移動巖屑床與壁面之間的剪切力，mpa；s
mb
為混合層與壁面之間的溼周，m；τ
mbsb
為移動床與固定床層間的剪切應力,mpa；s
mbsb
為混合層與巖屑床層之間的溼周，m；ρ
mb
為移動巖屑床密度,g/cm3；f
mbsb
為移動床與固定床層間的幹摩擦力，n；f
mb
為移動床層和壁面上的幹摩擦力，n。
[0086]
步驟400，將所述巖屑濃度和巖屑床高度輸入到摩阻扭矩模型和ecd模型中得到計算結果。
[0087]
其中，計算結果包括：軸向力、扭矩和ecd。考慮井筒中巖屑的存在對ecd、摩阻扭矩產生的影響，將巖屑床高度、巖屑濃度的分布結果分別帶入到摩阻扭矩模型、ecd模型，獲取軸向力、扭矩和ecd在全井段的計算結果。
[0088]
其中，所述ecd模型也稱為ecd計算模型，耦合考慮了巖屑對其的影響，首先是巖屑床高度對於流道尺寸的影響，其次是懸浮巖屑對於流體密度的影響，再就是巖屑對於摩擦係數的影響。基於這些影響構建了ecd模型。
[0089]
ecd計算方法：ecd＝esd+δp
an
/gh，ecd為當量循環密度，g/cm3；esd為當量靜密度，g/cm3；δp
an
為環空壓耗，mpa；h垂深，m。
[0090]
其中esd等於鑽井液混合密度ρm，環空壓耗計算公式：環空壓耗計算公式：其中ρm為混合密度，g/cm3；ff為摩阻係數，無量綱；l為管柱長度，m；dhy為環空當量直徑，m；q為流量，m3/s；a為流道面積，
㎡
。
[0091]
考慮巖屑影響，流道面積a＝a
sd
+a
mb
；流體混合密度ρm＝ρ
scc
+ρ
l
(1-cc)，摩擦係數其中dc為巖屑當量直徑，m；n
re
為廣義雷諾數，無量綱。
[0092]
所述摩阻扭矩模型也可稱為摩阻扭矩計算模型，其耦合考慮了巖屑和ecd對其的影響，首先是巖屑對於摩阻係數的影響會增加額外的阻力，其次是ecd改變了井筒中的壓力分布狀態，會對鑽具產生額外的拉力，進而影響鑽具的受力情況，從而影響軸向力和扭矩的計算結果。基於這些影響構建了摩阻扭矩模型。
[0093]
若不考慮巖屑的影響，摩阻扭矩計算模型已經較為成熟，為便於計算，在實際應用中，通過使用一個附加力來表示巖屑床和鑽杆之間的複雜相互作用：起下鑽時，附加力施加在鑽杆軸向，表示巖屑床對鑽杆軸向作用力的影響；鑽杆旋轉時，附加力與鑽杆壁曲面相切，方向與旋轉方向相反。
[0094]
當鑽具旋轉時，fc為附加扭矩，fc＝f
cir
wcr
p
；wc為接觸力，n；r
p
為鑽杆半徑，m。
[0095]
當鑽具軸向運動時，fc為附加軸向力，fc＝f
axi
wc[0096]
其軸向摩阻係數表達式為：
[0097]faxi
＝a+bn
[0098]
其中，a和b係數是由實驗測得，無量綱，其中h
bed
為巖屑床高度，dw為鑽頭橫截直徑。
[0099]
其周向摩阻係數表達式為：
[0100]fcir
＝f
clean
+f
clean
×fcr
[0101]fcr
＝αn
β
[0102]
其中，f
clean
為無巖屑生成下的摩阻係數，其中α和β係數是由實驗來測得。考慮ecd影響相當於在軸向力方向產生一個額外的附加軸向力可表示為：
[0103]ft
＝ecd
×g×h×at
[0104]
其中，f
t
為考慮ecd影響的額外附加軸向力，n；a
t
為接觸截面積，
㎡
。
[0105]
步驟500，根據所述計算結果判斷是否滿足約束條件。
[0106]
具體地，將全井段的軸向力、扭矩和ecd的計算結果與鑽井中的約束對比，判斷是否滿足其約束條件的限制。其中，鑽井中的約束包括井筒壓力是否安全、鑽機是否能提供足夠的能力、鑽具是否存在斷裂失效的風險、排量是否超過額定值。相應地，如圖4所示，判斷是否滿足其約束條件(也稱為約束因素)的限制包括：ecd分布與地層孔隙壓力和地層破裂壓力分布作同深度對比，井口鑽具所受的最大軸向力和扭矩與鑽機所能提供的提升能力和扭轉能力作對比，各段鑽具所受軸向力和扭矩與相應鑽具抗拉、抗扭極限作對比，輸入排量與鑽井泵的額定排量作對比。
[0107]
其中，井筒壓力安全為ecd要保持在鑽井液安全密度窗口之內即ρ
孔隙壓力
≤ecd≤ρ
破裂壓力
，ρ
孔隙壓力
為孔隙壓力對應的當量密度，g/cm3；ρ
破裂壓力
為破裂壓力對應的當量密度，g/cm3。
[0108]
鑽機能否提供足夠的能力，即用於鑽進的鑽機必須保證足夠的提升能力和扭轉力。鑽機能提供的提升能力、扭轉能力必須大於各開次鑽井作業過程中的最大鉤載d
max
和最大井口扭矩t
max
。
[0109]dmax
≤d
額
[0110]
t
max
≤t
額
[0111]d額
為額定提升能力，kn；t
額
為額定扭轉能力，n
·
m。
[0112]
鑽具是否存在斷裂失效的風險，即在鑽井作業中，為保證鑽井作業各個階段的順利進行，要保證鑽柱截面上的拉力σ
axi
要小於鑽柱的抗拉屈服強度保證鑽具不被拉壞；同時，在鑽柱旋轉時，鑽柱截面上的扭矩σ
cir
要小於鑽柱的抗扭屈服強度保證鑽柱不發生扭轉破壞。其中nb為安全係數，nn同理，σb拉應力極限，σn扭應力極限，均可查閱鑽具手冊得到，許用拉應力，許用扭應力。
[0113][0114][0115]
排量是否超過額定值，即保證最大排量q
max
小於額定泵排量q
額
。
[0116]qmax
≤q
額
[0117]
步驟600，根據所述判斷結果優化所述鑽井參數。
[0118]
具體地，根據判斷結果，使用參數優化提升算法迅速的尋找最優的rop和q，該參數優化提升算法主要步驟如圖5所示，包括：
[0119]
1.將當前的rop和q以及靜態參數代入到井眼清潔模型、考慮巖屑影響的摩阻扭矩模型和考慮巖屑影響的ecd模型中，得到模型的計算結果。
[0120]
2.將計算結果與鑽井的約束進行比較分析，如果發現有某一條件不滿足，將rop減少到原來的1/2，若滿足約束條件，將rop增長到原來的2倍。
[0121]
3.重複步驟1與步驟2直到減小1/2rop後滿足約束條件或重複步驟1和步驟2直到增長2倍rop後不滿足條件。
[0122]
4.將此不滿足的參數組合記為極限約束參數組合(記為g1)，前一滿足條件的參數組合記為當前約束參數組合(記為g2)。然後取當前約束參數組合(g2)和極限約束參數組合(g1)的平均rop值為中值參數組合(記為g)，再次進行步驟1得到模型計算結果，如滿足約束條件則更新當前約束參數組合為中值參數組合(即g2＝g)，否則更新極限約束參數組合為中值參數組合(g1＝g)，重複此過程直到極限約束參數組合和當前約束參數組合的差值小於開始設定的特定值時，其中特定值為極限約束參數組合的rop或當前約束參數組合的rop與中值參數組合的rop之差小於0.01倍的中值參數組合的rop。則當前的中值參數組合(g)即為最優的rop和q。
[0123]
5.當步驟2、步驟3和步驟4過程中確定rop後，如果當前的rop和q代入模型後的結果滿足約束條件，則不改變q，否則不斷增加q直到滿足約束條件，則當前的rop和q滿足條件。如果q增加達到額定泵排量q
額
，則認為當前的rop和q不滿足條件。在步驟2、步驟3和步驟4過程中可以把這個兩個參數當作一個參數組合，即rop確定後，便通過步驟5得到對應的最大排量q。
[0124]
本實施能提供了一種基於井眼清潔與摩阻扭矩、環空壓耗耦合的鑽井參數優化方法，能有效評估井下鑽井安全狀況，並提供有效的鑽井參數優化，為鑽井安全施工提供輔助決策。
[0125]
本發明另一實施例提供一種能夠實現上述方法的鑽井參數優化裝置，如圖7所示，其中包括：確定模塊10、選擇模塊20、計算模塊30、輸入模塊40、判斷模塊50和優化模塊60，其工作原理如下：
[0126]
確定模塊10根據目標井的鑽井參數確定各井段的流型；選擇模塊20根據所述流型選擇相應的巖屑運移模型；計算模塊30根據所述巖屑運移模型對應的井眼清潔計算公式計算巖屑濃度和巖屑床高度；輸入模塊40將所述巖屑濃度和巖屑床高度輸入到摩阻扭矩模型和ecd模型中得到計算結果；判斷模塊50根據所述計算結果判斷是否滿足約束條件；優化模塊60根據所述判斷結果優化所述鑽井參數。
[0127]
本實施例的具體技術細節和技術效果可參見上述方法實施例的相關內容，此處不再贅述。
[0128]
為了進一步驗證本發明各實施例的上述技術效果，提供了如下實驗數據：
[0129]
(1)收集目標井所需的鑽井數據。對相關的所有數據內容進行整理。收集的數據包括靜態參數(井眼軌跡，井身結構，鑽具組合，鑽井液流變參數)和需要優化的施工參數(本計算實例中初始機械鑽速為10m/h和初始排量為30l/s)。
[0130]
表1井眼軌跡
[0131][0132][0133]
表2井身結構
[0134][0135]
表3鑽具組合
[0136][0137]
表4鑽井液流變參數
[0138]
開鑽次序四開鑽井液密度g/cm3)2.00屈服值(pa)7塑性粘度(mpa
·
s)35
[0139]
(2)先進行流型判別，然後根據流型採用相應的井眼清潔模型，獲得巖屑床高度、巖屑濃度在全井段的分布結果。
[0140]
表5巖屑床高度、巖屑濃度在全井段的分布結果
[0141]
井深(m)流型巖屑濃度(％)巖屑床高度(mm)30分散巖屑流4.3715200分散巖屑流4.3715
230分散巖屑流4.5615260分散巖屑流4.7616290分散巖屑流4.9716303分散巖屑流5.06173908分散巖屑流5.06173938分散巖屑流4.51143956分散巖屑流4.51143986分散巖屑流5.05154016分散巖屑流5.65174046分散巖屑流6.33184068分散巖屑流6.88194098分散巖屑流7.91214128分散巖屑流9.1234158分散巖屑流10.48264188分散巖屑流12.07294218堆積巖屑流13.92324248堆積巖屑流16.07354278堆積巖屑流18.57404308波動巖屑床19.36414338波動巖屑床19.67424368波動巖屑床19.79424398波動巖屑床19.73424428固定巖屑床19.51424458固定巖屑床19.12414482固定巖屑床18.69406714固定巖屑床18.6940
[0142]
(3)將巖屑床高度、巖屑濃度的分布結果分別代入到摩阻扭矩、ecd計算模型，獲取軸向力、扭矩和ecd在全井段的計算結果。
[0143]
表6軸向力、扭矩和ecd在全井段的計算結果
[0144]
[0145]
[0146]
[0147]
[0148]
[0149][0150]
表7軸向力和扭矩在全井段的計算結果
[0151]
[0152]
[0153]
[0154]
[0155]
[0156][0157]
(4)將全井段的軸向力、扭矩和ecd的計算結果與鑽井中的約束對比，判斷是否滿足其約束條件的限制。鑽井中的約束包括井筒壓力是否安全、鑽機是否能提供足夠的能力、鑽具是否存在斷裂失效的風險、排量是否超過額定值。判斷是否滿足其約束條件的限制包括：ecd分布與地層孔隙壓力和地層破裂壓力分布作同深度對比，各段鑽具所受軸向力和扭矩與相應鑽具抗拉、抗扭極限作對比，井口鑽具所受最大軸向力和扭矩與鑽機所能提供的提升能力和扭轉能力作對比，輸入排量與鑽井泵的額定排量作對比。如本實例中地層孔隙壓力當量密度為1.5g/cm3，地層破裂壓力當量密度為2.2g/cm3，鑽具抗拉極限和抗扭極限如上表7所示。鑽機所能提供的提升能力和扭轉能力由現場鑽機的型號所確定。鑽井泵的額定排量由現場鑽井泵的型號所確定。
[0158]
(5)結合井眼清潔模型、考慮巖屑的摩阻扭矩模型和考慮巖屑的ecd模型使用參數優化提升算法迅速的尋找出最優的rop和q。在機械鑽速10m/h和排量30l/s情況下，滿足約束的條件，將機械鑽速增大到原來的2倍即20m/h。再次重新結合井眼清潔模型、摩阻扭矩和
ecd模型計算，發現結果不滿足約束條件，此時確定了滿足的約束組合(g1)和不滿足約束的組合(g2)。然後取g1和g2的平均rop值即15m/h，繼續重複以上步驟，直到滿足g1、g2與中值參數組合的rop的差值小於0.01倍的中值參數組合的rop後，給出最優的rop和q。使用該算法最終的優化rop和q為14.5m/h和36.32l/s。
[0159]
本領域內的技術人員應明白，本發明的實施例可提供為方法、系統、或電腦程式產品。因此，本發明可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例、或結合軟體和硬體方面的實施例的形式。而且，本發明可採用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限於磁碟存儲器和光學存儲器等)上實施的電腦程式產品的形式。
[0160]
本發明是參照根據本發明實施例的方法、設備(系統)和電腦程式產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由電腦程式指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些電腦程式指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
[0161]
這些電腦程式指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的製造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
[0162]
這些電腦程式指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
[0163]
最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。