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一种入井流体类型的识别方法

阅读：648发布：2020-06-14

专利汇可以提供一种入井流体类型的识别方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种入井流体类型的识别方法，属于石油天然气钻井与完井技术领域。本发明首先测量待识别入井流体不同转速下的粘度，并将其转换为剪切速率和剪切应力；计算各种流体类型的流变参数，并根据流体的流变方程计算在各个实测剪切速率下各种流体类型对应的剪切应力；再将待识别流体的剪切应力和各种流体类型对应的剪切应力分别进行标准化处理，并建立相应的模糊向量；最后贴近度，并进行比较，以贴近度最大者对应的流体为待识别流体的流体类型。本发明利用常见的旋转粘度计测量数据，通过计算贴近度识别出入井流体类型，具有识别能力强，识别范围广，识别精确度高等优点，对于水力学计算、流变参数控制具有非常重要的意义。，下面是一种入井流体类型的识别方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种入井流体类型的识别方法，其特征在于，该识别方法包括以下步骤：
1)测量待识别入井流体不同转速下的粘度，并将得到的测量数据根据测量仪器常数转换为剪切速率和剪切应力；
2)根据得到剪切速率和剪切应力计算各种流体类型的流变参数；
3)根据流体的流变方程计算在各个实测剪切速率下各种流体类型对应的剪切应力；
4)将步骤1)中待识别流体的剪切应力和步骤3)中的各种流体类型对应的剪切应力分别进行标准化处理，并建立相应的模糊向量；
5)计算待识别流体对应的模糊向量与各种流体类型对应的模糊向量之间的贴近度，并进行比较，以贴近度最大者对应的流体为待识别流体的流体类型。
2.根据权利要求1所述的入井流体类型的识别方法，其特征在于，所述步骤1)在进行测量时，需对入井流体进行搅拌，使之均匀。
3.根据权利要求1所述的入井流体类型的识别方法，其特征在于，所述的步骤1)是采用旋转粘度计进行测量。
4.根据权利要求1所述的入井流体类型的识别方法，其特征在于，所述步骤1)采用的转换公式为：
其中Φ为转速，θ为测量值，γ为剪切速率，τ为剪切应力。
5.根据权利要求1所述的入井流体类型的识别方法，其特征在于，所述步骤2)中的各种流体包括宾汉流体、幂律流体、卡森流体、赫巴流体、R-S流体和L-M流体。
6.根据权利要求5所述的入井流体类型的识别方法，其特征在于，所述步骤2)中流变参数的计算是通过求解钻井液流变方程目标函数的最小值实现的：
二参数流变模式下的目标函数：
三参数流变模式下的目标函数：
求目标函数最小值，即min[P(a,b)|0＜a,0＜b]或min[P(a,b,c)|0＜a,0＜b,0＜c]下的a,b,c值即所求流变参数，其中f(γi,a,b)或f(γi,a,b,c)是钻井液流变方程函数式；a,b,c为流变参数。
7.根据权利要求1所述的入井流体类型的识别方法，其特征在于，所述步骤3)中所采用的各流体的流变方程为：
宾汉模式流变方程：τ＝τ0+μPγ
n
幂律模式流变方程：τ＝Kγ
卡森模式流变方程：
赫巴模式流变方程：τ＝τ0+Kγn
其中τ为剪切应力，单位为Pa；γ为剪切速率，单位为s-1；τ0为屈服值，单位为Pa；
μP为塑性黏度，单位为Pa·s；n为流性指数，无量纲；K为稠度系数，单位为Pa·s^n；η∞为极限高剪切粘度，单位为Pa·s。
8.根据权利要求1所述的入井流体类型的识别方法，其特征在于，所述步骤4)采用的标准化为标准差标准化、极差正规化、极差标准化和最大值规格化中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的入井流体类型的识别方法，其特征在于，所述步骤5)采用的贴近度为格贴近度、海明贴近度、欧几里得贴近度、测度贴近度、最小最大贴近度和最小平均贴近度中的任意一种。

说明书全文

一种入井流体类型的识别方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种入井流体类型的识别方法，属于石油天然气钻井与完井技术领域。

背景技术

[0002] 在石油天然气钻井与完井技术领域，钻井需要钻井液来传递水力能量、携带岩屑和平衡地层压力；完井作业过程中需要水泥浆注入井眼与套管之间的环空进行固井作业；增产作业过程中需要压裂液传递水力能量，携带支撑剂进入地层，实现低渗油气藏的增产。
而钻井液、水泥浆和压裂液等入井流体属于非牛顿流体中的塑性流体和假塑性流体，具体可分为宾汉型流体、幂律型流体、卡森型流体、赫巴型流体、R-S型流体和L-M型流体等。其中，钻井与完井过程中最常用的是宾汉型流体、幂律型流体、卡森型流体和赫巴型流体等四种类型。

[0003] 中国专利文献ZL 201110280632.4《一种卡森模式钻井液流变参数的控制方法》和201110280092.X《一种符合幂律模式的钻井液流变参数控制方法》就提到了卡森型流体和幂律型流体，但是并没有给出如何识别上述两种流体类型。

[0004] 目前，现场一般不加识别的采用宾汉和幂律型进行水力学计算，导致水力学的计算结果出现偏差，文献SY/T《固井设计规范》中仅提供了宾汉流体和幂律流体的识别标准，这种方法对于低剪切流体尚可接受，对于高剪切流体无法识别，况且该文献对于常见的卡森型流体及赫巴型流体没有识别方法。如果流体类型识别出现问题，环空压降、最优环空返速、钻头水眼粘度等一系列水力学计算均会出现较大误差。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种入井流体类型的识别方法，以解决目前缺乏对入井流体类型进行识别导致水力学计算出现误差的问题。

[0006] 本发明为解决上述技术问题提供了一种入井流体类型的识别方法，该识别方法包括以下步骤：

[0007] 1)测量待识别入井流体不同转速下的粘度，并将得到的测量数据根据测量仪器常数转换为剪切速率和剪切应力；

[0008] 2)根据得到剪切速率和剪切应力计算各种流体类型的流变参数；

[0009] 3)根据流体的流变方程计算在各个实测剪切速率下各种流体类型对应的剪切应力；

[0010] 4)将步骤1)中待识别流体的剪切应力和步骤3)中的各种流体类型对应的剪切应力分别进行标准化处理，并建立相应的模糊向量；

[0011] 5)计算待识别流体对应的模糊向量与各种流体类型对应的模糊向量之间的贴近度，并进行比较，以贴近度最大者对应的流体为待识别流体的流体类型。

[0012] 所述步骤1)在进行测量时，需对入井流体进行搅拌，使之均匀。

[0013] 所述的步骤1)是采用旋转粘度计进行测量。

[0014] 所述步骤1)采用的转换公式为：

[0015]

[0016] 其中Φ为转速，θ为测量值，γ为剪切速率，τ为剪切应力。

[0017] 所述步骤2)中的各种流体包括宾汉流体、幂律流体、卡森流体、赫巴流体、R-S流体和L-M流体。

[0018] 所述步骤2)中流变参数的计算是通过求解钻井液流变方程目标函数的最小值实现的：

[0019] 二参数流变模式下的目标函数：

[0020] 三参数流变模式下的目标函数：

[0021] 求目标函数最小值，即min[P(a,b)|0＜a,0＜b]或min[P(a,b,c)|0＜a,0＜b,0＜c]下的a,b,c值即所求流变参数，其中f(γi,a,b)或f(γi,a,b,c)是钻井液流变方程函数式；a,b,c为流变参数。

[0022] 所述步骤3)中所采用的各流体的流变方程为：

[0023] 宾汉模式流变方程：τ＝τ0+μPγn

[0024] 幂律模式流变方程：τ＝Kγ

[0025] 卡森模式流变方程：

[0026] 赫巴模式流变方程：τ＝τ0+Kγn

[0027] 其中τ为剪切应力，单位为Pa；γ为剪切速率，单位为s-1；τ0为屈服值，单位为Pa；μP为塑性黏度，单位为Pa·s；n为流性指数，无量纲；K为稠度系数，单位为Pa·s^n；η∞为极限高剪切粘度，单位为Pa·s。

[0028] 所述步骤4)采用的标准化为标准差标准化、极差正规化、极差标准化和最大值规格化中的任意一种。

[0029] 所述步骤5)采用的贴近度为格贴近度、海明贴近度、欧几里得贴近度、测度贴近度、最小最大贴近度和最小平均贴近度中的任意一种。

[0030] 本发明的有益效果是:本发明首先测量待识别入井流体不同转速下的粘度，并将得到测量数据根据测量仪器常数转换为剪切速率和剪切应力；根据得到剪切速率和剪切应力计算各种流体类型的流变参数；然后根据流体的流变方程计算在各个实测剪切速率下各种流体类型对应的剪切应力；再将待识别流体的剪切应力和各种流体类型对应的剪切应力分别进行标准化处理，并建立相应的模糊向量；最后计算待识别流体对应的模糊向量与各种流体类型对应的模糊向量之间的贴近度，并进行比较，以贴近度最大者对应的流体为待识别流体的流体类型。本发明利用常见的旋转粘度计测量数据，通过计算贴近度识别出入井流体类型，具有识别能力强，识别范围广，识别精确度高等优点，对于水力学计算、流变参数控制具有非常重要的意义。附图说明

[0031] 图1是本发明实施例的流程图；

[0032] 图2是本发明实施例中宾汉流体流变曲线与实测数据的贴近程度示意图；

[0033] 图3是本发明实施例中幂率流体流变曲线与实测数据的贴近程度示意图；

[0034] 图4是本发明实施例中卡森流体流变曲线与实测数据的贴近程度示意图；

[0035] 图5是本发明实施例中赫巴流体流变曲线与实测数据的贴近程度示意图。

具体实施方式

[0036] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

[0037] 本发明通过对入井流体搅拌均匀，利用粘度计测量不同转速下入井流体的度数，然后将其转换为剪切速率和剪切应力并标准化为模糊向量，求出各种类型流体的流变参数，并计算出剪切应力并标准化，再计算实测剪切应力模糊向量与各流体计算得出的剪切应力模糊向量之间的贴近度，贴近度数值大的为对应的流体类型，从而实现对流体类型的识别。

[0038] 本下面结合某油田的HH42P10井的实测数据对本发明的入井流体类型的识别过程进行详细说明，该井在钻井过程采用的钻井液为钾氨基，具体流程如图1所示，具体步骤如下。

[0039] 1.测量不同转速下钻井液的粘度

[0040] 在测量之前，需要对配好的钻井液进行充分搅拌，本实施中通过搅拌机对钻井液搅拌均匀；然后对搅拌均匀的钻井液进行测量，本实施例中采用范氏35型六速旋转粘度计，测量得到的不同转速下的对应读数如表1所示。

[0041] 表1

[0042]

[0043]

[0044] 2.根据旋转粘度计仪器常数，将粘度计测量得到的数据转换为相应的剪切应力和剪切速率，具体的转换关系式(可参考文献《SY/T5480-2007固井设计规范》)如下：

[0045]

[0046] 其中为，τ为剪切应力，γ为剪切速率，

[0047] 采用上述关系式进行转换，转换后的结果如表2所示。

[0048] 表2钻井液剪切速率与剪切应力

[0049]剪切速率/(s-1) 5.1069 10.2138 170.23 340.46 510.69 1021.38
剪切应力/Pa 1.022 1.533 6.643 11.242 14.819 25.039

[0050] 3.根据得到剪切速率和剪切应力，计算各种流体类型流变参数。

[0051] 流变参数的计算是通过求解钻井液流变方程目标函数的最小值实现的：

[0052] 二参数流变模式下的目标函数：

[0053] 三参数流变模式下的目标函数：

[0054] 求目标函数最小值，即min[P(a,b)|0＜a,0＜b]或min[P(a,b,c)|0＜a,0＜b,0＜c]下的a,b,c值即所求流变参数，其中f(γi,a,b)或f(γi,a,b,c)是钻井液流变方程函数式；a,b,c为流变参数。

[0055] 本实施给出的四种常用的流体类型，包括宾汉流体、幂率流体、卡森流体和赫巴流体，本实施采用回归计算，得到各流体类型流变参数如表3所示。

[0056] 表3

[0057]

[0058]

[0059] 4.对步骤2中得到的待识别流体剪切应力进行标准化，并根据标准化结果建立模糊向量。其中标准化处理可采用标准差标准化、极差正规化、极差标准化和最大值规格化中的任意一种，本实施采用极差正规化进行处理，最终得到的模糊向量τF为：

[0060] τF＝[0.0000 0.0213 0.2340 0.4255 0.5745 1.0000]

[0061] 5.应用步骤3得到各种流体类型的流变参数，根据流体的流变方程计算各流体剪切速率对应的剪切应力，保留2位小数，计算得到结果如表4所示，本实施例给出四种模式下的流变方程。

[0062] 宾汉模式流变方程：τ＝τ0+μPγ

[0063] 幂律模式流变方程：τ＝Kγn

[0064] 卡森模式流变方程：n

[0065] 赫巴模式流变方程：τ＝τ0+Kγ-1

[0066] 其中τ为剪切应力，单位为Pa；γ为剪切速率，单位为s ；τ0为屈服值，单位为Pa；μP为塑性黏度，单位为Pa·s；n为流性指数，无量纲；K为稠度系数，单位为Pa·s^n；η∞为极限高剪切粘度，单位为Pa·s。

[0067] 表4不同流体类型计算得到的剪切应力结果

[0068]剪切速率/(s-1) 5.1069 10.2138 170.23 340.46 510.69 1021.38
宾汉流体剪切应力/Pa 2.12 2.24 5.99 9.99 13.98 25.97
幂律流体剪切应力/Pa 0.53 0.88 6.79 11.22 15.06 24.90
卡森流体剪切应力/Pa 1.44 1.75 6.72 10.81 14.61 25.29
赫巴流体剪切应力/Pa 1.12 1.40 6.76 11.07 14.91 25.03

[0069] 6.对得到的不同流体类型的剪切应力分别进行标准化处理，并建立相应的模糊相量，这里的标准化处理可以采用标准差标准化、极差正规化、极差标准化和最大值规格化中的任意一种，本实施采用极差正规化进行处理，最终得到的宾汉流体、幂率流体、卡森流体和赫巴流体剪切应力标准化后的模糊向量分别记为，保留4位小数，结果为：

[0070] τB＝[0.0000 0.0213 0.2021 0.3616 0.5212 1.0000]

[0071] τP＝[0.0000 0.0143 0.2567 0.4387 0.5962 1.0000]

[0072] τK＝[0.0208 0.0333 0.2373 0.4055 0.5615 1.0000]

[0073] τH＝[0.007 70.0194 0.2417 0.4206 0.5797 1.0000]

[0074] 7.分别计算实测剪切应力模糊向量与根据各流体流变方程计算得到的剪切应力模糊向量之间的贴近度，贴近度数值大者对应的流体为该被测流体的流体类型。贴近度的计算可采用格贴近度、海明贴近度、欧几里得贴近度、测度贴近度、最小最大贴近度和最小平均贴近度中的任意一种。本实施例选用欧几里得贴近度，保留4位小数，计算结果如下：

[0075] N(τF,τB)＝0.9718，N(τF,τP)＝0.9910，

[0076] N(τF,τK)＝0.9915N(τF,τH)＝0.9968。

[0077] 经比较，发现N(τF,τH)＞N(τF,τK)＞N(τF,τP)＞N(τF,τB)，如图2-图5所示，因此识别这种流体是赫巴型流体。

[0078] 利用本发明方法，对某油气田使用的钾铵基钻井液、正电胶钻井液、钾铵基悬浮乳液钻井液、DZJ水泥浆等入井流体进行了应用，其中定向井155井次，水平井479井次。结果表明，通过水力学计算循环压降、最低环空返速、井底动压等参数均与实测值基本符合。给现场技术人员准确识别入井流体类型，从而准确计算相关参数提供了支撑。

[0079] 最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限定本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

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