0044] (3)通过井径测井，该井二开A点至井底平均井径扩大率为5.97% ;
[0045] (4)根据地质和工程要求，尾浆返至储层以上垂深段长200m，低密度返至井口，确 定浆体结构为：低密度水泥浆(密度1.35g/cm3)段长2200m，过渡浆(密度1.80g/cm3)段长 1 〇〇m，尾浆(地面 1 · 90g/cm3)段长 1108m;
[0046] (5)根据步骤(4)中浆体结构数据，计算井底压力为31.57MPa，利用高温高压流变 仪，测量尾浆在温度72.02°C和压力31.57MPa下的流变性，结果见下表1;
[0047] 表1尾浆在温度72°C和压力32MPa下的流变性 rnrusi
LOO49」（6)基十步骤（5)中数据，根据所使用高温高压流变仪的仪器常数，把高温高压流 变仪的转速和所对应的读数转换为相应的剪切应力和剪切速率，转换关系见公式1-2:
[0050] 公式1: γ =1.7023Φ，
[0051] 式1中：γ为剪切速率，为转速，r/min;
[0052] 公式 2:τ = 〇·511θ，
[0053] 式2中：τ为剪切应力，Pa;0为度数，格；
[0054]转换结果如下表2所示；
[0055]表2剪切应力和剪切速率转换结果
[0056]
[0057] 根据Φ215.9mm井眼下入Φ 139.7mm套管，环空间隙为38.1mm，因井径扩大率的影 响，水泥浆的紊流剪切速率在135一~600。之间，因此选择γ !、γ 2和γ 3及相应的m和 丁3进行流变参数的计算，γ ι = 170.23, γ 2 = 340.46, 7 3 = 510.69^ = 29.638^2 = 42.924, T3 = 55.188；
[0058] 根据公式3解得τ〇 = 6.0113,根据公式4解得n = 0.7075,根据公式5解得K = 0.5967·
[0059]
[0060]
[0061]
[0062] 式3-5中：τ〇为动切力，Pa; γι、γ2和γ3为剪切速率，sim和τ3为与剪切速率相 对应的剪切应力，Pa;η为流性指数，无量纲;Κ为稠度系数，Pa · sn;
[0063] (7)利用密度计测量尾浆密度为1.89g/cm3,根据水平段井眼尺寸为215.9mm，平均 井径扩大率为5.67%，得出实际井眼外径为228.14mm，再基于步骤(6)的数据，根据公式6-9 计算水泥浆的临界流速v;
[0064] 根据公式7-9解得过渡参数& = 702.8721沁=1372.9176，〇 = 553.3213;根据公式6 解得v = l .9919(环空流速函数f (v) =av2-bvn_c的函数图像见图4);
[0065] 公式 6 :av2-bvn_c = 0，
[0066] 公式 7=
[0067]
[0068] W* 1 -上八 冬' /
[0069] 式6-9中：a、b和c是过渡参数;v是临界流速，m/s; P为水泥浆密度，kg/m3; Do为井眼 外径，m;Di为套管外径，m;
[0070] (8)基于步骤(7)的数据，根据公式10计算水泥浆的临界排量Q，解得Q = 0.0509m3/ S;
[0071] 公式1丨
丨，
[0072] 式10中：Q为临界排量，m3/s; π为圆周率。
[0073] 其他浆体临界排量的计算可参照上述方法。
[0074] 运用该方法，2013年在鄂南红河油田、泾河油田、渭北油田和洛河油田共完成103 口水平井固井，其中优秀52 口，良好39 口，合格12 口，水平段固井优良率达到88.35 %。2014 年在鄂南红河油田、泾河油田、渭北油田和洛河油田共完成72 口水平井固井，其中优秀48 口，良好19口，合格5口，水平段固井优良率达到93.06%。
[0075]最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明而非限定本发明的技术方案。尽管上 述实施例对本发明进行了详细说明，但是本领域普通技术人员依然可以对发明的技术方案 进行修改或者等同替换。而不脱离本发明精神范畴的任意修改或局部替换，均应涵盖在本 发明权利要求的保护范围中。
【主权项】
1. 水平井固井水泥浆临界排量的计算方法，其特征在于:包括W下步骤： 1) 确定水平井的井底溫度和井底压力； 2) 根据流变仪读数计算水泥浆的剪切速率和剪切应力：首先，确定水泥浆剪切速率的 取值范围，计算该取值范围所相对应的转速的取值范围；其次，在上述转速的取值范围内选 定流变仪的转速档位，测定水泥浆在步骤1)的井底溫度和井底压力下、不同转速档位所对 应的读数;再次，根据流变仪的仪器常数计算水泥浆的剪切速率和剪切应力； 3) 确定水泥浆的流体类型，计算水泥浆的流变参数； 4) 根据流变参数，计算水泥浆的临界排量。2. 根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于:步骤2)中水泥浆剪切速率的取值范围 为 135 ~600s_i。3. 根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于:步骤2)中转速的取值范围的计算公式 为： 公式 1: 丫 =1.7023 巫， 式1中：丫为剪切速率，s-i;〇为转速，r/min。4. 根据权利要求3所述的计算方法，其特征在于:步骤2)中剪切应力的计算公式为： 公式 2:τ = 〇.511θ， 式2中：τ为剪切应力，Pa; Θ为度数，格。5. 根据权利要求4所述的计算方法，其特征在于：当水泥浆流体类型为赫己流体，且选 取Ξ组剪切速率及其对应的剪切应力计算水泥浆的流变参数时，计算公式如下：式3~5中：τ〇为动切力，Pa; 丫 1、丫 2和丫 3为剪切速率，s^; τι、T2和T3为与剪切速率相对 应的剪切应力，Pa;n为流性指数，无量纲;Κ为稠度系数，Pa · s"。6. 根据权利要求5所述的计算方法，其特征在于:计算水泥浆的临界排量之前，先计算 水泥浆的临界流速，计算公式为：式6~9中：a、b和C是过渡参数;V是临界流速，m/s;P为水泥浆密度，kg/V;D日为井眼外 径，m;Di为套管外径，m。7.根据权利要求6所述的计算方法，其特征在于:水泥浆的临界排量的计算公式为： 公式10:式10中：Q为临界排量，m3/s;3i为圆周率。
【专利摘要】本发明公开了一种水平井固井水泥浆临界排量的计算方法，属于石油天然气固井技术领域。本发明根据井眼轨迹数据、温度测井数据等确定水平井的井底温度和井底压力，在已知水泥浆剪切速率取值范围的前提下，根据流变仪的仪器常数计算上述剪切速率取值范围所对应的转速的取值范围，在转速取值范围内选定流变仪的转速档位，测定水泥浆在井底温度和井底压力条件下不同转速档位所对应的读数，计算水泥浆的剪切速率和剪切应力，再根据水泥浆的流体类型计算流变参数，通过求解非线性方程得到临界流速，从而确定水泥浆的临界排量。该方法计算得到的水泥浆的临界排量符合现场水泥浆实际情况，有助于提高固井质量。
【IPC分类】E21B33/13
【公开号】CN105545248
【申请号】CN201510921015
【发明人】闫吉曾
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司华北油气分公司石油工程技术研究院
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月11日