[发明专利]一种适用于超深井长裸眼井段的环空压降计算方法

权利要求书

1.一种适用于超深井长裸眼井段的环空压降计算方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤一：根据所收集的超深井钻柱资料和测井曲线具体数据，将不规则裸眼等效为椭圆井眼，分析筛选出k个样点截面，确定第i个样点截面处裸眼的长轴长度a_i、短轴长度b_i、钻柱半径r_i(i＝1,2,3,…,k-1,k)和第i个样点截面与第i+1个样点截面间环空流动距离l_i(i＝1,2,3,…,k-1)；

步骤二：将步骤一中的第i个样点截面处裸眼的长轴长度a_i、短轴长度b_i和钻柱半径r_i代入公式(1)获取第i个样点截面处环空流体过流面积A_i；

A_i＝πa_ib_i-πr_i²(i＝1,2,3,…,k-1,k) (1)

式中：A_i为第i个样点截面处环空流体过流面积，m²；a_i为第i个样点截面处裸眼的长轴长度，m；b_i为第i个样点截面处裸眼的短轴长度，m；r_i为第i个样点截面处钻柱半径，m；

将步骤一中的第i个样点截面处裸眼的长轴长度a_i、短轴长度b_i和钻柱半径r_i代入公式(2)获取第i个样点截面处湿周长度L_i；

L_i＝π(a_i+b_i)+2πr_i(i＝1,2,3,…,k-1,k) (2)

式中：L_i为第i个样点截面处湿周长度，m；a_i为第i个样点截面处裸眼的长轴长度，m；b_i为第i个样点截面处裸眼的短轴长度，m；r_i为第i个样点截面处钻柱半径，m；

步骤三：将步骤二中的第i个样点截面处环空流体过流面积A_i和湿周长度L_i代入公式(3)中，计算出裸眼等效水力直径D_avg；

式中：D_avg为裸眼等效水力直径，m；A_i为第i个样点截面处环空流体过流面积，m²；L_i为第i个样点截面处湿周长度，m；a_i为第i个样点截面处裸眼的长轴长度，m；b_i为第i个样点截面处裸眼的短轴长度，m；

将步骤二中的第i个样点截面处环空流体过流面积A_i代入公式(4)，计算出裸眼平均轴向流速v_avg；

式中：v_avg为裸眼平均轴向流速，m/s；A_i为第i个样点截面处环空流体过流面积，m²；Q为环空流体流量，m³/s；

步骤四：将步骤三中的裸眼等效水力直径D_avg和裸眼平均轴向流速v_avg代入公式(5)中，计算出裸眼流体平均剪切速率γ_avg；

式中：γ_avg为裸眼流体平均剪切速率，1/s；D_avg为裸眼等效水力直径，m；v_avg为裸眼平均轴向流速，m/s；

步骤五：将步骤四中的裸眼流体平均剪切速率γ_avg代入公式(6)中，计算出修正流性指数m；

式中：m为修正流性指数，无量纲；n为流性指数，无量纲；K为流体稠度系数，Pa·Sⁿ；γ_avg为裸眼流体平均剪切速率，1/s；τ_y为流体屈服值，Pa；

步骤六：将步骤五中的修正流性指数m代入公式(7)中，计算出流体有效稠度系数K_ef；

式中：K_ef为流体有效稠度系数，Pa·Sⁿ；K为流体稠度系数，Pa·Sⁿ；m为修正流性指数，无量纲；

将步骤五中的修正流性指数m代入公式(8)中，计算出流体有效屈服值τ_ef；

式中：τ_ef为流体有效屈服值，Pa；τ_y为流体屈服值，Pa；m为修正流性指数，无量纲；

将步骤五中的修正流性指数m代入公式(9)中，计算出流体有效剪切速率γ_ef；

式中：γ_ef为流体有效剪切速率，1/s；γ_avg为流体平均剪切速率，1/s；m为修正流性指数，无量纲；

步骤七：将步骤六中的流体有效稠度系数K_ef、流体有效屈服值τ_ef和流体有效剪切速率γ_ef代入公式(10)中，计算出流体有效粘度η_ef；

η_ef＝τ_ef·γ_ef^-1+K_ef·γ_ef^n-1 (10)

式中：η_ef为流体有效粘度，Pa/s；K_ef为流体有效稠度系数，Pa·Sⁿ；τ_ef为流体有效屈服值，Pa；γ_ef为流体有效剪切速率，1/s；n为流性指数，无量纲；

步骤八：将步骤七中的流体有效粘度η_ef代入公式(11)中，计算出裸眼环空流动雷诺数Re；

式中：Re为裸眼环空流动雷诺数，无量纲；ρ为流体密度，kg/m³；v_avg为裸眼平均轴向流速，m/s；D_avg为裸眼等效水力直径，m；η_ef为流体有效粘度，Pa/s；

步骤九：将步骤八中的裸眼环空流动雷诺数Re代入公式(12)中，计算出范宁摩擦参数f；

式中：f为范宁摩擦参数，无量纲；Re为环空流动雷诺数，无量纲；

步骤十：将步骤一中的第i个样点截面与第i+1个样点截面间环空流动距离l_i(i＝1,2,3,…,k-2,k-1)代入公式(14)计算出环空流动距离ΔL，将步骤九中的范宁摩擦参数f代入公式(13)中，计算出裸眼层流环空流动压降ΔP；

其中：

式中：ΔP为裸眼层流环空流动压降，Pa；f为范宁摩擦参数，无量纲；v_avg为裸眼平均轴向流速，m/s；ΔL为环空流动距离，m；D_avg为裸眼等效水力直径，m；l_i为第i个样点截面与第i+1个样点截面间环空流动距离，m。