(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 202111602114.X (22)申请日 2021.12.24 (71)申请人 中国石油天然气集团有限公司 地址 100007 北京市东城区东 直门北大街9 号 申请人 中国石油集团川庆钻探 工程有限公 司 (72)发明人 钱浩东　王鹏　张治发　谢寅溥　 刘洋　冉桂东　唐梦　张帆　 袁海平　宋鑫　 (74)专利代理 机构 成都中玺知识产权代理有限 公司 5123 3 专利代理师 谭昌驰 (51)Int.Cl. E21B 47/00(2012.01)G06Q 50/02(2012.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种用于模拟井筒工程建 设的计算系统 (57)摘要 本发明提供了一种用于模拟井筒工程建设 的计算系统， 所述计算系统包括钻井基础数据存 储模块， 用于储存实时钻井基础数据； 井眼清洁 分析计算模块， 用于对不同斜度的井段进行井眼 清洁度计算； 入井管柱力学分析计算模块， 用于 管柱力学计算； 井眼轨迹中靶计算模块， 用于中 靶分析计算； 固井施工计算模块， 用于分析计算 固井参数； 卡钻事故分析计算模块， 用于分析计 算卡钻参数； 溢流压井施工计算模块， 用于分析 计算压井施工参数。 本发明实现了钻井工程相关 参数的适时计算分析， 对满足钻井工程不断增加 的需求具有重要意义， 在提高钻井效益、 增强钻 井作业安全等方面发挥着越来越重要的作用。 权利要求书5页 说明书22页 附图1页 CN 114645703 A 2022.06.21 CN 114645703 A 1.一种用于模拟井筒工程建设的计算系统， 其特征在于， 所述计算系统包括钻井基础 数据存储模块、 井眼清洁分析计算模块、 入井管柱力学分析计算模块、 井眼轨迹中靶计算模 块、 固井施工计算模块、 卡钻 事故分析计算模块和溢流压井施工计算模块， 其中， 所述钻井基础数据存储模块被配置为能够获取和存储钻井过程中目标井的实时钻井 基础数据； 所述井眼清洁分析计算模块与所述钻井基础数据存储模块连接， 被配置为能够针对不 同斜度的井段进行井眼清洁度计算； 所述入井管柱力学分析计算模块与 所述钻井基础数据存储模块连接， 被配置为 能够对 不同作业过程中的管柱进行受力分析计算、 变形分析计算和安全性评价计算； 所述井眼轨迹 中靶计算模块与所述钻井基础数据存储模块连接， 被配置为能够结合定 向井轨迹监控数据和井眼轨 迹三维图形进行中靶分析计算； 所述固井施工计算模块与 所述钻井基础数据存储模块连接， 被配置为 能够结合实时钻 井基础数据分析计算固井参数； 所述卡钻事故分析计算模块与所述钻井基础数据存储模块连接， 被配置为能够结合实 时钻井基础数据分析计算 卡钻参数； 所述溢流压井施工计算模块与所述钻井基础数据存储模块连接， 被配置为能够结合实 时钻井基础数据分析计算压井施工参数。 2.根据权利要求1所述的用于模拟井筒工程建设的计算系统， 其特征在于， 所述井眼清 洁分析计算模块包括筛分子模块、 第一输入数据提取子模块、 井眼清洁度计算子模块和井 眼清洁度确定 子模块， 其中， 所述筛分子模块被配置为能够按照拟计算井段的井斜角， 自动筛分确定拟计算井段所 属的清洁区， 并输出分区结果； 所述第一输入数据提取子模块分别与所述钻井基础数据存储模块、 所述筛分子模块连 接， 并被配置为能够基于分区结果从钻井基础数据存储模块中提取拟计算井段的清洁状况 计算所需的第一输入数据； 所述井眼清洁度计算子模块包括选择单元、 第一清洁区计算单元、 第二清洁区计算单 元和第三清洁区计算单 元， 其中， 所述选择单元与所述筛分子模块连接， 并被配置为能够根据拟计算井段的分区结果， 控制第一清洁区计算单元、 第二清洁区计算单元和 第三清洁区计算单元中的一者与所述第 一输入数据提取子模块连接， 所述第一清洁区计算单元被配置有小斜度井段井眼清洁计算模型， 能够计算输出第 一 计算结果， 所述第一计算结果包括钻屑颗粒传输比， 所述第二清洁区计算单元被配置有中斜度井段井眼清洁计算模型， 能够计算输出第 二 计算结果， 所述第二计算结果包括岩屑床厚度所占井眼直径比和环空止动返速， 所述第三清洁区计算单元被配置有大斜度井段井眼清洁计算模型， 能够计算输出第 三 计算结果， 所述第三计算结果包括岩屑床厚度所占井眼直径比； 所述井眼清洁度确定子模块与所述井眼清洁度计算子模块连接， 并被配置为 能够根据 井眼状况计算模块输出的计算结果， 分析确定拟计算井段的清洁效果。 3.根据权利要求2所述的用于模拟井筒工程建设的计算系统， 其特征在于， 所述井眼清权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 114645703 A 2洁分析计算模块还包括井眼清洁分析子模块， 所述井眼清洁分析子模块与所述井眼清洁度 计算子模块连接， 被配置为能够输出目标井的井眼清洁分析曲线以判断井眼清洁度， 并包 括小斜度钻屑传输比曲线绘制单元、 中斜度 临界环空返速和环空返速曲线绘制单元、 中斜 度岩屑床相对厚度曲线绘制单元、 大斜度临界环空返速和环空返速曲线绘制单元、 临界环 空排量曲线绘制单 元、 以及大斜度岩屑床相对厚度曲线绘制单 元。 4.根据权利要求2所述的用于模拟井筒工程建设的计算系统， 其特征在于， 所述小斜度 井段井眼清洁计算模型如式(1)～(3)所示： 式(1)～(3)中， Vsx为钻屑颗粒沉降速度， m/s； ds为钻屑颗粒当量直径， cm； ρs为钻屑颗粒 密度， g/cm3； ρm为钻井液密度， g/cm3； 为钻屑颗粒形状系数， 无量纲； Va为钻井液环空返速， m/s； Qa为钻井液流量， L/s； Dh为井眼直径， mm； Dp为钻杆外径， mm； Rt为钻屑颗粒传输比， 无量 纲； 所述中斜度井段井眼清洁计算模型如式(4)～(7)所示： hzx＝0.015Dh(AV+6.15AV0.5)(1+0.587E)(Vlzx‑Va) 式(5) Hzx＝(hzx/Dh)×100％ 式(6) 式(4)～(7)中， Vlzx为中斜度 井段临界环空返速， m/s； AV为钻井液表观粘度， mpa.s； θ为 井斜角， 度； hzx为中斜度井段岩屑床厚度， mm； Hzx为中斜度井段岩屑床相对厚度， 无量纲； Vp 为环空止动返速， m/s； Abed为垂直于井眼轴向的岩屑床横截面积， mm2； C为岩屑床 内岩屑浓 度， 无量纲； g为重力加速度， m/s2； E为钻柱偏心度， 无量纲； L为岩屑床垂直于井眼轴向的横 截宽度， mm； η为岩屑床与下井壁的摩擦系数， 一般取0.2； PV为塑性粘度， mPa； YP为动切力， Pa； K为稠度系数， Pa ·sn； n为流性指数， 无量纲； 所述大斜度井段井眼清洁计算模型如式(15)～(20)所示： 权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 114645703 A 3