一种卡森模式钻井液流变参数的控制方法

摘要

发明涉及一种卡森模式钻井液流变参数的控制方法，首先确定流变参数合理取值范围，通过旋转粘度计测量钻井液不同转速下的读数并转换为相应的剪切速率和剪切应力，对流变参数进行估计，依据其估计值是否在设定的取值范围内，做现场小型试验，确定钻井液调整处理措施。其中流变参数估计基于最小二乘法，通过数学变换建立关于a的一元目标函数P(a)，利用一维搜索法求解a值，使P(a)取最小值，进而求出卡森屈服值和卡森粘度估计值。本方法考虑多种因素设定流变参数合理取值范围，通过提高流变参数估计精度，从而对钻井液调整做出合理判断，利用现场小型试验，确定钻井液维护处理措施，节约处理剂用量，降低钻井成本。

主权项

1.一种卡森模式钻井液流变参数的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）根据井眼尺寸、井径扩大率、环空间隙、固相颗粒和泥浆泵排量大小，确定钻井液卡森屈服值τ_c和卡森粘度η_∞的合理取值范围；（2）从振动筛前泥浆槽采集钻井液样本，测量并记录N种不同转速Φ下的读数θ，其中N≥3；（3）将得到的不同转速Φ和对应的读数θ转换为相应的剪切速率γ和剪切应力τ；（4）根据得到的剪切速率γ和剪切应力τ，估计卡森屈服值τ_c和卡森粘度值η_∞；得到卡森屈服估计值和卡森粘度估计值；（5）将卡森屈服估计值和卡森粘度估计值与步骤（1）确定的取值范围进行比对，判定流变参数是否在合理取值范围内，若是未在确定的取值范围内，则对钻井液进行调整，并重复步骤（2）至（5），直至钻井液流变参数在确定的取值范围内；若是在确定的取值范围内，则对钻井液进行正常维护；所述步骤（4）中卡森屈服值τ_c和卡森粘度值η_∞的估计步骤如下：步骤41：对卡森模式流变方程进行参数代换，令基于最小二乘法原理，建立关于变量a的目标函数P(a),$P\left(a\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}({\tau }_i-a^2-b^2\left(a\right){\gamma }_i-2\mathrm{ab}\left(a\right)\sqrt{{\gamma }_i}{)}^2,$并用a来表示b值：$b=b\left(a\right)=\frac{-B\left(a\right)+\sqrt{B^2\left(a\right)-4A\left(a\right)C\left(a\right)}}{2A\left(a\right)},$其中：τ_c为卡森屈服值；η_∞为卡森粘度；N为样本容量，N≥3；简记为S_m＝S(m)；简记为T_m＝T(m)，m用于幂指数的简化表示可取值为0,0.5,1,1.5或2；B(a)＝3a²S_0.5S₂-3a²S₁S_1.5-T_0.5S₂+T₁S_1.5；C(a)＝Na³S₂-a³S_0.5S_1.5-aT₀S₂+aT_0.5S_1.5；步骤42：确定目标函数P(a)的搜索区间[a₁,a₂]；$a_1=\min \left(\frac{\sqrt{{\tau }_i{\gamma }_j}-\sqrt{{\tau }_j{\gamma }_i}}{\sqrt{{\gamma }_j}-\sqrt{{\gamma }_i}}\right),a_2=\min \left(\frac{\sqrt{{\tau }_i{\gamma }_j}-\sqrt{{\tau }_j{\gamma }_i}}{\sqrt{{\gamma }_j}-\sqrt{{\gamma }_i}}\right);$其中：i和j，下标，且j>i；步骤43：根据目标函数P(a)的搜索区间[a₁,a₂]，采用一维搜索法求解a值，使目标函数P(a)取最小值；步骤44：依据求得的P(a)最小值，估计卡森屈服值τ_c和卡森粘度η_∞，卡森屈服值估计值记为卡森粘度估计值记为计算公式分别为：${\hat{\tau }}_c=a^2,{\hat{\eta }}_{\infty }=b^2;$所述步骤（2）中用旋转粘度计测量钻井液样本在N种不同转速Φ下的读数θ。