一种钻井破岩方式及配套参数优选方法技术

本发明专利技术公开了一种钻井破岩方式及配套参数优选方法，属于石油与天然气钻井技术领域。其特征在于：首先收集待钻井同区块井井史资料，分层建立关于地层可钻性级别的破岩方式数据矩阵，从而计算得到钻头机械比能和破岩方式的可靠度；再建立一套破岩方式指标体系和权重分配体系，得到同区块的破岩方式及配套参数的优选结果；最后进行待钻井目标层地层与同区块地层的匹配，将现有破岩方式与同区块破岩方式的最优选型进行类比，确定出待钻井目标层段的最优选型。本发明专利技术基于同区块破岩数据对待钻井的破岩方式及配套参数进行优选，减少因破岩效率低导致的起下钻次数，节约钻井成本，为实际钻井作业提供有效指导。钻井作业提供有效指导。钻井作业提供有效指导。

【技术实现步骤摘要】
一种钻井破岩方式及配套参数优选方法


[0001]本专利技术属于石油与天然气钻井
，具体涉及一种钻井破岩方式及配套参数优选方法。

技术介绍

[0002]破岩方式的选择作为钻井工程设计的一个重要环节，破岩方式与地层匹配程度直接影响到钻井周期与钻井成本。现阶段随着对破岩方式的深入研究，钻井效率得到提升，但随着深层、超深层油气资源勘探开发，难以建立一套复杂地层破岩方式的适应性评价和优选体系。目前常用的破岩方式优选方法有基于钻头机械比能的评价和钻头使用效果评价法，但二者不能准确预测破岩方式与待钻地层的匹配性。因此建立一种基于相似地层实际工况数据的破岩方式及配套参数综合决策优选方法是很有必要的。
[0003]目前，针对破岩方式及配套参数优选的方法中，“一种钻头性能评价方法及系统”(申请公布号：CN106257463B)，主要考虑了双驱动复合钻井与转盘钻井下钻头钻速，更合理表现钻头工作特征，基于机械比能原理，建立了虚拟强度指数作为破岩效率高低的指标，建立了钻头性能指数计算模块分析钻头性能与地层匹配性，但该方法对于钻头性能的评价未考虑成本指标，尤其在深井超深井段，钻头磨损严重而成本因素不可忽略，并且该方法对钻头实时评价，实际应用过程中存在滞后。“一种钻井分析方法”(申请公布号：CN111832197A)，主要根据现场实际钻井工况条件建立基于钻速
‑
钻齿
‑
地层钻进模拟的有限元模型，得出钻齿在相应破岩速度下所受的钻压和扭矩，进而给出钻井现场所用钻具组合所匹配的破岩速度或者预期破岩速度下的钻具组合，该方法在钻进参数中未考虑转速，并且钻进参数确定与钻具组合确定的关系较模糊，虽然能提供参考但是对于实际现场应用存在局限。

技术实现思路

[0004]针对现有技术不足，本专利技术提供了一种钻井破岩方式及配套参数优选方法，建立以机械比能、可靠性、机械钻速和成本为指标的评价体系并计算指标权重分配，分层得到最优选型，为破岩方式选取提供理论依据，达到降本增效的目的。
[0005]本专利技术所解决的技术问题采用以下技术方案，一种钻井破岩方式及配套参数优选方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一：将待钻井的同区块井井史资料进行统计，分层建立地层可钻性级别为k～k+1的破岩方式数据矩阵，包括机械比能计算矩阵B
k(k+1)
、可靠度计算矩阵C
k(k+1)
和钻头评价矩阵A
k(k+1)
；
[0007]所述机械比能计算矩阵B
k(k+1)
为式(1)；
[0008][0009]式中：B
k(k+1)
表示地层可钻性级别为k～k+1层段的i组破岩方式组合钻头的机械比能计算矩阵；b
i1
为第i组破岩方式钻头的直径，mm；b
i2
为第i组破岩方式钻头钻压，kN；b
i3
为第i组数据的转速，r/min；b
i4
为第i组破岩方式的扭矩，N/m；b
i5
为第i组破岩方式的机械钻速，m/h；
[0010]所述可靠度计算矩阵C
k(k+1)
为式(2)；
[0011][0012]式中：C
k(k+1)
表示地层可钻性级别为k～k+1层段的i组破岩方式可靠度计算矩阵；c
i1
为第i组破岩方式的钻头牙齿实际磨损程度，无量纲；c
i2
为第i组破岩方式的钻头牙齿允许磨损程度，无量纲；c
i3
为第i组破岩方式牙轮钻头的轴承允许磨损量，mm；c
i4
为第i组破岩方式牙轮钻头的轴承实际磨损量，mm；
[0013]所述钻头评价矩阵A
k(k+1)
为式(3)；
[0014][0015]式中：A
k(k+1)
表示地层可钻性级别为k～k+1层段的i组破岩方式钻头评价矩阵；a
i1
为第i组破岩方式组合钻头的钻头直径，mm；a
i2
为第i组破岩方式组合钻头的钻头切削齿数，个；a
i3
为第i组破岩方式组合钻头的后倾角，度；a
i4
为第i组破岩方式组合钻头的牙轮数，个；a
i5
为第i组破岩方式组合钻头的刀翼数，个；a
i6
为第i组破岩方式组合钻头的单位进尺成本，元/米；
[0016]步骤二：分层计算钻头机械比能；
[0017]从步骤一检索出机械比能计算矩阵B
k(k+1)
，获取在地层可钻性级别为k～k+1的i组破岩方式的钻头直径b
i1
、钻头钻压b
i2
、钻头转速b
i3
，扭矩b
i4
，机械钻速b
i5
代入公式(4)计算第i组破岩方式钻头机械比能M
i
；
[0018][0019]式中：M
i
为第i组破岩方式钻头机械比能，MPa；λ为修正系数，无量纲；
[0020]步骤三：分层计算破岩方式可靠度；
[0021]从步骤一检索出可靠度计算矩阵C
k(k+1)
，获取在地层可钻性级别为k～k+1的i组破岩方式的钻头牙齿实际磨损程度c
i1
，钻头牙齿允许磨损程度c
i2
，轴承实际磨损量c
i3
，轴承允许磨损量c
i4
代入公式计算破岩方式可靠度R
i
；当破岩方式组合PDC钻头时，破岩方式可靠度R
i
由公式(5)计算；当破岩方式组合牙轮钻头时，破岩方式可靠度R
i
由公式(6)计算；
[0022][0023][0024]式中：R
i
为第i组破岩方式可靠度，无量纲；σ
s
为钻头牙齿实际磨损程度c
i1
的标准差，无量纲；σ
y
为钻头牙齿允许磨损程度c
i2
的标准差，无量纲；τ
s
为轴承磨损量c
i3
的标准差，无量纲；τ
y
为轴承允许磨损量c
i4
的标准差，无量纲；Φ(
·
)为标准正态分布函数；
[0025]步骤四：建立破岩方式的指标体系；
[0026]将步骤二所述钻头机械比能M
i
，步骤三所述破岩方式可靠度R
i
，步骤一所述机械钻速b
i5
和单位进尺成本a
i6
作为破岩方式优选的四项指标；将地层可钻性级别为k～k+1层段的破岩方式数据构建指标矩阵Q
k(k+1)
；
[0027][0028]式中：Q
k(k+1)
表示地层可钻性级别为k～k+1层段的指标矩阵；M
i
为第i组破岩方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻井破岩方式及配套参数优选方法，其特征在于，具体步骤包括：步骤一：将待钻井的同区块井井史资料进行统计，分层建立地层可钻性级别为k～k+1的破岩方式数据矩阵，包括机械比能计算矩阵B
k(k+1)
、可靠度计算矩阵C
k(k+1)
和钻头评价矩阵A
k(k+1)
；所述机械比能计算矩阵B
k(k+1)
为式(1)；式中：B
k(k+1)
表示地层可钻性级别为k～k+1层段的i组破岩方式组合钻头的机械比能计算矩阵；b
i1
为第i组破岩方式钻头的直径，mm；b
i2
为第i组破岩方式钻头钻压，kN；b
i3
为第i组数据的转速，r/min；b
i4
为第i组破岩方式的扭矩，N/m；b
i5
为第i组破岩方式的机械钻速，m/h；所述可靠度计算矩阵C
k(k+1)
为式(2)；式中：C
k(k+1)
表示地层可钻性级别为k～k+1层段的i组破岩方式可靠度计算矩阵；c
i1
为第i组破岩方式的钻头牙齿实际磨损程度，无量纲；c
i2
为第i组破岩方式的钻头牙齿允许磨损程度，无量纲；c
i3
为第i组破岩方式牙轮钻头的轴承允许磨损量，mm；c
i4
为第i组破岩方式牙轮钻头的轴承实际磨损量，mm；所述钻头评价矩阵A
k(k+1)
为式(3)；式中：A
k(k+1)
表示地层可钻性级别为k～k+1层段的i组破岩方式钻头评价矩阵；a
i1
为第i组破岩方式组合钻头的钻头直径，mm；a
i2
为第i组破岩方式组合钻头的钻头切削齿数，个；a
i3
为第i组破岩方式组合钻头的后倾角，度；a
i4
为第i组破岩方式组合钻头的牙轮数，个；a
i5
为第i组破岩方式组合钻头的刀翼数，个；a
i6
为第i组破岩方式组合钻头的单位进尺成本，元/米；步骤二：分层计算钻头机械比能；从步骤一检索出机械比能计算矩阵B
k(k+1)
，获取在地层可钻性级别为k～k+1的i组破岩方式的钻头直径b
i1
、钻头钻压b
i2
、钻头转速b
i3
，扭矩b
i4
，机械钻速b
i5
代入公式(4)计算第i组破岩方式钻头机械比能M
i
；式中：M
i
为第i组破岩方式钻头机械比能，MPa；λ为修正系数，无量纲；步骤三：分层计算破岩方式可靠度；
从步骤一检索出可靠度计算矩阵C
k(k+1)
，获取在地层可钻性级别为k～k+1的i组破岩方式的钻头牙齿实际磨损程度c
i1
，钻头牙齿允许磨损程度c
i2
，轴承实际磨损量c
i3
，轴承允许磨损量c
i4
代入公式计算破岩方式可靠度R
i
；当破岩方式组合PDC钻头时，破岩方式可靠度R
i
由公式(5)计算；当破岩方式组合牙轮钻头时，破岩方式可靠度R
i
由公式(6)计算；由公式(6)计算；式中：R
i
为第i组破岩方式可靠度，无量纲；σ
s
为钻头牙齿实际磨损程度c
i1
的标准差，无量纲；σ
y
为钻头牙齿允许磨损程度c
i2
的标准差，无量纲；τ
s
为轴承磨损量c
i3
的标准差，无量纲；τ
y
为轴承允许磨损量c
i4
的标准差，无量纲；Φ(
·
)为标准正态分布函数；步骤四：建立破岩方式的指标体系；将步骤二所述钻头机械比能M
i
，步骤三所述破岩方式可靠度R
i
，步骤一所述机械钻速b
i5
和单位进尺成本a
i6
作为破岩方式优选的四项指标；将地层可钻性级别为k～k+1层段的破岩方式数据构建指标矩阵Q
k(k+1)
；式中：Q
k(k+1)
表示地层可钻性级别为k～k+1层段的指标矩阵；M
i
为第i组破岩方式的机械比能指标值，MPa；R
i
为第i组破岩方式的可靠度指标值，无量纲；b
i5
为第i组破岩方式的机械钻速指标值，m/h；a
i6
为第i组破岩方式的单位进尺成本指标值，元/米；将指标矩阵Q
k(k+1)
通过公式(9)(10)(11)(12)转化为无量纲化标准指标矩阵Q
′
k(k+1)
；其中：...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾德智，王熙，罗江，明坤基，张新，易浩，李文霞，李双贵，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：