【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及油气钻探，尤其涉及一种基于极值寻优的实时钻井参数优化方法及系统。
技术介绍
1、随油气勘探开发的深入，资源品质劣质化加剧，非常规、特深层油气资源成为我国油气重大发现主阵地。受复杂钻探环境、工程技术水平等多因素影响，勘探开发难度不断加大，复合钻井提速工艺普遍应用。但是钻井参数优化属于系统性工程，存在工艺、设备限制有效认知及即时应对措施人为依赖性强等诸多问题，尤其是深部难钻地层，地层非均质性及井下工况隐蔽性增加了钻井参数调控的难度，若钻井参数施加不当，不仅容易造成低效破岩，增加钻井周期，且容易引发井下异常振动、加快钻头损坏的同时增加钻柱失效风险。因此，钻井参数优化是实现复杂钻探环境安全高效钻井的重要技术手段。
2、传统以区域钻速模型为基础的钻井参数优化方法，一方面，多依赖于区域完钻井工程数据回归统计分析，模型预测精度较低，且多局限于钻前方案优化，忽略了复合钻井工艺下，井下螺杆输出特性与钻井参数之间的相互关联性，实钻过程中钻井参数优化多依赖于经验调控，无依据工况以及地层岩性变化等地质工程融合因素影响下的定量调控依据，无法判断是否为最优方案。另一方面，以提高机械钻速为优化目标，忽略了实钻过程中钻头粘滑、涡动、泥包等非正常钻井工况对钻井效率的异常影响，容易导致施加钻井参数超过破岩不稳定阈值，造成钻头先期破坏、井下工具损坏等负面影响。此外，当前对于钻井参数的实时优化处于起步阶段，由于实时钻井过程中海量监测数据的非线性相关关系，传统钻井参数的优化算法存在过度拟合的问题，模型容易陷入局部最优解问题，影响钻井提速增效效果
技术实现思路
1、本专利技术的目的是要提供一种基于极值寻优的实时钻井参数优化方法及系统。
2、为达到上述目的，本专利技术是按照以下技术方案实施的：
3、本专利技术包括以下步骤：
4、s1：获取实时工况下的录井工程参数；录井工程参数具体为钻压、转盘转速、扭矩、钻井液排量、钻井液密度。
5、s2：基于岩石侧限抗压强度（ccs）计算模型，获取目标井最佳钻进状态下的破岩强度基线，将该破岩强度基线等效为理论最小破岩能量（ vcs min ）；获取岩石侧限抗压强度(ccs)的具体过程为：
6、s21：获取邻井伽马、密度、声波测井资料；
7、s22：获取邻井井史数据，具体包括实钻地层岩性、地层序列资料；
8、s23、获取目标井预测地层岩性、预测地层压力，预测地层序列、设计井眼轨道资料；
9、s24：根据所述邻井测井资料，通过岩石单轴抗压强度（ucs）计算模型，剔除周波跳跃点、并进行平滑预处理，构建单井纵向单轴抗压强度测井响应曲线。岩石单轴抗压强度(ucs)模型计算方法为，根据地层岩性，砂岩、泥岩、碳酸盐岩地层分别选择相应的经验计算公式。
10、s25：根据所述目标井资料与邻井井史资料，采用空间插值外推的方法，将邻井的岩石单轴抗压强度测井响应曲线映射到目标井对应井深；得到目标井岩石单轴抗压强度测井响应曲线；
11、s26：根据所述目标井实时录井工程数据，计算实时井底钻井液当量循环密度（ecd）；
12、s27：根据所述目标井预测地层压力、实时井底钻井液当量循环密度（ecd） ，计算得到井底有效围压；
13、s28：根据所述目标井单轴抗压强度、井底围压值，构建岩石侧限抗压强度（ccs）计算模型；通过岩石侧限抗压强度计算模型，计算得到目标井纵向上侧限岩石抗压强度响应曲线，并将侧限岩石抗压强度响应曲线等效为目标井最佳钻进状态下的破岩强度基线。岩石侧限抗压强度计算公式为：
14、;
15、式中，ccs为岩石侧限抗压强度，mpa；ucs为岩石单轴抗压强度，mpa；dp为井底有效围压，mpa；为岩石内摩擦角，°
16、s3：构建考虑螺杆输出损失的复合工况下的破碎岩石能量模型，根据所述的破碎岩石能量模型计算当前工程参数状态下的虚拟岩石破碎强度(vcs)；
17、s31：考虑实际复合钻井工况下螺杆钻具存在转子与定子间的摩擦阻力和密封腔间的漏失,以及传动轴和轴承节的机械损失和水力损失影响，根据漏失效应下的容积效率以及扭矩损失下的机械效率，确定螺杆实际输出扭矩及压差；
18、s32：基于定向井不同井段钻柱与井壁摩擦受力分析以及钻头滑动摩擦分析，将地面钻压与扭矩修正到井底钻头处受钻压与扭矩；
19、s33：以钻头与岩石界面作为能量输入输出界面，综合考虑地面能量输入及螺杆能量输入和钻柱传输、摩阻、井下振动导致的能量损失，得到考虑螺杆输出损失的复合工况下的破碎岩石能量模型；
20、虚拟岩石破碎强度计算模型为：
21、;
22、式中， vcs虚拟岩石破碎强度，mpa； w单位时间破碎岩石所做的工；v单位时间破碎岩石体积；em新钻头的机械效率；wob地面测量钻压，mpa； μ s钻柱摩擦系数； γ b井底井斜角，°； a b钻头截面积，m2； η螺杆输出效率；△pm螺杆压降，mpa；q钻井液排量，l/s；rop 机械钻速，m/h。
23、s34：基于岩石破碎学理论及摩尔-库伦（mohr-coulomb）岩石强度破坏机制，将pdc钻头切削齿吃入地层需要克服的岩石破碎能等效为岩石侧限抗压强度，因此将实际破碎岩石能量等效为虚拟岩石破碎强度。
24、s4：根据所述的破岩强度基线及实时虚拟岩石破碎强度，定义破岩能量传递效率（e），实时判定破岩效率及井下异常工况，辅助寻找复合钻井工况下的不稳定钻井参数阈值；随钻实时对比虚拟岩石破碎强度与破岩强度基线的偏差，定义破岩能量传递效率对实时破岩效率进行反馈。所述破岩能量传递效率（e）具体为：
25、;
26、式中，e为破岩能量传递效率，无量纲； vcs min为理论最小破岩能量，mpa
27、所述步骤s5包括以下步骤：
28、s5：以破岩强度基线为最小化虚拟岩石破碎强度调整目标，综合考虑上述不稳定钻井参数阈值，采用多变量极值寻优算法，获取最小虚拟岩石破碎强度下的推荐钻井参数组合。
29、s51：以实时获取的钻压、转速为输入值；
30、s52：采用不同的滤波器得到钻压、转速变化的梯度，再将积分后的各变量值经过综合、解调后作为算法的控制量；...
【技术保护点】
1.一种基于极值寻优的实时钻井参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于极值寻优的实时钻井参数优化方法，其特征在于：所述步骤S1中录井工程参数具体为钻压、转盘转速、扭矩、钻井液排量、钻井液密度。
3.根据权利要求1所述的基于极值寻优的实时钻井参数优化方法，其特征在于：所述步骤S2中获取岩石侧限抗压强度的具体过程为：
4.根据权利要求3所述的基于极值寻优的实时钻井参数优化方法，其特征在于：所述步骤S24的岩石单轴抗压强度模型计算方法为，根据地层岩性，砂岩、泥岩、碳酸盐岩地层分别选择相应的经验计算公式。
5.根据权利要求3所述的基于极值寻优的实时钻井参数优化方法，其特征在于：所述步骤S28的岩石侧限抗压强度计算公式为：;
6.根据权利要求1所述的基于极值寻优的实时钻井参数优化方法，其特征在于：所述步骤S3的具体过程为：
7.根据权利要求6所述的基于极值寻优的实时钻井参数优化方法，其特征在于：所述步骤S33的虚拟岩石破碎强度计算模型为：;
8.根据权利要求7所述的基于极值寻优
9.根据权利要求8所述的基于极值寻优的实时钻井参数优化方法，其特征在于：所述破岩能量传递效率具体为：
10.根据权利要求1所述的基于极值寻优的实时钻井参数优化方法，其特征在于：所述步骤S5包括以下步骤：
11.一种执行权利要求1-9所述基于极值寻优的实时钻井参数优化方法的系统，其特征在于：通过对现场录井数据、钻井日报、钻井液报表实时收集，将录井工程数据筛除噪点并输入神经网络计算，自动将综合录井秒数据转换为工程建模计算的输入参数，选配钻具组合，并输入钻井液性能、测斜数据，最终通过工程计算引擎实现对实时秒数据的工程计算建模及实时动态分析，实现钻井参数实时科学优化决策。
...【技术特征摘要】
1.一种基于极值寻优的实时钻井参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于极值寻优的实时钻井参数优化方法，其特征在于：所述步骤s1中录井工程参数具体为钻压、转盘转速、扭矩、钻井液排量、钻井液密度。
3.根据权利要求1所述的基于极值寻优的实时钻井参数优化方法，其特征在于：所述步骤s2中获取岩石侧限抗压强度的具体过程为：
4.根据权利要求3所述的基于极值寻优的实时钻井参数优化方法，其特征在于：所述步骤s24的岩石单轴抗压强度模型计算方法为，根据地层岩性，砂岩、泥岩、碳酸盐岩地层分别选择相应的经验计算公式。
5.根据权利要求3所述的基于极值寻优的实时钻井参数优化方法，其特征在于：所述步骤s28的岩石侧限抗压强度计算公式为：;
6.根据权利要求1所述的基于极值寻优的实时钻井参数优化方法，其特征在于：所述步骤s3的具体过程为：
7.根据权利要求6所述的基于极值寻优的实时钻井...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴霞，罗翰，王汉卿，睢圣，罗朝东，卓宜茜，王骁扬，汤艳，陈虹霓，黄胜强，
申请(专利权)人：中石化西南石油工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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