一種鉆井參數與效率實時優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鉆井參數與效率實時優(yōu)化方法，首先進行鉆井取芯，利用步驟A中的方法建立巖石強度模型，根據鉆井液密度、性質及地層孔隙壓力，判斷為哪一種鉆井方式，如果為氣體鉆井則可以直接使用單軸抗壓強度，否則計算井底圍壓條件下巖石強度，利用錄井資料計算鉆頭機械比能，將計算得到的鉆頭機械比能與井底圍壓下巖石強度作對比。本發(fā)明建立的模型能夠找出鉆壓、轉速等鉆井參數的臨界失效點，能夠起到實時優(yōu)化鉆井參數的目的，使得鉆井能力在鉆井現有的基礎上得到有效的提升。
【專利說明】一種鉆井參數與效率實時優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鉆井優(yōu)化方法，具體地說，涉及一種鉆井參數與效率實時優(yōu)化方法。
【背景技術】
[0002]現有技術中的鉆井優(yōu)化方法都是基于過平衡鉆井建立起來的，在用于氣體鉆井和欠平衡鉆井進行鉆井優(yōu)化時存在諸多問題，即使用于欠平衡鉆井的優(yōu)化也是基于過平衡鉆井優(yōu)化模型的改進，不能同時用于氣體鉆井、欠平衡鉆井、過平衡鉆井三種鉆井方式。
【發(fā)明內容】
[0003]為了克服現有技術中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種能夠用于氣體鉆井、欠平衡鉆井、過平衡鉆井三種鉆井方式的鉆井參數與效率實時優(yōu)化方法，本發(fā)明所建立的方法是基于巖石強度模型的重新建立而提出的，本發(fā)明提出了一種計算的井底巖石強度新模型，建立的模型能夠找出鉆壓、轉速等鉆井參數的臨界失效點，能夠起到實時優(yōu)化鉆井參數的目的，使得鉆井能力在鉆井現有的基礎上得到有效的提升。
[0004]其技術方案如下:
[0005]一種鉆井參數與效率實時優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]A巖石強度計算模型的建立:
[0007]Al針對某類巖石采集不同孔隙度的巖心，測定所采集巖心的孔隙度；
[0008]A2針對不同孔隙度的巖心進行三軸巖石力學實驗，測取不同圍壓下巖石的抗壓強度；
[0009]A3利用粒子群優(yōu)化算法確定強度模型中的參數(a，b，c):
[0010]O1-O3 = UCS0(1+a σ 3b) Xexp (-Φ Xe)
[0011]式中σ ι為巖石的三軸抗壓強度，σ 3為試驗圍壓，UCS0為巖石在O孔隙度時的單軸抗壓強度，a，b，c為模型系數，
[0012]B計算井底圍壓，采用雙重有效應力原理計算井底圍壓，其模型為:
[0013]O3 = Ph-Cj5cPp [0014]式中Ph為靜液柱壓力，Pp為孔隙壓力，為巖石觸點孔隙度，大于本體有效孔隙度Φ，小于I，對于一般巖石取Φ與I之間的中間值，
[0015]貝I」，井底圍壓強度計算模型可以表示為:
[0016]O1 = UCS0(1+a(Ph-ΦPp)b) Xexp (-φ Xe)
[0017]C計算鉆頭破巖機械比能，公式為:
(W 13 3 ^.//.V.^
[0018]足=0_35—+ μ
IΛ Cib-ROP J
[0019]式中W為鉆壓，Ab為鉆頭面積，db為鉆頭直接，μ為滑動摩擦系數，N為轉速，ROP為機械鉆速，[0020]D首先進行鉆井取芯，利用步驟A中的方法建立巖石強度模型，通過根據鉆井液密度、性質及地層孔隙壓力，判斷為哪一種鉆井方式，如果為氣體鉆井則可以直接使用單軸抗壓強度，否則利用步驟B中的第一個公式計算井底圍壓，利用第二公式計算井底圍壓下巖石強度，利用錄井數據計算鉆頭機械比能，將計算得到的鉆頭機械比能與井底圍壓強度作對比，若是機械比能持續(xù)小于巖石井底圍壓強度值，則繼續(xù)鉆進，若是機械比能大于井底圍壓巖石強度值，則調整鉆壓和轉速參數，若調整鉆壓和轉速參數沒有效果，則判斷井底是否發(fā)生鉆頭泥包、卡鉆、鉆頭磨損嚴重的鉆井事故，處理事故，直到鉆頭機械比能小于巖石井底圍壓強度值為止。
[0021]進一步優(yōu)選，若是在鉆進過程中，井底巖石強度無明顯變化，而機械鉆速逐漸下降，機械比能逐漸增加，轉盤扭矩逐漸增加，同時伴有泵壓有所上升，則判斷為鉆頭泥包現象發(fā)生；若是機械鉆速逐漸下降，機械比能逐漸增加，轉盤扭矩和泵壓無明顯變化，調整鉆壓和轉速后機械鉆速無明顯改善，則判斷為鉆頭磨損嚴重；若是機械鉆速突然下降，轉盤扭矩突然上升，上提和下放鉆具遇阻，則判斷為卡鉆發(fā)生。
[0022]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提供的方法和所建立的數學模型，能夠更為準確的判斷出導致機械鉆速降低的具體原因，能夠指導現場施工及時采取正確方法處理鉆井事故，提聞鉆井效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明鉆井參數與效率實時優(yōu)化方法的流程圖；
[0024]圖2為過平衡鉆井井底巖石圍壓強度、機械比能、實際鉆速、鉆井操作參數對比曲線，其中圖2a為井底巖石圍壓強度、機械比能、實際鉆速曲線，圖2b為鉆井操作參數曲線；
[0025]圖3為欠平衡鉆井底巖石圍壓強度、機械比能、實際鉆速對比圖；
[0026]圖4為欠平衡鉆井操作參數；
[0027]圖5為氣體鉆井井底巖石強度、機械比能、實際鉆速、鉆井操作參數對比曲線，其中圖5a為井底巖石圍壓強度、機械比能、實際鉆速曲線，圖5b為鉆井操作參數曲線。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細地說明。
[0029]參照圖1，一種鉆井參數與效率實時優(yōu)化方法，包括以下步驟:
[0030]A井底巖石強度計算模型的建立:
[0031]Al針對某類巖石采集不同孔隙度的巖心，測定所采集巖心的孔隙度；
[0032]A2針對不同孔隙度的巖心進行三軸巖石力學實驗，測取不同圍壓下巖石的抗壓強度；
[0033]A3利用粒子群優(yōu)化算法確定強度模型中的參數(a，b，c):
[0034]O1-O3 = UCS0(1+a σ 3b) Xexp (_Φ Xe)
[0035]式中σ ι為巖石的三軸抗壓強度，σ 3為試驗圍壓，UCS0為巖石在O孔隙度時的單軸抗壓強度，a，b，c為模型系數，
[0036]B計算井底圍壓，采用雙重有效應力原理計算井底圍壓，其模型為:
[0037]O3 = Ph-Cj5cPp[0038]式中Ph為靜液柱壓力，Pp為孔隙壓力，Φ。為巖石觸點孔隙度，大于本體有效孔隙度Φ，小于I，對于一般巖石取Φ與I之間的中間值，
[0039]則，井底圍壓強度計算模型可以表示為:
[0040]σ ! = UCS0 (I +a (Ph- Φ Pp)b) X exp (- Φ X c)
[0041]C計算鉆頭破巖機械比能，公式為:
[0042]
【權利要求】
1.一種鉆井參數與效率實時優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟: A井底巖石強度計算模型的建立: Al針對某類巖石采集不同孔隙度的巖心，測定所采集巖心的孔隙度； A2針對不同孔隙度的巖心進行三軸巖石力學實驗，測取不同圍壓下巖石的抗壓強度； A3利用粒子群優(yōu)化算法確定強度模型中的參數(a，b，c):
Q1-O3 = UCS0(1+a σ 3b) Xexp (-Φ Xe) 式中σ i為巖石的三軸抗壓強度，O3為試驗圍壓，UCStlS巖石在O孔隙度時的單軸抗壓強度，a，b，c為模型系數， B計算井底圍壓，采用雙重有效應力原理計算井底圍壓，其模型為:
0 3 = Pb" Φ cPp 式中Ph為靜液柱壓力，Pp為孔隙壓力，為巖石觸點孔隙度，大于本體有效孔隙度Φ，小于I，對于一般巖石取Φ與I之間的中間值， 貝U，井底圍壓強度計算模型可以表示為:
O ! = UCS0(1+a(Ph-ΦPp)b) Xexp (-φ Xe) C計算鉆頭破巖機械比能，公式為:
2.根據權利要求1所述的鉆井參數與效率實時優(yōu)化方法，其特征在于，若是機械鉆速逐漸下降，機械比能逐漸增加，轉盤扭矩逐漸增加，同時伴有泵壓有所上升，則可以判斷為鉆頭泥包現象發(fā)生；若是機械鉆速逐漸下降，機械比能逐漸增加，轉盤扭矩和泵壓無明顯變化，調整鉆壓和轉速后機械鉆速無明顯改善，則可能為鉆頭磨損嚴重；若是機械鉆速突然下降，轉盤扭矩突然上升，上提和下放鉆具遇阻，則判斷為卡鉆發(fā)生。
【文檔編號】E21B44/00GK103790568SQ201410005736
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月7日 優(yōu)先權日:2014年1月7日
【發(fā)明者】石祥超, 孟英峰, 李皋, 趙向陽, 關小旭, 李家學, 陶祖文, 張濤 申請人:西南石油大學