[發明專利]一種鉆井參數與效率實時優化方法

有效

• 申請號: 201410005736.8
• 申請日: 2014-01-07
• 公開（公告）號: CN103790568A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 石祥超;孟英峰;李皋;趙向陽;關小旭;李家學;陶祖文;張濤
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種鉆井參數與效率實時優化方法，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：

A1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利用粒子群優化算法確定強度模型中的參數（a，b，c）：

σ₁-σ₃＝UCS₀(1+aσ₃^b)×exp(-φ×c)

式中σ₁為巖石的三軸抗壓強度，σ₃為試驗圍壓，UCS₀為巖石在0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：

σ₃＝P_h-φ_cP_p

式中P_h為靜液柱壓力，P_p為孔隙壓力，φ_c為巖石觸點孔隙度，φ_c大于本體有效孔隙度φ，小于1，對于一般巖石取φ與1之間的中間值，

則，井底圍壓強度計算模型可以表示為：

σ₁＝UCS₀(1+a(P_h-φP_p)^b)×exp(-φ×c)

C計算鉆頭破巖機械比能，公式為：

Es=0.35(WAb+13.33·μ·N·Wdb·ROP)]]>

式中W為鉆壓，A_b為鉆頭面積，d_b為鉆頭直接，μ為滑動摩擦系數，N為轉速，ROP為機械鉆速，

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強度作對比，若是機械比能持續小于巖石井底圍壓強度值，則繼續鉆進，若是機械比能大于巖石井底圍壓值，調整鉆壓和轉速參數，若沒有效果，則判斷井底是否發生鉆頭泥包、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。

2.根據權利要求1所述的鉆井參數與效率實時優化方法，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，則判斷為卡鉆發生。