[發(fā)明專利]一種鉆井參數(shù)與效率實(shí)時(shí)優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410005736.8
• 申請日: 2014-01-07
• 公開（公告）號: CN103790568A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石祥超;孟英峰;李皋;趙向陽;關(guān)小旭;李家學(xué);陶祖文;張濤
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

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(shù)與效率實(shí)時(shí)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)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(jìn)行鉆井優(yōu)化時(shí)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(jìn)，不能同時(shí)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(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)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(shù)與效率實(shí)時(shí)優(yōu)化方法，本發(fā)明所建立的方法是基于巖石強(qiáng)度模型的重新建立而提出的，本發(fā)明提出了一種計(jì)算的井底巖石強(qiáng)度新模型，建立的模型能夠找出鉆壓、轉(zhuǎn)速等鉆井參數(shù)的臨界失效點(diǎn)，能夠起到實(shí)時(shí)優(yōu)化鉆井參數(shù)的目的，使得鉆井能力在鉆井現(xiàn)有的基礎(chǔ)上得到有效的提升。

其技術(shù)方案如下：

一種鉆井參數(shù)與效率實(shí)時(shí)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

A巖石強(qiáng)度計(jì)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(jìn)行三軸巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)，測取不同圍壓下巖石的抗壓強(qiáng)度；

A3利用粒子群優(yōu)化算法確定強(qiáng)度模型中的參數(shù)（a，b，c）：

σ₁-σ₃＝UCS₀(1+aσ₃^b)×exp(-φ×c)

式中σ₁為巖石的三軸抗壓強(qiáng)度，σ₃為試驗(yàn)圍壓，UCS₀為巖石在0孔隙度時(shí)的單軸抗壓強(qiáng)度，a，b，c為模型系數(shù)，

B計(jì)算井底圍壓，采用雙重有效應(yīng)力原理計(jì)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(diǎn)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(qiáng)度計(jì)算模型可以表示為：

σ₁＝UCS₀(1+a(P_h-φP_p)^b)×exp(-φ×c)

C計(jì)算鉆頭破巖機(jī)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(dòng)摩擦系數(shù)，N為轉(zhuǎn)速，ROP為機(jī)械鉆速，

D首先進(jìn)行鉆井取芯，利用步驟A中的方法建立巖石強(qiáng)度模型，通過根據(jù)鉆井液密度、性質(zhì)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(qiáng)度，否則利用步驟B中的第一個(gè)公式計(jì)算井底圍壓，利用第二公式計(jì)算井底圍壓下巖石強(qiáng)度，利用錄井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算鉆頭機(jī)械比能，將計(jì)算得到的鉆頭機(jī)械比能與井底圍壓強(qiáng)度作對比，若是機(jī)械比能持續(xù)小于巖石井底圍壓強(qiáng)度值，則繼續(xù)鉆進(jìn)，若是機(jī)械比能大于井底圍壓巖石強(qiáng)度值，則調(diào)整鉆壓和轉(zhuǎn)速參數(shù)，若調(diào)整鉆壓和轉(zhuǎn)速參數(shù)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(yán)重的鉆井事故，處理事故，直到鉆頭機(jī)械比能小于巖石井底圍壓強(qiáng)度值為止。