[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于空氣錘鉆井的機(jī)械比能計(jì)算方法和系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710463053.0
• 申請(qǐng)日: 2017-06-19
• 公開（公告）號(hào): CN109145322A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李昌盛;楊傳書;徐術(shù)國(guó);鄒本有;孫旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油化工股份有限公司;中國(guó)石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50;G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/02
• 代理公司: 北京聿華聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11611
• 代理人: 張文娟;朱繪

1.一種應(yīng)用于空氣錘鉆井的機(jī)械比能計(jì)算方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

建立空氣錘鉆井機(jī)械比能模型步驟，基于R.Teale機(jī)械比能模型與空氣錘鉆井破巖機(jī)理，建立空氣錘鉆井機(jī)械比能模型；

推導(dǎo)空氣錘鉆井機(jī)械比能計(jì)算公式步驟，分析空氣錘做功過(guò)程，根據(jù)所述空氣錘鉆井機(jī)械比能模型，得到包含能量傳遞效率參數(shù)的空氣錘機(jī)械比能計(jì)算公式；

計(jì)算空氣錘鉆井機(jī)械比能步驟，計(jì)算所述能量傳遞效率參數(shù)，將獲得的所述能量傳遞效率參數(shù)代入所述空氣錘機(jī)械比能計(jì)算公式中。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述建立空氣錘鉆井機(jī)械比能模型步驟中，

基于在空氣錘鉆井破碎巖石時(shí)的能量來(lái)自空氣錘沖擊、鉆壓和扭矩所做的功，建立空氣錘鉆井機(jī)械比能模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述建立空氣錘鉆井機(jī)械比能模型步驟中，進(jìn)一步，所述空氣錘鉆井機(jī)械比能模型的方程如下列表達(dá)式所示：

其中，MES表示空氣錘鉆井機(jī)械比能，E_hammer表示空氣錘經(jīng)過(guò)鉆頭傳遞給井底巖石用于破巖的能量，E_WOB表示鉆壓能量，E_Torque表示鉆頭扭矩能量，V_unit-vol表示被鉆頭破碎巖石的單位體積。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述推導(dǎo)空氣錘鉆井機(jī)械比能計(jì)算公式步驟中，

基于空氣錘中的活塞在每個(gè)沖程沖擊鉆頭本體的做功過(guò)程，得到空氣錘經(jīng)過(guò)鉆頭傳遞給井底巖石用于破巖的能量；

其中，所述活塞在每個(gè)沖程沖擊鉆頭本體的能量源于：所述活塞經(jīng)過(guò)鉆頭傳遞至井底巖石用于破巖的能量和鉆頭返還給空氣錘本體的能量。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步，在所述推導(dǎo)空氣錘鉆井機(jī)械比能計(jì)算公式步驟中，利用如下表達(dá)式計(jì)算空氣錘經(jīng)過(guò)鉆頭傳遞給井底巖石用于破巖的能量：

其中，e'表示恢復(fù)系數(shù)，v_pA表示活塞沖擊速度，v_pB表示活塞反彈速度，Pow_hammer表示空氣錘沖擊能量，Pow_raw表示活塞向下沖程的初始能量，η_transmission表示能量傳遞效率，m_p表示活塞重量，F(xiàn)表示沖擊頻率。

6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步，在所述推導(dǎo)空氣錘鉆井機(jī)械比能計(jì)算公式步驟中，利用如下表達(dá)式計(jì)算空氣錘鉆井機(jī)械比能：

其中，D_b表示鉆頭直徑，ROP表示機(jī)械鉆速，WOB表示鉆壓，T_b表示鉆頭扭矩，RPM表示轉(zhuǎn)速。

7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述計(jì)算空氣錘鉆井機(jī)械比能步驟中，

根據(jù)空氣錘中活塞沖擊鉆頭的過(guò)程滿足動(dòng)量守恒和能量守恒原理，得到鉆頭受到?jīng)_擊后的向下運(yùn)動(dòng)速度與活塞沖擊速度的關(guān)系，進(jìn)而得到能量傳遞效率計(jì)算方程。

8.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步，在所述計(jì)算空氣錘鉆井機(jī)械比能步驟中，

利用下列方程計(jì)算能量傳遞效率：

當(dāng)α>1且β≥0.5πα/(α-1)^0.5時(shí)：

當(dāng)α>1且β<0.5πα/(α-1)^0.5時(shí)：

其中，η_transmission表示能量傳遞效率，e表示自然底數(shù)，α和β都是系數(shù)，m_p表示活塞重量，m_b表示鉆頭重量，ρ表示鉆頭鋼材密度，c表示沖擊波一維方向上的速度，K表示巖石沖擊阻抗系數(shù)，τ表示沖擊時(shí)間，A_p表示活塞的橫截面積。