[發明專利]一種應用于空氣錘鉆井的機械比能計算方法和系統

在審

• 申請號: 201710463053.0
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN109145322A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 李昌盛;楊傳書;徐術國;鄒本有;孫旭
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/02
• 代理公司: 北京聿華聯合知識產權代理有限公司 11611
• 代理人: 張文娟;朱繪

本發明公開了一種應用于空氣錘鉆井的機械比能計算方法，該方法包括如下步驟：基于R.Teale機械比能模型與空氣錘鉆井破巖機理，建立空氣錘鉆井機械比能模型；分析空氣錘做功過程，根據所述空氣錘鉆井機械比能模型，得到包含能量傳遞效率參數的空氣錘機械比能計算公式；計算所述能量傳遞效率參數，將獲得的所述能量傳遞效率參數代入所述空氣錘機械比能計算公式中。本發明結合空氣錘鉆井工作原理，建立了空氣錘鉆井機械比能計算模型，用于分析空氣錘鉆井效率和鉆頭工作情況，能夠實時評估空氣錘鉆井的工作效率，進而調整鉆井參數，優化空氣錘結構，達到優化鉆井的目的。

技術領域

本發明涉及油氣井鉆井技術領域，具體地說，是涉及一種應用于空氣錘鉆井的機械比能計算方法，方便鉆井工程現場技術人員在進行復雜井段空氣錘鉆井工作的實時評價，進而及時調整工作參數，最終達到鉆井最優化。

背景技術

空氣錘鉆井是指用聯接在鉆頭上的空氣錘對鉆具施加壓力并同時回轉，給予鉆頭以高頻沖擊能量，進行沖擊回轉的鉆井方式。空氣錘鉆井具有低鉆壓、低轉速和扭矩平穩的特點，可以顯著提高鉆速和有效控制井斜，并兼顧了氣體鉆井對儲層傷害小的優點。因此，這種鉆井方式在鉆進高陡和硬質巖層的過程中得到了廣泛使用。

機械比能是采用鉆壓、鉆速、轉速、鉆頭扭矩和鉆頭直徑等參數計算得到的一項評估破巖效率的綜合指標，代表鉆頭破碎單位體積巖石所做的功，可以作為量化評價鉆井效率的關鍵依據。

在現有技術中，關于機械比能技術僅限于常規鉆井的效率評估，目前還沒有方法用于評價分析空氣錘鉆井效率和鉆頭工作情況，無法實時有效地調整鉆井參數，優化空氣錘結構，達到優化鉆井的目的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題之一是需要提供一種基于機械比能理論，結合空氣錘鉆井工作原理，建立空氣錘鉆井機械比能計算模型，并計算空氣錘鉆井機械比能的方法，通過該方法可以分析空氣錘鉆井效率和鉆頭工作情況，進而調整鉆井參數，優化空氣錘結構，達到優化鉆井的目的。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種應用于空氣錘鉆井的機械比能計算方法，該方法包括如下步驟：建立空氣錘鉆井機械比能模型步驟，基于R.Teale機械比能模型與空氣錘鉆井破巖機理，建立空氣錘鉆井機械比能模型；推導空氣錘鉆井機械比能計算公式步驟，分析空氣錘做功過程，根據所述空氣錘鉆井機械比能模型，得到包含能量傳遞效率參數的空氣錘機械比能計算公式；計算空氣錘鉆井機械比能步驟，計算所述能量傳遞效率參數，將獲得的所述能量傳遞效率參數代入所述空氣錘機械比能計算公式中。

優選地，在所述建立空氣錘鉆井機械比能模型步驟中，基于在空氣錘鉆井破碎巖石時的能量來自空氣錘沖擊、鉆壓和扭矩所做的功，建立空氣錘鉆井機械比能模型。

優選地，在所述建立空氣錘鉆井機械比能模型步驟中，進一步，所述空氣錘鉆井機械比能模型的方程如下列表達式所示：

其中，MES表示空氣錘鉆井機械比能，E_hammer表示空氣錘經過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。

優選地，在所述推導空氣錘鉆井機械比能計算公式步驟中，基于空氣錘中的活塞在每個沖程沖擊鉆頭本體的做功過程，得到空氣錘經過鉆頭傳遞給井底巖石用于破巖的能量，其中，所述活塞在每個沖程沖擊鉆頭本體的能量源于：所述活塞經過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。

優選地，進一步，在所述推導空氣錘鉆井機械比能計算公式步驟中，利用如下表達式計算空氣錘經過鉆頭傳遞給井底巖石用于破巖的能量：