[發明專利]一種地面、井下一體化的鉆井實時優化系統

在審

• 申請號: 202210476132.6
• 申請日: 2022-04-29
• 公開（公告）號: CN114718549A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 邵增元;劉暢;陶成玉;劉欣;吳倩
• 申請（專利權）人: 中石化江鉆石油機械有限公司;中石化石油機械股份有限公司
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B47/13;E21B47/18
• 代理公司: 武漢智權專利代理事務所(特殊普通合伙) 42225
• 代理人: 張凱

本發明公開了一種地面、井下一體化的鉆井實時優化系統，涉及石油與天然氣、礦石等資源勘探開發領域，包括井下數據測量系統、井下安全監測系統、井下鉆井優化系統、地面數據系統、地面決策系統和控制及執行系統，井下數據測量系統用于對井下的地質參數、工程參數和井眼軌跡參數進行測量得到測量數據；井下安全監測系統，其用于對井下的地質故障、循環系統故障和鉆頭鉆具故障進行監測得到監測數據；井下鉆井優化系統，其用于對測量數據和監測數據進行融合，并分析得到鉆井優化方案，并對方案進行編碼后上傳；地面數據系統，其用于為地面決策系統提供歷史數據、鉆井知識數據和地面測量數據。本發明能夠有效提升鉆井優化效果。

技術領域

本發明涉及石油與天然氣、礦石等資源勘探開發領域，具體涉及一種地面、井下一體化的鉆井實時優化系統。

背景技術

在石油天然氣、礦石等資源開采過程中，對鉆井成本的追求是持續不斷的，其中，通過鉆井優化提高鉆井效率，降低能量消耗是降低鉆井成本的重要方向。為此，國內外眾多研究機構和企業都在不遺余力地開展鉆井優化的工作。

常規鉆井采用鄰井參數或通過試鉆進行鉆井優化。鄰井地層相近甚至相同，鉆頭類型及鉆具組合也非常相近，因此，直接采用鄰井參數可以取得事半功倍的效果，而在沒有鄰井、鄰井數據參考性不強或采用新的工具組合、鉆井工藝等措施時，可以通過試鉆確定最優工作參數，即固定鉆壓，調整轉速或固定轉速調整鉆壓，經過一段時間的試鉆，得到最優的鉆井參數。試鉆法實用性較強，但耗時較長；如果地層變化，之前最優的鉆井參數不適用，需要人工再進行調整。

隨著資源開采技術的發展，定向井、大斜度井、水平井技術廣泛應用，給常規試鉆式的鉆井優化法帶來很大困難：地面傳感器測量數據與井下實際情況相差巨大，比如水平井由于鉆具托壓，雖然地面顯示加了很大的鉆壓，但實際加在鉆頭上的鉆壓并不大，出現鉆機能力范圍內無法進一步優化鉆進，提高效率的情況；參數強化，導致井下工況惡劣，鉆頭鉆具工作壽命縮短，起下鉆更換鉆頭鉆具的次數增加，影響總的鉆井周期；水平井由于地質構造問題，對著陸點把控不準，導致提前著陸或延后著陸，隨后需要再次定向，增加了鉆井周期；提高單井采收率，需要井眼軌跡精確控制，使井眼軌跡始終處于優質儲層中，井眼軌跡控制不好，導致出層，需要糾回到儲層，增加了鉆進時間，減小了泄油面積；鉆頭技術的提高，一趟鉆要鉆多個層段，鉆井參數不能及時調整，導致鉆頭提前失效或效能發揮不佳。

近年來，鉆井技術發展迅猛，推出了能夠控制鉆柱轉速的頂驅、控制鉆壓的自動送鉆系統、能夠實現井眼軌跡閉環控制的旋轉導向工具、隨鉆測量巖石性能的隨鉆測井儀器、井下工況測量及分析的軟硬件系統、減小托壓或有害振動的專用工具(如水力振蕩器、扭力沖擊器等)，同時鉆井優化算法也有較大的發展和應用。雖然各家油服企業都在不同程度地開展鉆井優化工作，但至今還沒有能夠全面地考慮鉆井工具、環境、鉆井設計要求的綜合型鉆井優化系統，特別是現有的鉆井優化系統都沒有充分考慮鉆頭鉆具的健康狀態，導致鉆井優化的實際效果欠佳，影響其推廣應用。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種地面、井下一體化的鉆井實時優化系統，能夠有效提升鉆井優化效果。

為達到以上目的，本發明采取的技術方案包括：

井下數據測量系統，其用于對井下的地質參數、工程參數和井眼軌跡參數進行測量得到測量數據；

井下安全監測系統，其用于對井下的地質故障、循環系統故障和鉆頭鉆具故障進行監測得到監測數據；

井下鉆井優化系統，其用于對測量數據和監測數據進行融合，并分析得到鉆井優化方案，并對方案進行編碼后上傳；

地面數據系統，其用于為地面決策系統提供歷史數據、鉆井知識數據和地面測量數據；