一種基于井段平均比能的鉆頭配置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于井段平均比能的鉆頭配置方法，屬于石油鉆井工程技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鉆頭是鉆井過程中破碎巖石的最主要工具，井眼是鉆頭破碎巖石形成的。一個(gè)井 眼形成的好壞、所用時(shí)間的長(zhǎng)短，除了與鉆頭破碎巖石的效率有關(guān)，更與鉆頭與地層的適應(yīng) 性有關(guān)。單位體積鉆頭破巖做功越少，說明鉆頭破巖效率越高，鉆頭與地層匹配性越好。因 此，如何配置既能實(shí)現(xiàn)待鉆地層高效破巖又經(jīng)濟(jì)的鉆頭序列，一直是鉆井領(lǐng)域長(zhǎng)期致力研 宄的課題。近年來，PDC(PolycrystallineDiamondCompact，聚晶金剛石復(fù)合片）鉆頭廣 泛應(yīng)用于石油鉆井，在某些鉆井作業(yè)中正逐步取代牙輪鉆頭。隨著PDC鉆頭設(shè)計(jì)制造技術(shù) 的發(fā)展，PDC鉆頭更新?lián)Q代的速度逐步加快，其使用范圍不斷擴(kuò)大。因此，如何以測(cè)井、錄井 資料為基礎(chǔ)，綜合考慮巖石力學(xué)性能、鉆頭破巖效率及成本進(jìn)行PDC鉆頭配置是當(dāng)前鉆頭 選型領(lǐng)域的研宄重點(diǎn)。
[0003] 現(xiàn)有的鉆頭配置方法通常根據(jù)相鄰井資料，通過對(duì)比分析鉆頭的實(shí)際應(yīng)用效果配 置相應(yīng)的鉆頭，只能簡(jiǎn)單地利用機(jī)械鉆速和鉆頭進(jìn)尺兩個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)鉆頭性能。例如常用 的"機(jī)械鉆速-鉆頭進(jìn)尺"最優(yōu)線對(duì)比法以及"每米鉆井成本"對(duì)比法等。當(dāng)采用"機(jī)械鉆 速-鉆頭進(jìn)尺"最優(yōu)線對(duì)比法時(shí)，僅通過鉆速和進(jìn)尺進(jìn)行對(duì)比，由于機(jī)械鉆速受多種因素限 制，對(duì)于相同的鉆頭和巖性地層，如果施加的鉆井參數(shù)和水力參數(shù)不同，最終表現(xiàn)出來的鉆 井性能可能差別很大，因而該方法難以辨別鉆頭的真實(shí)使用效果。而"每米鉆井成本"對(duì)比 法是以每米鉆井成本最低作為衡量指標(biāo)，用于對(duì)鉆頭進(jìn)行評(píng)價(jià)優(yōu)選，由于影響鉆井成本因 素并不都與鉆頭選擇有關(guān)，因而成本分析法不能直接反映鉆頭方案的效果。此外，成本分析 僅僅體現(xiàn)的是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，不是依靠著鉆井實(shí)際參數(shù)來評(píng)價(jià)鉆頭破巖效果，無法針對(duì)不同地 層及鉆井特點(diǎn)對(duì)鉆頭進(jìn)行最優(yōu)配置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有的鉆頭配置方法存在的無法針對(duì)不同地層及鉆井特點(diǎn)對(duì)鉆頭 進(jìn)行最優(yōu)配置的問題，進(jìn)而提出了 一種基于井段平均比能的鉆頭配置方法，具體包括如下 的技術(shù)方案：
[0005] 一種基于井段平均比能的鉆頭配置方法，包括：
[0006] 根據(jù)待鉆井的地質(zhì)錄井?dāng)?shù)據(jù)和相鄰已鉆井的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)將所述待鉆井的預(yù)定地層 劃分為多個(gè)微井段；
[0007] 獲取每種型號(hào)的鉆頭在預(yù)定微井段的比能值；
[0008] 根據(jù)每種型號(hào)的鉆頭在預(yù)定微井段的比能值為所述待鉆井的預(yù)定地層配置最優(yōu) 鉆井效果的鉆頭。
[0009] 在本發(fā)明所述的基于井段平均比能的鉆頭配置方法中，根據(jù)每種型號(hào)的鉆頭在預(yù) 定微井段的比能值為所述待鉆井的預(yù)定地層配置最優(yōu)鉆井效果的鉆頭包括：
[0010] 將每種型號(hào)的鉆頭在預(yù)定微井段的比能值的倒數(shù)作為縱坐標(biāo)，以及將每種型號(hào)鉆 頭的進(jìn)尺值作為橫坐標(biāo)建立效果曲線，根據(jù)所述效果曲線確定在所述待鉆井的預(yù)定地層具 有最優(yōu)鉆井效果的鉆頭。
[0011] 在本發(fā)明所述的基于井段平均比能的鉆頭配置方法中，所述方法還包括：
[0012] 根據(jù)每種型號(hào)的鉆頭在預(yù)定微井段的比能值、每種型號(hào)的鉆頭的進(jìn)尺值以及每種 型號(hào)的鉆頭的成本確定鉆頭效益指數(shù)，并根據(jù)所述鉆頭效益指數(shù)對(duì)所述待鉆井的預(yù)定地層 配置的鉆頭進(jìn)行調(diào)整。
[0013] 在本發(fā)明所述的基于井段平均比能的鉆頭配置方法中，所述鉆頭效益指數(shù)通過以 下公式計(jì)算獲得：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于井段平均比能的鉆頭配置方法，其特征在于，包括： 根據(jù)待鉆井的地質(zhì)錄井?dāng)?shù)據(jù)和相鄰已鉆井的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)將所述待鉆井的預(yù)定地層劃分 為多個(gè)微井段； 獲取每種型號(hào)的鉆頭在預(yù)定微井段的比能值； 根據(jù)每種型號(hào)的鉆頭在預(yù)定微井段的比能值為所述待鉆井的預(yù)定地層配置最優(yōu)鉆井 效果的鉆頭。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)每種型號(hào)的鉆頭在預(yù)定微井段的比能 值為所述待鉆井的預(yù)定地層配置最優(yōu)鉆井效果的鉆頭包括： 將每種型號(hào)的鉆頭在預(yù)定微井段的比能值的倒數(shù)作為縱坐標(biāo)，以及將每種型號(hào)的鉆頭 的進(jìn)尺值作為橫坐標(biāo)建立效果曲線，根據(jù)所述效果曲線確定在所述待鉆井的預(yù)定地層具有 最優(yōu)鉆井效果的鉆頭。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括： 根據(jù)每種型號(hào)的鉆頭在預(yù)定微井段的比能值、每種型號(hào)的鉆頭的進(jìn)尺值以及每種型號(hào) 的鉆頭的成本確定鉆頭效益指數(shù)，并根據(jù)所述鉆頭效益指數(shù)對(duì)所述待鉆井的預(yù)定地層配置 的鉆頭進(jìn)行調(diào)整。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述鉆頭效益指數(shù)通過以下公式計(jì)算獲得：
其中，I表示鉆頭效益指數(shù)，L表示鉆頭進(jìn)尺，SE表示鉆頭的比能且單位為J/kg，(^表 示鉆頭成本，Si表示各個(gè)參數(shù)的權(quán)重系數(shù)且i = 1，2, 3, ...，a表示權(quán)重系數(shù)的綜合表示量。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)包括巖石可鉆性，所述巖石可 鉆性通過以下公式計(jì)算獲得： Kd= exp(-〇. 00534*DH+2. 8505) 其中，Kd表示巖石可鉆性值，DH表示縱波時(shí)差。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)還包括巖石抗壓強(qiáng)度，所述巖 石抗壓強(qiáng)度通過以下公式計(jì)算獲得： Sc= E d[0. 008Vsh+0. 0045 (I-Vsh)] Ed= pVs2(3Vp2-4Vs 2)/(Vp2-2Vs2) 其中，S。表不巖石抗壓強(qiáng)度值，E (1表不動(dòng)態(tài)楊氏模量，Vsh表不泥質(zhì)含量，P表不地層密 度且單位為g/cm3, \^表示橫波速度且單位為m/h，V p表示縱波速度且單位為m/h。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述比能值表示的是通用比能時(shí)，則通過 以下公式計(jì)算獲得：
其中，SE表示鉆頭的比能且單位為J/kg，K表示預(yù)定常量，WOB表示鉆壓且單位為N， RPM表示鉆頭轉(zhuǎn)速且單位為r/min，BD表示鉆頭直徑且單位為mm，ROP表示機(jī)械鉆速且單位 為 m/h〇
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述比能值表示的是基于鉆頭水馬力的 比能時(shí)，則通過以下公式計(jì)算獲得：
λ = -4 X l(T14DB5+7 X l(TnDB4-5 X l(T8DB3+2 X KT5DB2-0.00 38DB+0. 3002 HIS = ΔΡ · Q
其中，SE表示鉆頭的比能且單位為J/kg，EFFm表示能量利用效率，WOB表示鉆壓且單位 為N，BD表示鉆頭直徑且單位為mm，RPM表示鉆頭轉(zhuǎn)速且單位為r/min，T表示扭矩且單位 為N · m，ROP表示機(jī)械鉆速且單位為m/h，λ表示鉆頭水動(dòng)力系數(shù)，HIS表示鉆頭水馬力且 單位為kW，Λ P表示鉆頭壓降且單位為MPa，Q表示泥漿泵排量且單位為1/s，P ,表示鉆井 液密度且單位為g/cm3, C表示噴嘴流量系數(shù)，Atl表示鉆頭的噴嘴截面積且單位為mm 2。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于井段平均比能的鉆頭配置方法，屬于石油鉆井工程技術(shù)領(lǐng)域。所述方法包括：根據(jù)待鉆井的地質(zhì)錄井?dāng)?shù)據(jù)和相鄰已鉆井的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)將所述待鉆井的預(yù)定地層劃分為多個(gè)微井段；獲取每種型號(hào)的鉆頭在預(yù)定微井段的比能值；根據(jù)每種型號(hào)的鉆頭在預(yù)定微井段的比能值為所述待鉆井的預(yù)定地層配置最優(yōu)鉆井效果的鉆頭。本發(fā)明根據(jù)待鉆井的地質(zhì)錄井?dāng)?shù)據(jù)和相鄰已鉆井的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)將待鉆井的預(yù)定地層劃分成若干個(gè)微井段，并根據(jù)每種型號(hào)的鉆頭在預(yù)定微井段的比能值為待鉆井配置最優(yōu)鉆井效果的鉆頭，再根據(jù)鉆頭效益指數(shù)對(duì)待鉆井的預(yù)定地層配置的鉆頭進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使鉆頭的選型更細(xì)化、更合理，并可用于鉆井設(shè)計(jì)及鉆后分析等各個(gè)環(huán)節(jié)。
【IPC分類】E21B10-00
【公開號(hào)】CN104879064
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510164611
【發(fā)明人】崔猛, 汪海閣, 葛云華, 張晉文, 李洪
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院
【公開日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年4月9日