一种钻井参数与效率实时优化方法技术

本发明专利技术公开了一种钻井参数与效率实时优化方法，首先进行钻井取芯，利用步骤A中的方法建立岩石强度模型，根据钻井液密度、性质及地层孔隙压力，判断为哪一种钻井方式，如果为气体钻井则可以直接使用单轴抗压强度，否则计算井底围压条件下岩石强度，利用录井资料计算钻头机械比能，将计算得到的钻头机械比能与井底围压下岩石强度作对比。本发明专利技术建立的模型能够找出钻压、转速等钻井参数的临界失效点，能够起到实时优化钻井参数的目的，使得钻井能力在钻井现有的基础上得到有效的提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钻井优化方法，具体地说，涉及一种钻井参数与效率实时优化方法。
技术介绍
现有技术中的钻井优化方法都是基于过平衡钻井建立起来的，在用于气体钻井和欠平衡钻井进行钻井优化时存在诸多问题，即使用于欠平衡钻井的优化也是基于过平衡钻井优化模型的改进，不能同时用于气体钻井、欠平衡钻井、过平衡钻井三种钻井方式。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的缺陷，本专利技术提供一种能够用于气体钻井、欠平衡钻井、过平衡钻井三种钻井方式的钻井参数与效率实时优化方法，本专利技术所建立的方法是基于岩石强度模型的重新建立而提出的，本专利技术提出了一种计算的井底岩石强度新模型，建立的模型能够找出钻压、转速等钻井参数的临界失效点，能够起到实时优化钻井参数的目的，使得钻井能力在钻井现有的基础上得到有效的提升。其技术方案如下：一种钻井参数与效率实时优化方法，其特征在于，包括以下步骤：A岩石强度计算模型的建立：A1针对某类岩石采集不同孔隙度的岩心，测定所采集岩心的孔隙度；A2针对不同孔隙度的岩心进行三轴岩石力学实验，测取不同围压下岩石的抗压强度；A3利用粒子群优化算法确定强度模型中的参数（a，b，c）：σ1-σ3＝UCS0(1+aσ3b)×exp(-φ×c)式中σ1为岩石的三轴抗压强度，σ3为试验围压，UCS0为岩石在0孔隙度时的单轴抗压强度，a，b，c为模型系数，B计算井底围压，采用双重有效应力原理计算井底围压，其模型为：σ3＝Ph-φcPp式中Ph为静液柱压力，Pp为孔隙压力，φc为岩石触点孔隙度，φc大于本体有效孔隙度φ，小于1，对于一般岩石取φ与1之间的中间值，则，井底围压强度计算模型可以表示为：σ1＝UCS0(1+a(Ph-φPp)b)×exp(-φ×c)C计算钻头破岩机械比能，公式为：Es=0.35(WAb+13.33·μ·N·Wdb·ROP)]]>式中W为钻压，Ab为钻头面积，db为钻头直接，μ为滑动摩擦系数，N为转速，ROP为机械钻速，D首先进行钻井取芯，利用步骤A中的方法建立岩石强度模型，通过根据钻井液密度、性质及地层孔隙压力，判断为哪一种钻井方式，如果为气体钻井则可以直接使用单轴抗压强度，否则利用步骤B中的第一个公式计算井底围压，利用第二公式计算井底围压下岩石强度，利用录井数据计算钻头机械比能，将计算得到的钻头机械比能与井底围压强度作对比，若是机械比能持续小于岩石井底围压强度值，则继续钻进，若是机械比能大于井底围压岩石强度值，则调整钻压和转速参数，若调整钻压和转速参数没有效果，则判断井底是否发生钻头泥包、卡钻、钻头磨损严重的钻井事故，处理事故，直到钻头机械比能小于岩石井底围压强度值为止。进一步优选，若是在钻进过程中，井底岩石强度无明显变化，而机械钻速逐渐下降，机械比能逐渐增加，转盘扭矩逐渐增加，同时伴有泵压有所上升，则判断为钻头泥包现象发生；若是机械钻速逐渐下降，机械比能逐渐增加，转盘扭矩和泵压无明显变化，调整钻压和转速后机械钻速无明显改善，则判断为钻头磨损严重；若是机械钻速突然下降，转盘扭矩突然上升，上提和下放钻具遇阻，则判断为卡钻发生。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的方法和所建立的数学模型，能够更为准确的判断出导致机械钻速降低的具体原因，能够指导现场施工及时采取正确方法处理钻井事故，提高钻井效率。附图说明图1为本专利技术钻井参数与效率实时优化方法的流程图；图2为过平衡钻井井底岩石围压强度、机械比能、实际钻速、钻井操作参数对比曲线，其中图2a为井底岩石围压强度、机械比能、实际钻速曲线，图2b为钻井操作参数曲线；图3为欠平衡钻井底岩石围压强度、机械比能、实际钻速对比图；图4为欠平衡钻井操作参数；图5为气体钻井井底岩石强度、机械比能、实际钻速、钻井操作参数对比曲线，其中图5a为井底岩石围压强度、机械比能、实际钻速曲线，图5b为钻井操作参数曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细地说明。参照图1，一种钻井参数与效率实时优化方法，包括以下步骤：A井底岩石强度计算模型的建立：A1针对某类岩石采集不同孔隙度的岩心，测定所采集岩心的孔隙度；A2针对不同孔隙度的岩心进行三轴岩石力学实验，测取不同围压下岩石的抗压强度；A3利用粒子群优化算法确定强度模型中的参数（a，b，c）：σ1-σ3＝UCS0(1+aσ3b)×exp(-φ×c)式中σ1为岩石的三轴抗压强度，σ3为试验围压，UCS0为岩石在0孔隙度时的单轴抗压强度，a，b，c为模型系数，B计算井底围压，采用双重有效应力原理计算井底围压，其模型为：σ3＝Ph-φcPp式中Ph为静液柱压力，Pp为孔隙压力，φc为岩石触点孔隙度，φc大于本体有效孔隙度φ，小于1，对于一般岩石取φ与1之间的中间值，则，井底围压强度计算模型可以表示为：σ1＝UCS0(1+a(Ph-φPp)b)×exp(-φ×c)C计算钻头破岩机械比能，公式为：Es=0.35(WAb+13.33·μ·N·Wdb·ROP)]]>式中W为钻压，Ab为钻头面积，db为钻头直接，μ为滑动摩擦系数，N为转速，ROP为机械钻速，D首先进行钻井取芯，利用步骤A中的方法建立岩石强度模型，通过根据钻井液密度、性质及地层孔隙压力，判断为哪一种钻井方式，如果为气体钻井则可以直接使用单轴抗压强度，否则利用步骤B中的第一个公式计算井底围压，利用第二公式计算井底围压下岩石强度，利用录井资料计算钻头机械比能，将计算得到的钻头机械比能与井底围压强度作对比，若是机械比能持续小于岩石井底围压强度值，则继续钻进，若是机械比能小于岩石井底围压值，并调整钻压和转速参数没有效果，则判断井底是否发生钻头泥包、卡钻、钻头磨损严重的钻井事故，处理事故，直到钻头机械比能小于岩石井底围压强度值为止。进一步优选，若是机械钻速逐渐下降，机械比能逐渐增加，转盘扭矩逐渐增加，同时伴有泵压有所上升，则可以判断为钻头泥包现象发生；若是机械钻速逐渐下降，机械比能逐渐增加，转盘扭矩和泵压无明显变化，调整钻压和转速后机械钻速无明显改善，则可能为钻头磨损严重；若是机械钻速突然下降，转盘扭矩突然上升，上提和下放钻具遇阻，则判断为卡钻发生。利用本专利技术所述方法对某地区一口过平衡钻井的井底岩石强度、钻进的机械比能进行了计算，地层孔隙压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻井参数与效率实时优化方法，其特征在于，包括以下步骤：A井底岩石强度计算模型的建立：A1针对某类岩石采集不同孔隙度的岩心，测定所采集岩心的孔隙度；A2针对不同孔隙度的岩心进行三轴岩石力学实验，测取不同围压下岩石的抗压强度；A3利用粒子群优化算法确定强度模型中的参数（a，b，c）：σ1‑σ3＝UCS0(1+aσ3b)×exp(‑φ×c)式中σ1为岩石的三轴抗压强度，σ3为试验围压，UCS0为岩石在0孔隙度时的单轴抗压强度，a，b，c为模型系数，B计算井底围压，采用双重有效应力原理计算井底围压，其模型为：σ3＝Ph‑φcPp式中Ph为静液柱压力，Pp为孔隙压力，φc为岩石触点孔隙度，φc大于本体有效孔隙度φ，小于1，对于一般岩石取φ与1之间的中间值，则，井底围压强度计算模型可以表示为：σ1＝UCS0(1+a(Ph‑φPp)b)×exp(‑φ×c)C计算钻头破岩机械比能，公式为：Es=0.35(WAb+13.33·μ·N·Wdb·ROP)]]>式中W为钻压，Ab为钻头面积，db为钻头直接，μ为滑动摩擦系数，N为转速，ROP为机械钻速，D首先进行钻井取芯，利用步骤A中的方法建立岩石强度模型，通过根据钻井液密度、性质及地层孔隙压力，判断为哪一种钻井方式，如果为气体钻井则可以直接使用单轴抗压强度，否则利用步骤B中的第一个公式计算井底围压，利用第二公式计算井底围压下岩石强度，利用录井资料计算钻头机械比能，将计算得到的钻头机械比能与井底围压强度作对比，若是机械比能持续小于岩石井底围压强度值，则继续钻进，若是机械比能大于岩石井底围压值，调整钻压和转速参数，若没有效果，则判断井底是否发生钻头泥包、卡钻、钻头磨损严重的钻井事故，处理事故，直到钻头机械比能小于岩石井底围压强度值为止。...

【技术特征摘要】
1.一种钻井参数与效率实时优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
A井底岩石强度计算模型的建立：
A1针对某类岩石采集不同孔隙度的岩心，测定所采集岩心的孔隙度；
A2针对不同孔隙度的岩心进行三轴岩石力学实验，测取不同围压下岩石的
抗压强度；
A3利用粒子群优化算法确定强度模型中的参数（a，b，c）：
σ1-σ3＝UCS0(1+aσ3b)×exp(-φ×c)
式中σ1为岩石的三轴抗压强度，σ3为试验围压，UCS0为岩石在0孔隙度时
的单轴抗压强度，a，b，c为模型系数，
B计算井底围压，采用双重有效应力原理计算井底围压，其模型为：
σ3＝Ph-φcPp式中Ph为静液柱压力，Pp为孔隙压力，φc为岩石触点孔隙度，φc大于本
体有效孔隙度φ，小于1，对于一般岩石取φ与1之间的中间值，
则，井底围压强度计算模型可以表示为：
σ1＝UCS0(1+a(Ph-φPp)b)×exp(-φ×c)
C计算钻头破岩机械比能，公式为：
Es=0.35(WAb+13.33·μ·N·Wdb·ROP)]]>式中W为钻压，Ab为钻头面积，db为钻头直...

【专利技术属性】
技术研发人员：石祥超，孟英峰，李皋，赵向阳，关小旭，李家学，陶祖文，张涛，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51