一种基于岩屑运移量的PDC钻头钻进参数的优化方法技术

本发明专利技术提供了一种基于岩屑运移量的PDC钻头钻进参数的优化方法，通过收集历史数据，从历史钻井数据中寻找规律，针对不同的岩层以及深度确定最优指标，实现了确定钻头钻进参数的最优指标的功能。本发明专利技术通过更好地选择钻井参数，提高了钻头的使用寿命和钻进效率。本发明专利技术通过对钻头所采用的钻进参数的正确评估，实现了对钻头的具体工况的了解。了对钻头的具体工况的了解。了对钻头的具体工况的了解。

【技术实现步骤摘要】
一种基于岩屑运移量的PDC钻头钻进参数的优化方法


[0001]本专利技术属于石油开采
，具体涉及一种基于岩屑运移量的PDC钻头 钻进参数的优化方法。

技术介绍

[0002]在石油或者天然气开采过程中，PDC钻头是常用的钻头之一，在使用过程 中，首先通过给钻头施加钻头来达到破碎岩石的目的，然后再给钻头施加转速， 用刀翼进行刮削，进而达到钻进的目的，同时通过钻井液来运移岩屑和冷却钻头。 但是由于钻头所处的工作环境非常复杂，经常处于几千米的地下，人们对于钻头 的具体工况难以预知，对于钻头所采用的钻进参数难以评估是否正确。
[0003]PDC钻头所采用的钻进参数对钻头的使用时长以及钻进效率有着非常大地 影响，并且各个参数之间互相影响，很难实现每个参数达到最优，因此只能收集 足够多的历史数据，从历史钻井数据中寻找规律，针对不同的岩层以及深度，确 定最优指标，对进行钻进参数选择。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于岩屑运移量的PDC钻头钻进参 数的优化方法，用于确定钻头钻进参数的最优指标。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于岩屑运移量的 PDC钻头钻进参数的优化方法，包括以下步骤：
[0006]S0：获取历史数据；
[0007]S1：根据钻井实时工况，确定钻进过程的特征、标签和参数的取值，根据算 法确定重要度靠前的参数；
[0008]S2：根据最大互信息值法计算各个特征与标签的互信息值并排序，从而确定 各个特征与标签之间的重要度，根据重要度选择从已有特征中选择若干个重要度 大的特征以降低数据集维度、优化系统的特定指标；
[0009]S3：根据步骤S2选出的特征数量及取值范围设计对应的正交试验表；利用 正交试验法分析已选择的特征，通过正交试验表进行试验找出各个特征的最优搭 配；
[0010]S4：结合正交试验表的结果和问题采用包括观察分析、极差分析、方差分析 的分析方法分析试验结果，确定最佳参数组合。
[0011]按上述方案，所述的步骤S1中，具体步骤为：
[0012]S11：选择包括转速、岩石特性、井深、钻井液密度、钻井液喷出速度、钻 压、井底温度的参数作为特征；
[0013]S12：以单位时间内向井上运移的岩屑量作为标签；
[0014]S13：获取在不同的转速、岩石特性、井深、钻井液密度、钻井液喷出速度、 钻压、井底温度的情况下，单位时间内向井上运移的岩屑量。
[0015]按上述方案，所述的步骤S2中，具体步骤为：设a、b分别是在x、y方 向上的划分格子的个数，形成网格分布；设B是变量，则最大互信息值的计算 公式为：
[0016][0017]进一步的，所述的步骤S2中，具体步骤为：B的大小设置为数据量的0.6 次方。
[0018]按上述方案，所述的步骤S3中，具体步骤为：在正交试验表中，称所选的 特征为因素，因素是影响结果的原因；所获得特征的取值范围为水平，水平是因 素本身的不同条件和状态，是因素的取值范围或者大小。
[0019]进一步的，所述的步骤S3中，设计正交试验表的具体步骤为：
[0020]S31：确定优化指标为单位时间内岩屑的运移量；
[0021]S32：确定本次正交试验的因素与水平；设L为正交表符号；x表示行数即 试验的次数；m为因素水平数，范围为1～m；n为列数，表示影响结果的因素 个数；按照如下公式设计正交表：
[0022]L
x
(m
n
)；
[0023]正交试验表的每列都由相同的数字组成；任意两列横向形成的数字对出现的 次数相等；
[0024]S33：根据因素和水平选择正交试验表，若所选择的列数比因素的数量多时， 则让多余的列为空；
[0025]S34：列出试验条件，正交试验表的每行表示一次试验选择的方案。
[0026]按上述方案，所述的步骤S4中，具体步骤为：
[0027]S41：对试验结果进行观察分析，根据每一组试验的结果，直接找出最好的 试验条件；
[0028]S42：对实验结果进行极差分析，具体步骤为：
[0029]S421：计算各因素的相同水平试验结果之和；
[0030]S422：计算各因素的相同水平试验结果的平均值，比较各水平试验结果之和 的平均值的大小，值越大越好；以每个因素的实际取值顺序作为横坐标，以对应 于该水平所做试验的结果的平均值为纵坐标作趋势图；
[0031]S423：计算各列中相同水平试验结果之和的平均值的极差值；比较极差值的 大小，极差值大的因素表示在相同水平下该因素对结果的影响大，则该因素为主 要因素；
[0032]S43：利用正交试验表对试验结果进行方差分析，将总偏差平方和分解为各 个因素效应的偏差平方和与误差效应平方和，并固定在正交表的每一列上，计算 因素的平均变动和误差的平均变动，然后利用F检验法对因素进行显著性检验。
[0033]进一步的，所述的步骤S43中，具体步骤为：
[0034]S431：设y
k
为第k号试验条件组的实验结果，k＝1，2，3
…
，n；为n次试验 的平均值；f为自由度；T
ji
为因素j的第i个水平对应的试验结果之和， i＝1，2，3
…
m；则计算各列的偏差平方和S为：
[0035][0036][0037]S
e
＝S
T
‑
∑S
j
,f
e
＝f
T
‑
∑f
j
；
[0038]S432：计算方差V、方差比F和影响率ρ：
[0039]V
j
＝S
j
/f
j
，
[0040]V
e
＝S
e
/f
e
，
[0041]F
j
＝V
j
/V
e
，
[0042]ρ
j
＝S
′
j
/S
T
＝(S
‑
f
·
V
E
)/S
T
；
[0043]S433：列出包括偏差平方和S、自由度f、方差V、方差比F和影响率ρ的 方差分析表；从方差分析表中找出具有显著性的F
j
或较大的ρ
j
，则对应的因素 j即为对试验质量特性有最大、次大影响的因素，j＝A，B，C，
…
；根据T
ji
值找 出影响最大的因素j的最好水平，最终得出最好的因素水平组合。
[0044]按上述方案，所述的步骤S3中，具体步骤为：
[0045]若观察分析结果与极差分析结果一致，则判断找出了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于岩屑运移量的PDC钻头钻进参数的优化方法，其特征在于：包括以下步骤：S0：获取历史数据；S1：根据钻井实时工况，确定钻进过程的特征、标签和参数的取值，根据算法确定重要度靠前的参数；S2：根据最大互信息值法计算各个特征与标签的互信息值并排序，从而确定各个特征与标签之间的重要度，根据重要度选择从已有特征中选择若干个重要度大的特征以降低数据集维度、优化系统的特定指标；S3：根据步骤S2选出的特征数量及取值范围设计对应的正交试验表；利用正交试验法分析已选择的特征，通过正交试验表进行试验找出各个特征的最优搭配；S4：结合正交试验表的结果和问题采用包括观察分析、极差分析、方差分析的分析方法分析试验结果，确定最佳参数组合。2.根据权利要求1所述的一种基于岩屑运移量的PDC钻头钻进参数的优化方法，其特征在于：所述的步骤S1中，具体步骤为：S11：选择包括转速、岩石特性、井深、钻井液密度、钻井液喷出速度、钻压、井底温度的参数作为特征；S12：以单位时间内向井上运移的岩屑量作为标签；S13：获取在不同的转速、岩石特性、井深、钻井液密度、钻井液喷出速度、钻压、井底温度的情况下，单位时间内向井上运移的岩屑量。3.根据权利要求1所述的一种基于岩屑运移量的PDC钻头钻进参数的优化方法，其特征在于：所述的步骤S2中，具体步骤为：设a、b分别是在x、y方向上的划分格子的个数，形成网格分布；设B是变量，则最大互信息值的计算公式为：4.根据权利要求3所述的一种基于岩屑运移量的PDC钻头钻进参数的优化方法，其特征在于：所述的步骤S2中，具体步骤为：B的大小设置为数据量的0.6次方。5.根据权利要求1所述的一种基于岩屑运移量的PDC钻头钻进参数的优化方法，其特征在于：所述的步骤S3中，具体步骤为：在正交试验表中，称所选的特征为因素，因素是影响结果的原因；所获得特征的取值范围为水平，水平是因素本身的不同条件和状态，是因素的取值范围或者大小。6.根据权利要求5所述的一种基于岩屑运移量的PDC钻头钻进参数的优化方法，其特征在于：所述的步骤S3中，设计正交试验表的具体步骤为：S31：确定优化指标为单位时间内岩屑的运移量；S32：确定本次正交试验的因素与水平；设L为正交表符号；x表示行数即试验的次数；m为因素水平数，范围为1～m；n为列数，表示影响结果的因素个数；按照如下公式设计正交表：L
x
(m
n
)；正交试验表的每列都由相同的数字组成；任意两列横向形成的数字对出现的次数相等；S33：根据因素和水平选择正交试验表，若所选择的列数比因素的数量多时，则让多余
的列为空；S34：列出试验条件，正交试验表的每行表示一次试验选择的方案。7.根据权利要求1所述的一种基于岩屑运移量的PDC钻头钻进参数的优化方法，其特征在于：所述的步骤S4中，具体步骤为：S41：对试验结果进行观察分析，根据每一组试验的结果，直接找出最好的试验条件；S42：对实验结果进行极差分析，具体步骤为：S421：计算各因素的相同水平试验结果之和；S422：计算各因素的相同水平试验结果的平均值，比较各水平试验结果之和的平均值的大小，值越大越好；以每个因素的实际取值顺序作为横坐标，以对应于该水平所做试验的结果的平均值为纵坐标作趋势图；S423：计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：但斌斌，屈朋举，熊凌，陈刚，容芷君，牛清勇，王伟，邓思洪，龚昌运，杜涛，李国锋，蒋麒麟，赵慧，宋四化，乔瀚，朱潘蕾，代超，吕生，都李平，谭远平，方一飞，骆志承，冯鹏云，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：