CN110889224A - 一种石油钻探用钻头的优选方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石油钻探用钻头的优选方法，涉及钻井技术领域，解决钻头选型准确率低导致的钻井效率低、成本高的问题，包括以下步骤：获取指定地层中所使用的n种钻头的多次使用参数；对每一种钻头的平均机械钻速V_i和平均进尺L_i进行运算；以平均机械钻速V_i和平均进尺L_i作为笛卡尔坐标系的横纵坐标，将每一种钻头的参数呈现在坐标系中；利用黄金分割法得到优化函数曲线；将优化函数曲线呈现在坐标系中，选取坐标系中优化曲线上方的点所对应的钻头型号为优选钻头型号；本发明以全部使用钻头的钻速和钻距作为两个核心评价指标，应用黄金分割法求得优化曲线进行钻头优选区分，可有效提高钻头选型的准确性和效率，实施性和实用性强，便于操作和推广。

Description

一种石油钻探用钻头的优选方法

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井技术领域，具体地涉及一种石油钻探用钻头的优选方法，用于石油钻探时不同地层中钻头的选型。

背景技术

在钻井过程中，钻头是破碎岩石的主要工具，井眼是由钻头破碎岩石而形成的。一个井眼形成得好坏，所用时间的长短，除与所钻地层岩石的特性和钻头本身的性能有关外，更与钻头和地层之间的相互匹配程度有关。钻头的合理选型对提高钻进速度、降低钻井综合成本起着重要作用。

目前,现有的钻头选型方法有如下几种：1.通过钻头钻进过程中的各种参数，模拟一个虚拟强度然后再与预期值相比较来判断钻头与地层的匹配性，从而达到钻头选型的目的。2.通过分析岩屑中元素的含量评价岩石的可钻性，再通过经验选取适合钻进当前地层的钻头，从而达到钻头选型的目的3.通过岩石力学参数对地层进行分层，根据钻进的目的与要求确定所需钻头的各种参数，再与邻井和库存钻头结构参数进行对比，选出所需钻头，达到选型的目的。4.通过对钻头的使用参数进行分析，对钻头进行评价运算以得到多参数评价指标值矩阵及单参数评价指标值矩阵，由评价指标值矩阵来对钻头进行选型。

然而通过上述的钻头选型方法得到的选型结果存在地层针对性较差，数据支撑性不强，应用可靠性不足的缺陷，且大多选型方法是偏向理论性的方法对实际的钻井作业过程中的指导性不足，因此在钻头选型时，选出来的钻头不是最合理的，钻头的选型准确率低，并进一步造成钻井效率低、钻井成本高等问题。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决现有钻头的选型准确率低，并导致钻井效率低、钻井成本高的问题，本发明提供一种实用性和指导性强的钻头优选方法。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：一种石油钻探用钻头的优选方法，包括以下步骤：

步骤1：获取并统计指定地层中已使用的n种钻头的多次使用参数；

步骤2：根据所述使用参数中的机械钻速和进尺，分别对每一种钻头的平均机械钻速V_i和平均进尺L_i进行运算；

步骤3：以平均机械钻速V_i和平均进尺L_i这两个评价指标作为笛卡尔坐标系的横坐标和纵坐标，将每一种钻头的平均机械钻速V_i和平均进尺L_i呈现在坐标系中；

步骤4:利用黄金分割法得到优化函数曲线；

步骤5：将优化函数曲线呈现在坐标系中，选取坐标系中优化曲线上方的点所对应的钻头型号为优选钻头型号。

优选地，所述利用黄金分割法得到优化函数曲线的过程为：首先，依据指定地层中每一种钻头的平均机械钻速V_i和平均进尺L_i，求得指定地层中所有钻头的平均进尺L_P和平均机械钻速V_p，公式如下：

然后，对平均进尺L_P和平均机械钻速V_p这两项评价指标值相乘以进行指标增效，结合黄金比例分割系数求优化曲线常数M，其数学表达式为：

其中：α为调节系数，调节钻头选型要求的高低，α的取值范围为1≤α≤1.62，以此限制M的取值在L_pV_p至

之间；

最后，令X×Y＝M得到优化函数曲线。

优选地，每一种钻头的平均机械钻速V_i的数学表达式为：

每一种钻头的平均进尺L_i的数学表达式为：

其中：m为此种钻头在指定地层的应用次数，V_j为此种钻头的单次机械钻速，L_j为此种钻头的单次进尺。

优选地，所述使用参数还包括钻压、排量、泵压和钻井液密度；经过优选后，将优选钻头型号的各项使用参数以表格形式呈现。

本发明的有益效果如下：

1.本发明通过获取并统计指定地层中所使用的多种钻头的使用参数，然后以全部使用钻头的钻速和进尺作为两个核心评价指标，取反应多种钻头集中趋势的算数平均值，并应用黄金分割法求得优化曲线进行钻头优选区分，并最终通过坐标系直观体现优选结果，有效提高钻头选型的准确性，且在实际应用中实施性和实用性强，便于操作和推广，能够有效提高钻头选型的效率，应用前景广阔；

2.本发明的优选结果以大量钻头实际使用参数做支撑，相比其他理论性选型方法，本发明的选型结果针对性更强，可靠性更高；

3.本发明的钻头的选型结果通过坐标系中的散点与黄金分割优化曲线可视化的表现出来，效果直观简单，并且将钻头在钻进过程中的重要参数以表格形式给出，其指导的直观性更为突出。

附图说明

图1是本发明实施例中的钻头选型方法的流程示意图；

图2是图1中利用黄金分割法得到优化函数曲线的流程示意图；

图3是本发明实施例中步骤3的坐标系；

图4是本发明实施例中步骤5得出的优化函数曲线；

图5是本发明实施例中优选钻头使用参数的表格形式示例。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1至图5所示，本实施例提供一种石油钻探用钻头的优选方法，包括以下步骤：

步骤1：获取并统计指定地层中已使用的n种钻头的多次使用参数；

在本实施例中，可以根据某一地区指定地层的井史或完工报告相关资料，获取并统计指定地层中各种型号钻头的使用参数，将全部获取并统计的钻头作为待评价钻头，而作为目前更优选地实施方式，可以通过钻井大数据平台或数据库获取各种型号钻头的使用参数，通过大数据平台获取钻头的使用参数便于后续可通过计算机快速统计、计算及结果显示，进一步加快选型速度，更加充分的体现本发明的选型方法的优势。而本领域普通技术人员均理解：大数据平台是以存储、运算、展现作为目的的平台，从各种各样类型的数据中，快速获得有价值信息的能力。存储数据，按程序设定分析数据是大数据平台的最基础功能，将海量钻头使用参数上传大数据平台，选型时通过大数据平台获取钻头使用参数，更加快捷、准确。大数据存储平台属于现有技术，其结构及搭建属于本领域技术人员已知的技术，在此不在赘述。

在本实施例中，由于不同地区的地质特点不同，且同一地区不同地层的地质特点也会不同，应对不同地区不同地层的地质特点，选择适合型号的钻头，才能最大程度发挥钻头作用，所以本发明实施例所述的钻头选型方法针对的是指定地层。

在本实施例中，使用参数包括每种型号钻头的机械钻速、进尺、钻压、排量、泵压和钻井液密度(具体参数包含但不限于上述所举例的参数)。

步骤2：根据所述使用参数中的机械钻速和进尺，分别对每一种钻头的平均机械钻速V_i和平均进尺L_i进行运算；

需要说明的是，每一种钻头的平均机械钻速V_i为多个此种型号钻头在指定地层的钻速的算数平均值，其数学表达式为：

每一种钻头的平均进尺L_i为多个此种型号钻头在指定地层的进尺的算数平均值，其数学表达式为：

其中，m为此种钻头在指定地层的使用数量，V_j为此种钻头的单次机械钻速，L_j为此种钻头的单次进尺，即使相同型号的钻头在同一指定地层钻进，其单次进尺和机械钻速也均会有不同，所以取其算数平均值作为评价指标。

步骤3：以平均机械钻速V_i和平均进尺L_i这两个评价指标作为笛卡尔坐标系的横坐标和纵坐标，将每一种钻头的平均机械钻速V_i和平均进尺L_i呈现在坐标系中；

如图3所示，在本实施例中，以15种不同型号的钻头在指定地层的选型为例，每种型号钻头使用数量为10支，运算得出每一种钻头的平均机械钻速V_i和平均进尺L_i，并体现在笛卡尔坐标系中。

步骤4:利用黄金分割法得到优化函数曲线；

在本实施例中，利用黄金分割法得到优化函数曲线的过程如下：

首先，依据步骤3中求得的指定地层中每一种钻头的平均机械钻速V_i和平均进尺L_i，求得指定地层中所有钻头的平均进尺L_P和平均机械钻速V_p，公式如下：

其中n即为钻头种类数，本实施例中为15，即

然后，对平均进尺L_P和平均机械钻速V_p这两项评价指标值相乘以进行指标增效，结合黄金比例分割系数求优化曲线常数M，其数学表达式为：

其中：α为调节系数，调节钻头选型要求的高低，α的取值范围为1≤α≤1.62，以此限制M的取值在L_pV_p至

之间。

最后，令X×Y＝M得到优化函数曲线。

其中，α的取值越小，则常数M的值越大，所得优化函数曲线在坐标系中越向右上方偏移，选型越严格。

步骤5：步骤4得到的优化函数曲线呈现在坐标系中，选取坐标系中优化曲线上方的点所对应的钻头型号为优选钻头型号。如图4所示，在本实施例中，标识为VT15的钻头为优选钻头。

作为本实施例的进一步优选地实施方式，如附图5所示，选出优选钻头后，将优选钻头型号的各项使用参数以表格形式呈现，以对实际钻井提供更为实质性、直观性参考。

需要进一步说明的是，本领域普通技术人员可以很容易的理解：实现上述实施例的步骤的运算、选型、显示均可以通过计算机单独或在大数据平台完成。本实施例中未包含未知的运算法也未对大数据库进行实质性改进，本领域技术人员根据现有的大数据平台搭建技术以及普通的常用的计算机运算程序结合本发明的选型方法即可很容易的实现计算机运算选型，进一步提高选型速度，发挥本发明的选型优势，在此不再对现有的计算机运算做赘述。

Claims (4)

1.一种石油钻探用钻头的优选方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取并统计指定地层中已使用的n种钻头的多次使用参数；

步骤2：根据所述使用参数中的机械钻速和进尺，分别对每一种钻头的平均机械钻速V_i和平均进尺L_i进行运算；

步骤3：以平均机械钻速V_i和平均进尺L_i这两个评价指标作为笛卡尔坐标系的横坐标和纵坐标，再将每一种钻头的平均机械钻速V_i和平均进尺L_i呈现在坐标系中；

步骤4:利用黄金分割法得到优化函数曲线；

步骤5：将优化函数曲线呈现在坐标系中，选取坐标系中优化曲线上方的点所对应的钻头型号为优选钻头型号。

2.根据权利要求1所述的一种石油钻探用钻头的优选方法，其特征在于：所述利用黄金分割法得到优化函数曲线的过程为：

依据指定地层中每一种钻头的平均机械钻速V_i和平均进尺L_i，求得指定地层中所有钻头的平均进尺L_P和平均机械钻速V_p，公式如下：

对平均进尺L_P和平均机械钻速V_p这两项评价指标值相乘以进行指标增效，结合黄金比例分割系数求优化曲线常数M，其数学表达式为：

其中：α为调节系数，调节钻头选型要求的高低，α的取值范围为1≤α≤1.62，以此限制M的取值在L_pV_p至

之间；

令X×Y＝M得到优化函数曲线。

3.根据权利要求1所述的一种石油钻探用钻头的优选方法，其特征在于：所述每一种钻头的平均机械钻速V_i的数学表达式为：

每一种钻头的平均进尺L_i的数学表达式为：

其中：m为此种钻头在指定地层的使用次数，V_j为此种钻头的单次机械钻速，L_j为此种钻头的单次进尺。

4.根据权利要求1所述的一种石油钻探用钻头的优选方法，其特征在于：所述使用参数还包括钻压、排量、泵压和钻井液密度；经过优选后，将优选钻头型号的各项使用参数以表格形式呈现。

Images