CN112031749A - 一种油气钻探用钻头综合性能评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油气钻探用钻头综合性能评价方法，尤其适用于深井及超深井钻探作业，能够为钻头选型提供指导。方法包括：(1)收集某一油田所有已钻井的测井资料、录井资料及井史资料；(2)利用测井资料反推得到岩石力学参数，然后根据岩石力学参数将地层细分为微井段；(3)计算单只钻头进尺内各个微井段对应的比能及钻头指标，然后得到该钻头的综合性能系数；(4)统计同一层位内所有钻头的综合性能系数，据此推荐出最适合该层位的钻头。本发明综合考虑岩石力学性质、钻进参数对钻头钻进性能的影响，通过引入综合性能系数来评价钻头的优劣，针对不同地层推荐出各自的最优钻头，可为钻头选型提供合理的依据。

Description

一种油气钻探用钻头综合性能评价方法

技术领域

本发明涉及的是一种油气钻探用钻头综合性能评价方法，主要用于石油钻井工程领域。

背景技术

在钻井过程中，钻头与地层岩石直接接触，在一定钻压条件下，通过高速旋转不断切削岩石，从而达到破碎岩石的目的。钻头性能直接影响建井周期及井眼质量。合理的钻头性能评价对于钻头选型具有重要的指导意义。

目前，国内外钻头性能评价方法主要有三类：第一类是每米进尺成本法，该方法以钻头的每米钻井成本作为衡量钻头性能优劣的依据；第二类是比能法，该方法将钻头比能作为衡量钻头性能好坏的主要因素；第三类是综合指数法，该方法选择钻进参数指标和钻进效果指标来评价钻头性能。

上述三种评价方法均未考虑地层岩石力学性质对钻头性能的影响，而现场实践表明：钻头性能的好坏与所钻地层的岩石力学特性密切相关，因此，亟需研究出一种新的钻头性能评价方法，以提高钻头与地层间的适应性，为钻头选型提供理论依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油气钻探用钻头综合性能评价方法，以解决上述背景中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种油气钻探用钻头综合性能评价方法，包括如下步骤：

步骤1：收集某一油田区块内所有已钻井的测井资料、录井资料及井史资料；

步骤2：利用测井资料计算得到每口井对应的岩石力学参数剖面曲线，然后分别对每一口井，在不同地层层位内，将对应的井眼轨迹按岩石力学性质再进一步细分为多个微井段；

步骤3：统计同一层位地层所使用过的所有的钻头的型号，并计算这些钻头的综合性能系数，包括：

步骤3.1：计算在对应总进尺内，钻头在各个微井段中的机械比能：

式中，SE_Mi为钻头在总进尺内对应的第i段微井段的机械比能，WOB为钻压，BD为钻头半径，TVD井眼垂深，RPM为钻头转速，ROP为钻速；

步骤3.2：计算在对应总进尺内，钻头在各个微井段中的钻头指标：

式中，BI_i为钻头在总进尺内对应的第i段微井段的钻头指标；HHP、TQ、H分别代表钻头水功率、扭矩、总进尺；C₁、C₂、C₃为权重系数根据，根据现场实际需要设定，其和为1；下标为b代表当前所评价的钻头，下标为z代表当前层位所设定的标准钻头；

步骤3.3：计算钻头的综合性能系数：

式中，BI_RUN代表该钻头的综合性能系数，h为钻头总进尺内的对应的微井段的个数；

步骤4：统计同一层位地层所有使用过的钻头的综合性能系数，据此推荐出最适合该层位地层的钻头型号。

作为本发明进一步的方案：利用测井资料建立可钻性、硬度及抗压强度沿井深变化的剖面曲线，然后将费歇尔算法、投影寻踪法及遗传算法相结合来对可钻性、硬度及抗压强度剖面曲线进行有序聚类，从而将岩石力学相近的井段划分在同一微井段。

作为本发明进一步的方案：根据井史资料先将一口井按层位进行分层，然后将同一层位对应的井段进一步细分为微井段。

作为本发明进一步的方案：钻头的综合性能系数越大，表明钻头的综合性能越好，与地层的匹配性越好；反之，钻头与地层的匹配性越差。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、根据岩石力学特性，用数学算法将同一层位的地层进一步细分为多个微井段，然后计算钻头的综合性能系数，使得钻头性能评价更加合理；

2、充分考虑了钻进参数、钻进效果指标对钻头性能的影响；

3、能够根据现场实际需要，灵活配置钻头指标中权重系数，使得钻头性能评价更符合实际需要。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明实施例中，一种油气钻探用钻头综合性能评价方法，包括如下步骤：

步骤1：收集某一油田区块内所有已钻井的测井资料、录井资料及井史资料；

步骤2：利用测井资料计算得到每口井对应的岩石力学参数剖面曲线，然后分别对每一口井，在不同地层层位内，将对应的井眼轨迹按岩石力学性质再进一步细分为多个微井段；

步骤3：统计同一层位地层所使用过的所有的钻头的型号，并计算这些钻头的综合性能系数，包括：

步骤3.1：计算在对应总进尺内，钻头在各个微井段中的机械比能：

式中，SE_Mi为钻头在总进尺内对应的第i段微井段的机械比能，WOB为钻压，BD为钻头半径，TVD井眼垂深，RPM为钻头转速，ROP为钻速；

步骤3.2：计算在对应总进尺内，钻头在各个微井段中的钻头指标：

式中，BI_i为钻头在总进尺内对应的第i段微井段的钻头指标；HHP、TQ、H分别代表钻头水功率、扭矩、总进尺；C₁、C₂、C₃为权重系数根据，根据现场实际需要设定，其和为1；下标为b代表当前所评价的钻头，下标为z代表当前层位所设定的标准钻头；

步骤3.3：计算钻头的综合性能系数：

式中，BI_RUN代表该钻头的综合性能系数，h为钻头总进尺内的对应的微井段的个数；

步骤4：统计同一层位地层所有使用过的钻头的综合性能系数，据此推荐出最适合该层位地层的钻头型号。

利用测井资料建立可钻性、硬度及抗压强度沿井深变化的剖面曲线，然后将费歇尔算法、投影寻踪法及遗传算法相结合来对可钻性、硬度及抗压强度剖面曲线进行有序聚类，从而将岩石力学相近的井段划分在同一微井段。

根据井史资料先将一口井按层位进行分层，然后将同一层位对应的井段进一步细分为微井段。

钻头的综合性能系数越大，表明钻头的综合性能越好，与地层的匹配性越好；反之，钻头与地层的匹配性越差。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本发明中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本发明所述的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种油气钻探用钻头综合性能评价方法，包括以下步骤：

步骤1：收集某一油田区块内所有已钻井的测井资料、录井资料及井史资料；

步骤2：利用测井资料计算得到每口井对应的岩石力学参数剖面曲线，然后分别对每一口井，在不同地层层位内，将对应的井眼轨迹按岩石力学性质再进一步细分为多个微井段；

步骤3：统计同一层位地层所使用过的所有的钻头的型号，并计算这些钻头的综合性能系数，包括：

步骤3.1：计算在对应总进尺内，钻头在各个微井段中的机械比能：

式中，SE_Mi为钻头在总进尺内对应的第i段微井段的机械比能，WOB为钻压，BD为钻头半径，TVD井眼垂深，RPM为钻头转速，ROP为钻速；

步骤3.2：计算在对应总进尺内，钻头在各个微井段中的钻头指标：

式中，BI_i为钻头在总进尺内对应的第i段微井段的钻头指标；HHP、TQ、H分别代表钻头水功率、扭矩、总进尺；C₁、C₂、C₃为权重系数根据，根据现场实际需要设定，其和为1；下标为b代表当前所评价的钻头，下标为z代表当前层位所设定的标准钻头；

步骤3.3：计算钻头的综合性能系数：

式中，BI_RUN代表该钻头的综合性能系数，h为钻头总进尺内的对应的微井段的个数；

步骤4：统计同一层位地层所有使用过的钻头的综合性能系数，据此推荐出最适合该层位地层的钻头型号。

2.根据权利要求1所述的一种油气钻探用钻头综合性能评价方法，其特征在于，利用测井资料建立可钻性、硬度及抗压强度沿井深变化的剖面曲线，然后将费歇尔算法、投影寻踪法及遗传算法相结合来对可钻性、硬度及抗压强度剖面曲线进行有序聚类，从而将岩石力学性质相近的井段划分在同一微井段。

3.根据权利要求2所述的一种油气钻探用钻头综合性能评价方法，其特征在于，根据井史资料先将一口井按地层层位进行分层，然后将同一层位对应的井段进一步细分为微井段。

4.根据权利要求1所述的一种油气钻探用钻头综合性能评价方法，其特征在于，钻头的综合性能系数越大，表明钻头的综合性能越好，与地层的匹配性越好；反之，钻头与地层的匹配性越差。