CN113252437B - 一种动态破岩效率评价方法 - Google Patents

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CN113252437B CN202110663955.5A CN202110663955A CN113252437B CN 113252437 B CN113252437 B CN 113252437B CN 202110663955 A CN202110663955 A CN 202110663955A CN 113252437 B CN113252437 B CN 113252437B
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Abstract

本发明公开了一种动态破岩效率评价方法，方法包括：采集目标地层岩样，并制备室内破岩实验所需岩样，并获得其岩石类型、岩石矿物组分，之后开展室内动态破岩实验；通过室内动态破岩实验获得钻头与岩石互作用破岩系统参数；通过能量计算方法计算破岩过程岩石破碎过程吸收的能量；通过动态破岩效率计算方法计算钻井过程的破岩效率；通过钻头与岩石互作用破岩系统数据优选方法评价不同钻井工况下破岩效率优化响应区间。本发明能够准确获得不同目标地层、不同钻井工况下的破岩效率，为钻井参数优化、钻井方式优选、井下工具设计、钻头设计、钻井提速及降本增效提供重要的指导和支撑作用，具有广阔应用前景。

Description

一种动态破岩效率评价方法
技术领域
本发明涉及及油气井工程领域，特别涉及一种动态破岩效率评价方法。
背景技术
随着油气资源需求量的逐年增加，开发难度较低的中浅层油气资源产量不断下降，油气勘探和开发从中浅层到深层、超深层，从中浅海到深海、超深海，从常规油气到非常规油气已成为全球油气勘探的必然趋势，特别是深层、超深层及非常规油气开发有着广阔前景。但是，在深部油气勘探开发中常常会遇到复杂难钻地层，导致机械钻速低、破岩效率低，严重影响深层油气资源的开发进程，此类地层具有高研磨性高、可钻性差、硬度高等特性，容易引起钻井成本高、周期长的挑战。
目前，针对破岩提速提效措施有多种。从空间布局上划分，钻速和钻井效率控制包括地面控制、井底控制及中间钻柱段的控制措施。地面控制措施包括井口往复系统、软扭矩系统、顶驱系统、大钩、转盘、防喷器等；中间钻井段则包括了水力振荡器、振动/冲击减振器、稳定器、钻铤/加重钻杆、井下扭矩离合工具井；井底控制包含了螺杆马达、涡轮、旋转导向系统钻头、轴向振动/冲击工具、周向振动/冲击工具、水力加压器、钻井介质、改变泥浆化学性能、水力喷射钻井、欠平衡钻井、控压钻井等。从作用原理上分，包括破岩方法、破岩工具、强化钻井参数提高钻速、随钻机械比能理论优化钻井、控制岩石应力状态、控制钻井液性能、钻柱振动监测控制及应用等。①破岩工具包括了轴向冲击器和周向冲击器，钻头的发展经历了刮刀钻头、牙轮钻头、PDC钻头、复合钻头、金刚石钻头等阶段。②强化钻井参数包括降低摩阻、水利加压器、螺杆和涡轮钻具。③随钻机械比能理论可以评价和优化钻井参数。④改变井底压力控制岩石应力状态。⑤控制钻井液性能改变井底岩石的润湿性。⑥钻柱振动控制技术的适应性不同，包括主动控制方法、被动控制方法、半主动控制方法，被动控制方法最成熟，应用最广。
不难发现，破岩提速提效措施的核心是在钻头与岩石互作用破岩过程，几乎所有措施都是在为钻压、转速、动态辅助加载及岩石强度状态提供直接或间接的措施，以期能够到达更好的破岩效果。实际的岩石破碎是在复杂的动态载荷作用下完成的，井下复杂振动环境诱因可以分成两个方面，一是主动施加工程措施造成的辅助振动破岩，二是钻柱或钻头运动不可避免的被动发生造成的。从井下的振动情况分析，无论是主动施加振动，还是被动发生的振动，在岩石动态破碎过程都是无法简单忽略的，在井下无法动态实时高速测量的情况下，建立地面的考虑钻头-岩石互作用动态破岩过程及动态破岩实验的破岩效率评价方法更加迫切，动态破岩效率评价为工程参数优化、钻井方式优化、现有工程技术合理利用、开发新的工程技术、新工具/工艺设计、降本增效提供重要的指导和支撑作用，为综合提速提效提供有力的指导。因此，对钻头-岩石互作用动态破岩系统进行动态破岩效率评价很有必要。
目前动态破岩效率评价方法主要是通过井口随钻比能优化破岩效率，但是钻柱振动、钻柱井壁接触碰撞、近钻头参数获取不准确、多参数完全耦合在一起不能对比优化等等问题都严重制约随钻机械比能的参考价值，同时机械比能无法明确定量化突出钻头破岩过程吸收的能量、机械钻速、钻井措施、及钻头岩石互作用破岩系统参数之间的响应关系。目前，还缺少一种专门针对钻头-岩石互作用动态破岩的破岩效率评价方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，公开了一种动态破岩效率评价方法，方法包括：采集目标地层岩样，并制备室内破岩实验所需岩样，并获得其岩石类型、岩石矿物组分，之后开展室内动态破岩实验；通过室内动态破岩实验获得钻头与岩石互作用破岩系统参数；通过能量计算方法计算破岩过程岩石破碎过程吸收的能量；通过动态破岩效率计算方法计算钻井过程的破岩效率；通过钻头与岩石互作用破岩系统数据优选方法评价不同钻井工况下破岩效率优化响应区间。本发明能够准确获得不同目标地层、不同钻井工况下的破岩效率，为钻井参数优化、钻井方式优选、井下工具设计、钻头设计、钻井提速及降本增效提供重要的指导和支撑作用，具有广阔应用前景。
为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：
为实现上述目的，采用的技术方案如下：
一种动态破岩效率评价方法，其特征在于，所述破岩效率评价方法包括以下步骤：
步骤S1：采集目标地层岩样，并制备室内破岩实验所需岩样，并获得破岩实验用的岩石类型、岩石矿物组分，开展室内动态破岩实验；
步骤S2：通过室内动态破岩实验获得钻头与岩石互作用破岩系统参数；
步骤S3：利用步骤S2中得到的破岩系统参数,通过能量计算方法计算破岩过程岩石破碎过程吸收的能量；
步骤S4：利用步骤S3中得到的破岩过程岩石破碎过程吸收的能量,通过动态破岩效率计算方法计算钻井过程的破岩效率；
步骤S5：通过钻头与岩石互作用破岩系统数据优选方法评价不同钻井工况下破岩效率优化响应区间。
所述步骤S2中，钻头与岩石互作用破岩系统参数包括钻头转速、钻头钻压、钻速、动态扭矩、静态钻头压入载荷、辅助振动破岩载荷力、辅助振动破岩载荷频率、辅助振动破岩载荷信号类型、辅助振动破岩加载方向、钻头三轴加速度、岩石三轴加速度、钻头进尺位移、钻头类型、钻头直径、切削齿个数、切削齿空间位置、切削齿倾角、切削齿直径、切削齿端面形状、岩石尺寸、岩石所受温度值或岩石所受压力值。
所述步骤S3中，能量计算方法根据以下公式确定：
Figure 981688DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 197906DEST_PATH_IMAGE002
；
Figure 18095DEST_PATH_IMAGE003
；
Figure 47275DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure 724244DEST_PATH_IMAGE005
；
Figure 99862DEST_PATH_IMAGE006
；
式中，
Figure 786058DEST_PATH_IMAGE007
—动态钻井过程岩石破碎吸收能量，J；
Figure 179999DEST_PATH_IMAGE008
—旋转动载荷破碎能，J；
Figure 231132DEST_PATH_IMAGE009
—轴向动载荷破碎能，J；
Figure 156363DEST_PATH_IMAGE010
—钻头动态钻压有效值，N；
Figure 69086DEST_PATH_IMAGE011
—钻头动态扭矩有效值，N∙m；
Figure 396162DEST_PATH_IMAGE012
—钻头动态转速有效值，rad/min；
Figure 618196DEST_PATH_IMAGE013
—时间为1至n，钻头动态钻压的平方值加和值；
Figure 765144DEST_PATH_IMAGE014
—时间为1至n，钻头动态扭矩的平方值加和值；
Figure 980093DEST_PATH_IMAGE015
—时间为1至n，钻头动态转速的平方值加和值；
Figure 99359DEST_PATH_IMAGE016
—钻井时间，min；
Figure 554611DEST_PATH_IMAGE017
—有效进尺，m；
Figure 142850DEST_PATH_IMAGE018
—传动比，未有传动机构时为1;
t—时间，s；
n—第n个时刻。
所述步骤S4中，动态破岩效率计算方法根据以下公式确定：
Figure 708960DEST_PATH_IMAGE019
其中，
Figure 682732DEST_PATH_IMAGE020
；
式中，
Figure 308886DEST_PATH_IMAGE021
—动态钻井过程破岩效率，m/(h*J)；
Figure 617376DEST_PATH_IMAGE007
—动态钻井过程岩石破碎吸收能量，J；
Figure 924861DEST_PATH_IMAGE022
—钻速，m/h；
Figure 81036DEST_PATH_IMAGE023
—起始段有效时间，s；
Figure 566506DEST_PATH_IMAGE024
—结束段有效时间，s。
所述步骤S5中，通过钻头与岩石互作用破岩系统数据优选方法评价不同钻井工况下破岩效率优化响应区间的方法根据以下步骤确定：
步骤S51：根据分析参数和分析目标构建目标参数的数据集
Figure 175342DEST_PATH_IMAGE025
，表达形式如下：
Figure 207889DEST_PATH_IMAGE026
其中，
Figure 218570DEST_PATH_IMAGE027
；
Figure 124209DEST_PATH_IMAGE028
；
Figure 908757DEST_PATH_IMAGE029
；
Figure 558044DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 688811DEST_PATH_IMAGE031
，
Figure 14619DEST_PATH_IMAGE032
为数据集中数据点定位控制参数；i为数据集中数据点的个数，v为第v个数据点；k为某一组合钻井破岩效率影响参数个数，m为第m个钻井破岩效率影响参数；t为时间，l为第l个时刻；
Figure 332468DEST_PATH_IMAGE033
代表某一组合钻井破岩效率影响参数下的第
Figure 785446DEST_PATH_IMAGE030
个破岩效率数据；
步骤S52：获得破岩效率数据集
Figure 459135DEST_PATH_IMAGE034
后，遍寻数据集
Figure 768893DEST_PATH_IMAGE034
中的最小值
Figure 511721DEST_PATH_IMAGE035
，表达式如下：
Figure 565128DEST_PATH_IMAGE036
；
步骤S53：获得
Figure 591859DEST_PATH_IMAGE037
之后，将所有数据进行数据幅值相对变化处理，保证在同一标准和量级下进行对比，获得数据集
Figure 10202DEST_PATH_IMAGE038
，表达式如下：
Figure 568222DEST_PATH_IMAGE039
；
步骤S54：采用数据集
Figure 848156DEST_PATH_IMAGE040
的相同处理方法，获得钻速的数据集
Figure 745705DEST_PATH_IMAGE041
，表达式如下：
Figure 397266DEST_PATH_IMAGE042
；
其中，
Figure 363954DEST_PATH_IMAGE043
为破岩评价过程钻速数据集；
Figure 759163DEST_PATH_IMAGE044
为破岩评价过程钻速数据集中的最小值；
步骤S55：根据数据集
Figure 511218DEST_PATH_IMAGE040
、数据集
Figure 333681DEST_PATH_IMAGE041
与钻井破岩效率影响因素进行对比，评价不同影响因素、破岩效率、钻速的耦合响应关系，由大到小依次提取不同影响因素下破岩效率前10组数据和钻速前10组数据，得到不同钻井工况下破岩效率优化响应区间。
所述步骤S51中，钻井破岩效率影响参数包括：钻头转速、钻头钻压、钻速、动态扭矩、静态钻头压入载荷、辅助振动破岩载荷力、辅助振动破岩载荷频率、辅助振动破岩载荷信号类型、辅助振动破岩加载方向、钻头三轴加速度、岩石三轴加速度、钻头进尺位移、钻头类型、钻头直径、切削齿个数、切削齿空间位置、切削齿倾角、切削齿直径、切削齿端面形状、岩石类型、岩石矿物组分、岩石尺寸、岩石所受温度值或岩石所受压力值。
所述步骤S55中，钻井破岩效率影响因素包括钻头转速、钻头钻压、动态扭矩、静态钻头压入载荷、辅助振动破岩载荷力、辅助振动破岩载荷频率、辅助振动破岩载荷信号类型、辅助振动破岩加载方向、钻头三轴加速度、岩石三轴加速度、钻头进尺位移、钻头类型、钻头直径、切削齿个数、切削齿空间位置、切削齿倾角、切削齿直径、切削齿端面形状、岩石类型、岩石矿物组分、岩石尺寸、岩石所受温度值或岩石所受压力值。
所述步骤S2中，钻头与岩石互作用破岩系统参数中动态采集参数包括钻头转速、钻头钻压、钻速、动态扭矩、辅助振动破岩载荷力、辅助振动破岩载荷频率、辅助振动破岩载荷信号类型、钻头三轴加速度、岩石三轴加速度或钻头进尺位移，参数数据采集频率不低于5120Hz。
所述步骤S2中，同步采集的每种破岩系统参数分成三个阶段，第一阶段为准备阶段，第二阶段为加载实验阶段，第三阶段为结束阶段。
本发明的有益效果：
本发明考虑钻头-岩石互作用动态破岩过程及动态破岩实验，建立一种专门针对钻头-岩石互作用动态破岩的破岩效率评价方法，本发明突出了钻头破岩过程吸收的能量、机械钻速、钻井措施、及钻头岩石互作用破岩系统参数之间的响应关系，克服了破岩效率评价指标不明确、破岩影响参数完全耦合在一起不能对比优化、破岩效率不准确的难题，为工程参数优化、钻井方式优化、现有工程技术合理利用、开发新的工程技术、新工具/工艺设计、降本增效提供重要的指导和支撑作用，为综合提速提效提供有力的指导，具有广阔应用前景。
附图说明
图1 为本发明一个实施例动态破岩效率评价方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
如图1所示，在本发明提供了一种动态破岩效率评价方法，包括如下步骤：
步骤S1，采集目标地层岩样，并制备室内破岩实验所需岩样，通过室内实验获得破岩实验用的岩石类型、岩石矿物组分，之后再开展室内动态破岩实验；
步骤S2，通过室内动态破岩实验获得钻头与岩石互作用破岩系统参数；
步骤S3：利用步骤S2中得到的破岩系统参数,通过能量计算方法计算破岩过程岩石破碎过程吸收的能量；
步骤S4：利用步骤S3中得到的破岩过程岩石破碎过程吸收的能量,通过动态破岩效率计算方法计算钻井过程的破岩效率；
步骤S5，通过钻头与岩石互作用破岩系统数据优选方法评价不同钻井工况下破岩效率优化响应区间。
其中，步骤S2中，钻头于岩石互作用破岩系统参数包括钻头转速、钻头钻压、钻速、动态扭矩、静态钻头压入载荷、辅助振动破岩载荷力、辅助振动破岩载荷频率、辅助振动破岩载荷信号类型、辅助振动破岩加载方向、钻头三轴加速度、岩石三轴加速度、钻头进尺位移、钻头类型、钻头直径、切削齿个数、切削齿空间位置、切削齿倾角、切削齿直径、切削齿端面形状、岩石尺寸、岩石所受温度值或岩石所受压力值。
步骤S2中，钻头与岩石互作用破岩系统参数中动态采集参数包括钻头转速、钻头钻压、钻速、动态扭矩、辅助振动破岩载荷力、辅助振动破岩载荷频率、辅助振动破岩载荷信号类型、钻头三轴加速度、岩石三轴加速度或钻头进尺位移，参数数据采集频率不低于5120Hz。
步骤S2中，同步采集的每种破岩系统参数分成三个阶段，第一阶段为准备阶段，第二阶段为加载实验阶段，第三阶段为结束阶段。
步骤S3中，能量计算方法根据以下公式确定：
Figure 289130DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 488030DEST_PATH_IMAGE002
；
Figure 94592DEST_PATH_IMAGE003
；
Figure 87956DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure 29236DEST_PATH_IMAGE005
；
Figure 31827DEST_PATH_IMAGE006
；
式中，
Figure 492895DEST_PATH_IMAGE007
—动态钻井过程岩石破碎吸收能量，J；
Figure 657160DEST_PATH_IMAGE008
—旋转动载荷破碎能，J；
Figure 598920DEST_PATH_IMAGE009
—轴向动载荷破碎能，J；
Figure 139623DEST_PATH_IMAGE010
—钻头动态钻压有效值，N；
Figure 455198DEST_PATH_IMAGE011
—钻头动态扭矩有效值，N∙m；
Figure 55943DEST_PATH_IMAGE012
—钻头动态转速有效值，rad/min；
Figure 706236DEST_PATH_IMAGE013
—时间为1至n，钻头动态钻压的平方值加和值；
Figure 50630DEST_PATH_IMAGE014
—时间为1至n，钻头动态扭矩的平方值加和值；
Figure 220711DEST_PATH_IMAGE015
—时间为1至n，钻头动态转速的平方值加和值；
Figure 992358DEST_PATH_IMAGE016
—钻井时间，min；
Figure 631412DEST_PATH_IMAGE017
—有效进尺，m；
Figure 513917DEST_PATH_IMAGE018
—传动比，未有传动机构时为1；
t—时间，s；
n—第n个时刻。
步骤S4中，动态破岩效率计算方法根据以下公式确定：
Figure 866401DEST_PATH_IMAGE045
其中有效钻速
Figure 746633DEST_PATH_IMAGE022
的处理方法如下：
首先通过全过程实验数据截取出有效破岩的数据段，去除无效的准备时间段数据，在该段有效破岩数据中位移数据是一段波动数据，但是由于采样频率高，为了消除波动对测量位移数据的干扰，需要准确分析有效破岩数据段的起始阶段和结束阶段的位移。分析起始阶段1s时间段的位移数据，求取1s内的平均值作为起始阶段位移，将起始阶段1s的中间时间点作为起始时间；以此类推，处理结束阶段1s时间段的位移数据，求取1s内的平均值作为结束阶段位移，将结束阶段1s的中间时间点作为结束时间，进而确定起始位移及时间和结束位移及时间，消除局部大幅振动干扰造成的钻井进尺和钻速。
起始阶段有效位移如下：
Figure 184567DEST_PATH_IMAGE046
结束阶段有效位移如下：
Figure 57714DEST_PATH_IMAGE047
有效进尺如下：
Figure 202388DEST_PATH_IMAGE048
有效钻速如下：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE049
式中，
Figure 4253DEST_PATH_IMAGE021
—动态钻井过程破岩效率，m/(h*J)；
Figure 929483DEST_PATH_IMAGE007
—动态钻井过程岩石破碎吸收能量，J；
Figure 91475DEST_PATH_IMAGE050
—钻速，m/h；
Figure DEST_PATH_IMAGE051
—起始段有效位移，m；
Figure 605501DEST_PATH_IMAGE052
—结束段有效位移，m；
Figure DEST_PATH_IMAGE053
—起始段瞬态位移，m；
Figure 561956DEST_PATH_IMAGE054
—结束段瞬态位移，m；
Figure 974483DEST_PATH_IMAGE023
—起始段有效时间，s；
Figure 690897DEST_PATH_IMAGE024
—结束段有效时间，s。
步骤S5中，通过钻头与岩石互作用破岩系统数据优选方法评价不同钻井工况下破岩效率优化响应区间的方法根据以下步骤确定：
步骤S51，根据分析参数和分析目标构建目标参数的数据集
Figure 872480DEST_PATH_IMAGE025
，表达形式如下：
Figure 265415DEST_PATH_IMAGE026
其中，
Figure 899659DEST_PATH_IMAGE027
；
Figure 652720DEST_PATH_IMAGE028
；
Figure 954388DEST_PATH_IMAGE029
；
Figure 518225DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 639765DEST_PATH_IMAGE031
，
Figure 697982DEST_PATH_IMAGE032
为数据集中数据点定位控制参数；i为数据集中数据点的个数，v为第v个数据点；k为某一组合钻井破岩效率影响参数个数，m为第m个钻井破岩效率影响参数；t为时间，l为第l个时刻；
Figure 854156DEST_PATH_IMAGE033
代表某一组合影响参数（钻头转速、钻头钻压、钻速、动态扭矩、静态钻头压入载荷、辅助振动破岩载荷力、辅助振动破岩载荷频率、辅助振动破岩载荷信号类型、辅助振动破岩加载方向、钻头三轴加速度、岩石三轴加速度、钻头进尺位移、钻头类型、钻头直径、切削齿个数、切削齿空间位置、切削齿倾角、切削齿直径、切削齿端面形状、岩石类型、岩石矿物组分、岩石尺寸、岩石所受温度值或岩石所受压力值）下的第
Figure 651211DEST_PATH_IMAGE030
个破岩效率数据。
步骤S52：获得破岩效率数据集
Figure 197730DEST_PATH_IMAGE034
后，遍寻数据集
Figure DEST_PATH_IMAGE055
中的最小值
Figure 292594DEST_PATH_IMAGE035
，表达式如下：
Figure 240958DEST_PATH_IMAGE056
；
步骤S53：获得
Figure 208914DEST_PATH_IMAGE037
之后，将所有数据进行数据幅值相对变化处理，保证在同一标准和量级下进行对比，获得数据集
Figure 993462DEST_PATH_IMAGE038
，表达式如下：
Figure 705066DEST_PATH_IMAGE039
；
步骤S54：采用数据集
Figure 507937DEST_PATH_IMAGE040
的相同处理方法，获得钻速的数据集
Figure 646794DEST_PATH_IMAGE041
，表达式如下：
Figure 417173DEST_PATH_IMAGE057
；
其中，
Figure 870151DEST_PATH_IMAGE043
为破岩评价过程钻速数据集；
Figure 589845DEST_PATH_IMAGE044
为破岩评价过程钻速数据集中的最小值。
步骤S55：根据数据集
Figure 588019DEST_PATH_IMAGE040
、数据集
Figure 596427DEST_PATH_IMAGE041
与钻井破岩效率影响因素（钻头转速、钻头钻压、动态扭矩、静态钻头压入载荷、辅助振动破岩载荷力、辅助振动破岩载荷频率、辅助振动破岩载荷信号类型、辅助振动破岩加载方向、钻头三轴加速度、岩石三轴加速度、钻头进尺位移、钻头类型、钻头直径、切削齿个数、切削齿空间位置、切削齿倾角、切削齿直径、切削齿端面形状、岩石类型、岩石矿物组分、岩石尺寸、岩石所受温度值或岩石所受压力值）进行对比，评价不同影响因素、破岩效率、钻速的耦合响应关系，由大到小依次提取不同影响因素下破岩效率前10组数据和钻速前10组数据，得到不同钻井工况下破岩效率优化响应区间。
本发明公开了一种动态破岩效率评价方法，方法包括：采集目标地层岩样，并制备室内破岩实验所需岩样，并获得其岩石类型、岩石矿物组分，之后开展室内动态破岩实验；通过室内动态破岩实验获得钻头与岩石互作用破岩系统参数；通过能量计算方法计算破岩过程岩石破碎过程吸收的能量；通过动态破岩效率计算方法计算钻井过程的破岩效率；通过钻头与岩石互作用破岩系统数据优选方法评价不同钻井工况下破岩效率优化响应区间。本发明能够准确获得不同目标地层、不同钻井工况下的破岩效率，为钻井参数优化、钻井方式优选、井下工具设计、钻头设计、钻井提速及降本增效提供重要的指导和支撑作用，具有广阔应用前景。
至此，本领域技术人员认识到，虽然本文已详尽展示和描述了本发明的实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导符合本发明原理的许多其他变形或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变形或修改。

Claims (9)

1.一种动态破岩效率评价方法，其特征在于，所述破岩效率评价方法包括以下步骤：
步骤S1：采集目标地层岩样，并制备室内破岩实验所需岩样，并获得破岩实验用的岩石类型、岩石矿物组分，开展室内动态破岩实验；
步骤S2：通过室内动态破岩实验获得钻头与岩石互作用破岩系统参数；
步骤S3：利用步骤S2中得到的破岩系统参数,通过能量计算方法计算破岩过程岩石破碎过程吸收的能量；
步骤S4：利用步骤S3中得到的破岩过程岩石破碎过程吸收的能量,通过动态破岩效率计算方法计算钻井过程的破岩效率；
步骤S5：通过钻头与岩石互作用破岩系统数据优选方法评价不同钻井工况下破岩效率优化响应区间。
2.如权利要求1所述的一种动态破岩效率评价方法，其特征在于，所述步骤S2中，钻头与岩石互作用破岩系统参数包括钻头转速、钻头钻压、钻速、动态扭矩、静态钻头压入载荷、辅助振动破岩载荷力、辅助振动破岩载荷频率、辅助振动破岩载荷信号类型、辅助振动破岩加载方向、钻头三轴加速度、岩石三轴加速度、钻头进尺位移、钻头类型、钻头直径、切削齿个数、切削齿空间位置、切削齿倾角、切削齿直径、切削齿端面形状、岩石尺寸、岩石所受温度值或岩石所受压力值。
3.如权利要求1所述的一种动态破岩效率评价方法，其特征在于，所述步骤S3中，能量计算方法根据以下公式确定：
Figure 635223DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；
Figure 412686DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；
Figure 80297DEST_PATH_IMAGE006
；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；
式中，
Figure 998837DEST_PATH_IMAGE008
—动态钻井过程岩石破碎吸收能量，J；
Figure DEST_PATH_IMAGE009
—旋转动载荷破碎能，J；
Figure 793617DEST_PATH_IMAGE010
—轴向动载荷破碎能，J；
Figure DEST_PATH_IMAGE011
—钻头动态钻压有效值，N；
Figure 674854DEST_PATH_IMAGE012
—钻头动态扭矩有效值，N∙m；
Figure DEST_PATH_IMAGE013
—钻头动态转速有效值，rad/min；
Figure 264099DEST_PATH_IMAGE014
—时间为1至n，钻头动态钻压的平方值加和值；
Figure DEST_PATH_IMAGE015
—时间为1至n，钻头动态扭矩的平方值加和值；
Figure 997831DEST_PATH_IMAGE016
—时间为1至n，钻头动态转速的平方值加和值；
Figure DEST_PATH_IMAGE017
—钻井时间，min；
Figure 330723DEST_PATH_IMAGE018
—有效进尺，m；
Figure DEST_PATH_IMAGE019
—传动比，未有传动机构时为1；
t—时间，s；
n—第n个时刻。
4.如权利要求1所述的一种动态破岩效率评价方法，其特征在于，所述步骤S4中，动态破岩效率计算方法根据以下公式确定：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
其中，
Figure 4150DEST_PATH_IMAGE022
；
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
—动态钻井过程破岩效率，m/(h*J)；
Figure 792326DEST_PATH_IMAGE008
—动态钻井过程岩石破碎吸收能量，J；
Figure 59359DEST_PATH_IMAGE024
—钻速，m/h；
Figure DEST_PATH_IMAGE025
—起始段有效时间，s；
Figure 930363DEST_PATH_IMAGE026
—结束段有效时间，s。
5.如权利要求1所述的一种动态破岩效率评价方法，其特征在于，所述步骤S5中，通过钻头与岩石互作用破岩系统数据优选方法评价不同钻井工况下破岩效率优化响应区间的方法根据以下步骤确定：
步骤S51：根据分析参数和分析目标构建目标参数的数据集
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，表达形式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE029
其中，
Figure 786193DEST_PATH_IMAGE030
；
Figure DEST_PATH_IMAGE031
；
Figure 982819DEST_PATH_IMAGE032
；
Figure 159984DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 100259DEST_PATH_IMAGE036
为数据集中数据点定位控制参数；i为数据集中数据点的个数，v为第v个数据点；k为某一组合钻井破岩效率影响参数个数，m为第m个钻井破岩效率影响参数；t为时间，l为第l个时刻；
Figure DEST_PATH_IMAGE037
代表某一组合钻井破岩效率影响参数下的第
Figure 810594DEST_PATH_IMAGE038
个破岩效率数据；
步骤S52：获得破岩效率数据集
Figure DEST_PATH_IMAGE039
后，遍寻数据集
Figure 912543DEST_PATH_IMAGE039
中的最小值
Figure 154168DEST_PATH_IMAGE040
，表达式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE041
；
步骤S53：获得
Figure 383286DEST_PATH_IMAGE042
之后，将所有数据进行数据幅值相对变化处理，保证在同一标准和量级下进行对比，获得数据集
Figure DEST_PATH_IMAGE043
，表达式如下：
Figure 698861DEST_PATH_IMAGE044
；
步骤S54：采用数据集
Figure DEST_PATH_IMAGE045
的相同处理方法，获得钻速的数据集
Figure 486558DEST_PATH_IMAGE046
，表达式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE047
；
其中，
Figure 887583DEST_PATH_IMAGE048
为破岩评价过程钻速数据集；
Figure DEST_PATH_IMAGE049
为破岩评价过程钻速数据集中的最小值；
步骤S55：根据数据集
Figure 920392DEST_PATH_IMAGE045
、数据集
Figure 418370DEST_PATH_IMAGE046
与钻井破岩效率影响因素进行对比，评价不同影响因素、破岩效率、钻速的耦合响应关系，由大到小依次提取不同影响因素下破岩效率前10组数据和钻速前10组数据，得到不同钻井工况下破岩效率优化响应区间。
6.如权利要求5所述的一种动态破岩效率评价方法，其特征在于，所述步骤S51中，钻井破岩效率影响参数包括：钻头转速、钻头钻压、钻速、动态扭矩、静态钻头压入载荷、辅助振动破岩载荷力、辅助振动破岩载荷频率、辅助振动破岩载荷信号类型、辅助振动破岩加载方向、钻头三轴加速度、岩石三轴加速度、钻头进尺位移、钻头类型、钻头直径、切削齿个数、切削齿空间位置、切削齿倾角、切削齿直径、切削齿端面形状、岩石类型、岩石矿物组分、岩石尺寸、岩石所受温度值或岩石所受压力值。
7.如权利要求5所述的一种动态破岩效率评价方法，其特征在于，所述步骤S55中，钻井破岩效率影响因素包括钻头转速、钻头钻压、动态扭矩、静态钻头压入载荷、辅助振动破岩载荷力、辅助振动破岩载荷频率、辅助振动破岩载荷信号类型、辅助振动破岩加载方向、钻头三轴加速度、岩石三轴加速度、钻头进尺位移、钻头类型、钻头直径、切削齿个数、切削齿空间位置、切削齿倾角、切削齿直径、切削齿端面形状、岩石类型、岩石矿物组分、岩石尺寸、岩石所受温度值或岩石所受压力值。
8.如权利要求1所述的一种动态破岩效率评价方法，其特征在于，所述步骤S2中，钻头与岩石互作用破岩系统参数中动态采集参数包括钻头转速、钻头钻压、钻速、动态扭矩、辅助振动破岩载荷力、辅助振动破岩载荷频率、辅助振动破岩载荷信号类型、钻头三轴加速度、岩石三轴加速度或钻头进尺位移，参数数据采集频率不低于5120Hz。
9.如权利要求1所述的一种动态破岩效率评价方法，其特征在于，所述步骤S2中，同步采集的每种破岩系统参数分成三个阶段，第一阶段为准备阶段，第二阶段为加载实验阶段，第三阶段为结束阶段。
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