钻头优选的属性层次模型及应用

在属性测度的基础上,通过分析判断准则和属性判断矩阵,建立了属性层次模型。该模型将属性识别理论和层次分析方法结合在一起,是一种新的无结构决策方法。将该方法应用于钻头优选技术中,研究了属性层次模型进行钻头优选的步骤和层次结构。结合大庆油田深井的钻井实际,基于该油田深井钻井使用数据库,利用所建立的模型对大庆油田的深井钻头进行了优选,以尚志地区为例进行了实际分析,给出了该地区钻头优选方案。     

基于工程地质一体化数据库的钻头优选应用实践

目前优选钻头的理论方法很多,优选方法各有特点,然而利用工程地质一体化数据库,进行优选钻头的方法国内却鲜有介绍,目前,国内随着中油油服钻井智能信息系统(EISS)在中石油的全面推广,该系统围绕井筒工程产生了大量与地层和钻头相关的数据,文章突破了传统钻头选型手段,建立了基于井筒工程大数据的一种全新的钻头优选方法,通过在GS-MX区块实践运用,有效提高了钻井效率,对其它工程参数的优选具有借鉴意义。     

人工神经网络在大庆深井钻头优选中的应用

针对大庆地区深井地层硬、温度高、倾角大等特点,将对深井钻速影响较大的12个因素作为输入层神经元,建立了人工神经网络优选钻头方法。该方法将钻头优选的定量方法和定性方法相结合,使钻头优选结果更加可靠。针对侏罗系地层高硬度、强研磨性等特点,研究并试验了几种特殊类型的钻头。根据对新型钻头钻井结果及以往大庆深井钻井所用钻头数据的统计分析,建立了大庆地区钻头应用情况数据库。在此基础上,应用人工神经网络法对大庆油田深井使用的钻头进行了优选,在大庆2口深井进行的现场试验表明,钻井速度提高了20%以上。     

参数化分析优选PDC钻头

PDC钻头的优选方法很多,但是都有待进一步完善。文中提出了一种参数化分析优选PDC钻头的方法,可以在现场结合钻头使用情况,分析PDC钻头的具体结构对钻头整体性能的影响,进一步提出钻头的优选方向和改进措施,是对现有PDC钻头优选方法的有效补充。通过建立相应的PDC钻头数据库,能够极大地提高对PDC钻头的认识,从而能够有针对性地改善PDC钻头的结构,更好地优选、制造PDC钻头。     

砂砾岩地层钻头合理选型研究及应用

莫里青地区所钻遇地层含砾岩层多,下部地层的岩石成岩性好,胶结致密,研磨性强,可钻性差,机械钻速较低,为提高该地区钻头的进尺和钻速,开展了钻头类型优化研究。利用测井资料和钻头使用资料相结合的方法,首先对该地区的测井资料进行处理分析,得出地层的抗压强度、抗剪强度、研磨性及可钻性等力学参数,然后根据已使用钻头情况,建立钻头数据库。利用钻头类型与地层之间的匹配关系模型,结合地质、测井和钻井资料进行钻头合理选型,得出了钻头优选结果,并进行了现场应用,取得了较好的效果。     

地层抗钻能力相似性评价及钻头选型新方法

综合考虑地层岩石抗钻特性、钻头工作条件、钻头使用效果及钻头经济效益,利用灰色关联分析理论对地层抗钻能力相似性进行评价,筛选出具有参考价值的备选钻头,然后通过构造绝对理想解、改变相对距离度量方法和引入熵权建立钻头综合性能评价新模型,进而计算备选钻头与理想钻头的贴近度并确定合理的钻头选型。研究表明,通过绝对理想解的构造、相对距离度量方法的改进及熵权的引入可以克服逼近理想解排序法(TOPSIS)无法绝对排序、存在逆序现象及权重设定不合理的固有缺陷,且计算简便、易于理解,对采用动态变化钻头数据库进行钻头选型具有很好的适应性;现场应用证明,采用钻头选型新方法优选出的钻头,在实际钻进中平均机械钻速大幅提高,钻头磨损率较低,与钻遇地层具有良好的配伍性,可作为油田优选高效、长寿及具有较好经济性钻头的技术手段。图7表2参27     

钻头主成分多层次模糊综合优选法研究与应用

如何优选出既与所钻地层相匹配又经济有效的钻头,以实现安全高效钻井,一直是国内外学者不懈努力的方向。提出了一种新的钻头主成分多层次模糊综合优选法,首先根据井史、完工报告等相关资料统计钻头使用参数,利用多种多参数钻头选型方法对钻头进行初选;之后,采用主成分分析理论与模糊优选理论相结合的方式,计算得到钻头选型的综合评价值,按照该评价值的大小顺序将与之对应的钻头型号进行推荐度排序。该方法采用系统层次分析的方式将钻头选型流程分为三层系统单元,评价指标权重采用主客观结合的方式确定。现场应用结果表明,该钻头选型方法合理有效,优选的钻头提速效果明显,现场推广和应用前景广阔,对于钻井提速增效具有重要意义。     

PDC钻头钻进过程的动态仿真

计算机软件模拟试验可对各种形式的PDC钻头在不同的岩层条件和钻井参数下进行试验。将井架、钻柱和钻头作为一个系统,建立了PDC钻头动力学模型,包括纵向振动、横向振动、扭转振动以及钻头与井壁碰撞模型。通过面向对象的编程方法,在Visual C6.0的环境下将模型实现为计算机软件。实例证明,仿真软件计算结果与PDC钻头实际工况吻合。利用该软件可在不同岩石性质和钻井参数下,对PDC钻头进行仿真,研究各种设计方案在钻进过程中的工作性能,进行分析对比,优选出较好的设计方案。     

高频扭转冲击器的PDC钻头适用性研究

在钻进深部硬质地层时,由于粘滑振动的存在,钻头经常出现剧烈的转速与扭矩波动,对钻进有很大的影响。基于高频扭转冲击器的工作特点,建立了入射波应力模型和系统的能量传递效率模型。通过对模型因素分析,优选PDC钻头适用性结构。研究结果表明:PDC钻头质量越小,高频扭转冲击器冲击速度越大,冲击器向PDC钻头传递的应力波随时间衰减的越慢;PDC钻头截面积越大,系统的能量传递效率越高;PDC钻头长度越长,沿途损失的能量越多,能量传递效率与长度近似成线性变化;由现场应用效果可知,高频扭转冲击器和优选的PDC钻头配合使用,提高机械钻速1倍以上。     

牙轮钻头传动比的计算模型

根据正交实验结果，考虑影响牙轮钻头传动比的主要因素，推导出了牙轮钻头传动比的计算模型。以实测传动比与计算传动比之差的绝对值为最小作为优选目标，采用两套L49（78）正交表构成内侧和外侧表，以待求系数作为假设的实验因素，安排模拟实验。用正交优选方法优选模型中的待求系数，确定了模型的定量关系。由该模型计算的牙轮钻头传动比值与实测值较接近。牙轮钻头传动比计算模型的建立，为牙轮钻头破岩机理分析及轴承设计提供了一定的理论依据。     

基于模式识别的钻头选型新方法

针对目前钻井过程中因钻头选型不合理、钻头与所钻地层不匹配,导致钻头使用效果差的问题,建立了一种基于模式识别的钻头选型新方法。利用模式识别理论,对已钻井地层及使用的钻头进行聚类分析,建立了地层-钻头标准模式,然后利用K-NN算法对待钻地层进行识别归类,通过地层-钻头标准模式即可选出最佳钻头。该方法在青海油田东坪、牛东区块的2口井中进行了钻头选型现场试验,给出了钻头优选方案,实钻数据表明,与未使用推荐钻头的邻井相比,2口井的钻速和进尺都有了很大提高,提速效果明显。研究结果表明,基于模式识别的钻头选型新方法既考虑了地层多种抗钻特性参数,又考虑了钻头使用效果,钻头优选方案更合理,可以更好地实现钻井提速提效的目的。      

鄂尔多斯盆地北部工区测井优选钻头技术与应用

利用已完钻测井资料和地质资料对工区地层强度特性进行评价,建立地层声波时差和岩石可钻性的定量关系,估算各层段的岩石可钻性级值,并对地层岩石可钻性进行分级与对比。根据可钻性级值和地层硬度、抗压强度等岩石力学参数及钻井工程情况,利用钻头优选方法,选择适应研究工区的钻头型号,对不同层位使用的钻头型号进行可行性分析和评价。通过几口井实际钻头选型的试验研究和应用,达到了提高机械钻速及钻头进尺,缩短钻井周期,降低钻井成本的目的。     

塔河油田托甫台区块深部地层钻头优选研究

在塔河油田区域钻井过程中,二叠系及以下地层机械钻速偏低、钻头磨损严重,制约了钻井效率和勘探开发质量。因此对该区域进行钻头优选,对于有针对性地制定钻井技术措施、形成优快钻井技术具有重要意义。在对塔河油田托甫台区块深部地层进行钻头优选时,采用分段优选方法,在表层采用机械钻速法,在深部地层运用主成分分析法。通过实例,应用Matlab软件对托甫台区块深部构造钻头进行了主成分分析,使用该方法优选出的钻头,其钻井周期比以往减少了7.22%,使用效果较好,节省了钻井成本,提高了钻井效率。     

地层硬度突增时PDC钻头黏滑振动分析

PDC钻头在钻遇软硬交错地层时,容易出现切削齿崩齿或损坏等情况。针对该问题,研究了在钻进过程中地层硬度突增时PDC钻头黏滑振动特性,建立了PDC钻头的扭转振动的扭摆模型。基于PDC单齿切削岩石及钻头处钻压的施加原理,建立了"钻头-岩石"相互作用模型,采用算例分析了地层硬度突增后PDC钻头处的扭矩及转速随时间的变化规律,并得出钻头转速波动的相轨迹。分析结果表明:在PDC钻头钻进过程中,当所钻地层硬度突增后,PDC钻头会出现扭转振动,表现为钻头运动的相轨迹收敛于稳定的椭圆形极限环,其振幅与突增后的岩石硬度成正比;当突增后岩石硬度较大时,会出现PDC钻头的黏滑振动,为一种稳定的自激振动;岩性的突变是造成PDC钻头黏滑振动的一个重要原因,而PDC钻头与岩石之间的非线性摩擦阻力是造成PDC钻头黏滑振动自激属性的根本原因。研究结果对钻井工程参数的优选及降本增效有很好的指导意义。     

基于PCA-BP的钻头优选方法与应用

涪陵页岩气勘探开发过程中,由于岩石可钻性差、硬度高等导致的机械钻速低问题越发突出。针对这一问题,文中建立了基于主成分分析与神经网络优选钻头类型的方法。首先,根据测井解释与地统计学原理,获得岩石抗钻参数纵向与横向的分布规律;然后,对现场钻头使用情况进行统计,确定钻头使用状况的表征参数,并根据主成分分析法的降阶原理对多维表征参数进行处理,获得综合表征参数;最后,利用BP神经网络建立岩石抗钻参数、地层层位和钻头类型与综合表征参数之间的映射关系,从而实现钻头类型优选。以焦石坝地区的现场资料进行实例分析,结果表明,该方法实用性强,能够满足工程实际需要。     

一种新的钻头优选方法-YH钻头优选法

探井所钻探的多为新区，资料及实践经验少，很难直接确定出合理的钻头型号及钻进参数。“ＹＨ钻头优选法”通过地层岩石可钻性建立新区地层与老区地层之间的联系，再根据老区钻井钻头的实钻数据优选适合新区的钻头型号。该方法不受实钻数据多少限制，并可对相同钻头的钻进参数进行比较分析，从而找到较合理的钻井参数。     

岩石抗钻能力界定新方法——五参数法

准确评价地层岩石力学特征参数是钻头优选的基础。对现场岩心进行室内实验,利用回归分析法建立岩石抗钻特性参数计算模型,考虑岩石物理性质、力学性质及孔隙特征对岩石抗钻特性参数的影响,兼顾钻头攻击性和耐磨性,根据不同声波时差与地层岩石硬度、内摩擦角、单轴抗压强度、研磨性级值及岩石可钻性级值之间的关系,应用归一化处理方法,建立了地层抗钻特性五参数雷达图,绘制并应用雷达图对X 油田渔洋组层段进行了钻头选型。结果表明:应用雷达图选出的钻头,平均进尺提高188%,平均机械钻速提高7%,平均纯钻时间提高160%,应用该方法进行钻头优选能够指导现场施工。     

利用数理统计方法对钻头进行优选及评价

结合实例介绍了应用数理统计进行钻头优选与评价的基本原理与步骤，该方法是通过哈得熏区块的大量钻井施工实践及钻头资料统计数据，利用数理统计原理构造合适的统计，选择适当的置信度，在钻井工程设计中对钻头类型及型号进行优选，预测钻头可能达到的使用指标，同时对钻头的使用效果进行分析与评价。利用这种统计学与实践经验相结合进行钻头选型的方法，可以达到提高机械钻速、减少井下钻头事故、降低钻井成本的目的。     

基于岩性识别的PDC钻头选型研究

分析了岩石力学参数的计算方法，介绍了单位进尺成本最低的PDC钻头选型原则，在此基础上编制了基于岩性识别的PDC钻头选型软件，软件根据测井数据计算岩石综合可钻性级值，以此作为参考从PDC钻头数据库中初选钻头，然后以每米成本最低作为依据优选钻头。计算实例表明，利用该软件可实现PDC钻头的科学快速选型。     

元坝陆相高压致密强研磨性地层钻井提速技术

针对元坝气田陆相深部自流井组和须家河组地层岩性致密、硬度高、研磨性强,牙轮钻头进尺少、寿命短,以及综合效益低的问题,通过分析地层的可钻性、钻头的破岩原理,结合现场实钻情况优选高效钻头,并根据钻头与钻井工具的合理匹配原则优选合适的动力钻具,进行了"进口孕镶金刚石钻头+高速涡轮"复合钻井技术、"国产孕镶金刚石钻头+高效特殊螺杆"复合钻井技术和牙轮-PDC混合式钻头钻井技术现场试验。以钻头每单位进尺消耗的比能作为选择钻头的依据,并应用盈亏平衡理论对3种钻井技术进行了经济评价。现场试验结果表明:高压致密强研磨性地层首选"国产孕镶金刚石钻头+高效特殊螺杆"钻井技术;砾石含量高的珍珠冲组地层推荐采用"进口孕镶金刚石钻头+高速涡轮"复合钻井技术;砂泥岩互层较多的高压致密地层推荐采用牙轮-PDC混合式钻头钻井技术。经济评价结果表明,元坝气田应用"国产孕镶金刚石钻头+高效特殊螺杆"钻井技术的经济效益最高,其次是牙轮-PDC混合式钻头钻井技术,"进口孕镶金刚石钻头+高速涡轮"复合钻井技术最差。