钻头优选的TOPSIS法

在评述目前选择钻头方法的基础上，提出了ＴＯＰＳＩＳ法评选钻头。该方法具有限制条件少，应用灵活方便等特点，并详细地介绍了该方法的原理和计算步骤，同时运用油田的实钻资料进行了计算。结果表明，该方法计算简便，结果与现场实际相符，便于现场应用。     

利用测井资料进行金刚石钻头设计和选型

在弹性力学理论基础上，建立起预测岩石力学特性的数学模型以及金刚石钻头设计参数的计算模型，并利用现场测井资料对金刚石钻头设计参数（保径材料、水力结构、切削齿尺寸、布齿密度以及钻头剖面）进行了分析研究，针对地层岩性特点优化钻头设计，并相应地推荐了适用的钻头型号。现场应用表明，利用该方法设计制造的钻头能显著提高钻速，降低钻井成本，社会和经济效益显著     

三牙轮钻头系统可靠性的预测与评估

利用三牙轮钻头的设计、加工及现场使用的数据资料，建立了三牙轮钻头系统故障树。在对系统故障树进行定性和定量分析计算的基础上，运用可靠性技术和数理统计等有关知识，对三牙轮钻头系统可靠性进行了预测与评估，并建立了牙轮钻头现场使用数据库。在评估过程中采用加权系数和补偿系数的方法，使得对三牙轮钻头可靠性的评估更具有实用性。在对钻头进行评估的同时，还可以及时发现三牙轮钻头在设计、制造及现场应用中存在的问题。     

空气钻井最小流量计算方法

应用气体状态方程、热力学定律对空气钻井中各个流动参数进行分析，重点讨论储层流体涌入时空气钻井过程中最小空气流量的确定，以及立管注入压力和钻头喷嘴压力等问题。建立了钻头上喷嘴压力的计算模型，根据所建立的模型编制计算软件，可以较准确地计算管柱内压力以及空气钻井需要的最小流量，同时该模型还考虑了储层流体的涌入。结合现场实践，对该模型进行了分析修正，以期达到指导现场实际空气钻井施工的目的。     

主成分钻头评价方法在中原油田的应用

应用主成分分析方法通过对大量钻头使用资科分析，根据每米成本、进尺、机械钻速和井深四个因素构建综合指标来评价钻头的使用效果，该方法与钻头每米成本评价方法总体是一致的，但又体现了钻头带来的潜在利益。利用该方法对中原油田濮城区块的沙河街组地层所使用的钻头型号进行了评价优选，并评价出其中使用效果较好的几种钻头，经过现场初步应用，取得较好效益。     

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。     

神经网络在钻头选型中的应用研究

分析了现场采用的钻头定性和定量选型方法的不足，提出了一种新的钻头综合选型方法，并详细地论述了其优选过程以及对应的神经网络算法。该方法在辽河油田和四川油田两地区的应用结果表明，其优选结果与已钻井使用效果最好的钻头型号的符合率达１００％。     

基于岩石抗钻特性的BP神经网络钻头选型方法

地层岩石抗钻特性是影响钻头使用效果最重要的一个因素,传统的钻头选型方法大多只是定性分析地质层位和钻头的对应关系,定量地计算分析岩石抗钻特性与钻头使用效果之间的关系较少。在分析现有钻头选型方法的基础上,提出一种基于岩石抗钻特性的BP神经网络钻头选型方法,并在大港油田进行了应用。首先基于测井资料和室内实验建立大港油田地层抗钻特性评价模型,并且利用模型计算得到的岩石力学参数数据和现场钻头使用数据编码成神经网络学习样本,然后建立完钻井地层抗钻特性和对应最佳钻头类型的BP神经网络模型,最后输入学习样本完成神经网络训练。利用该模型进行选型时需提供待钻井段的岩石力学参数预测数据,神经网络经过计算之后会输出最佳钻头类型。该选型方法在港深18-17井应用效果不错,优选的钻头在港深18-17井沙一段相比于邻井同一层段平均机械钻速提高了25%。     

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。     

PDC钻头在克拉玛依油田七中区的推广应用

结合克拉玛依油田七中区钻井实际情况,以现场应用PDC钻头钻井为例,对PDC钻头特性及现场应用作了阐述,并和三牙轮钻头进行了同井段可钻性的比较．给出了该区块现场使用PDC钻头钻井的建议。     

用主成分投影法评价和优选钻头

在钻井过程中，钻头的合理选型对提高钻进速度、降低钻井综合成本起着非常重要的作用。钻头性能评价是钻头选型工作的重要环节。评价方法的好坏直接影响到钻头选型结果的合理性。为了全面、系统地评价钻头性能的优劣，必须综合考虑钻头的使用效果和使用争件。在合理选取钻头性能评价指标的基础上，提出了一种新的钻头性能评价方法主成分投影法。该方法不仅考虑了评价指标的权重，而且通过正交变换解决了指标间的信息重叠问题。它以各决策向量在理想决策向量上的投影值作为钻头性能的综合评价值，根据该值的大小对各种型号的钻头进行优劣排序。借助于Matlab软件，该方法计算简单、实用，具有良好的推广应用价值。应用结果表明。该方法是合理的。     

钻头地层适应性评价及选型理论研究

钻头类型的选择对提高钻井速度、降低钻井成本有重要的意义。在总结国内外选型方法的基础上,分析了目前普遍采用的基于邻井测井数据计算岩石力学性质并指导钻头选型的理论方法和软件。阐述了2类选型方法的理论模型:①根据测井资料解释岩石力学性质,基于钻头的地层适应性关系,采用规则约束建立专家系统,进行钻头特征及型号推荐;②基于钻头使用数据建立仿真模型,利用仿真虚拟钻进对不同钻头的钻井成本进行对比并选型。在比较国外目前较为成熟的3种选型软件的基础上,指出国内进行钻头选型研究的必要性,并提出适用的选型理论及软件实现方法。     

牙轮钻头横向振动动力学仿真模型

为探寻在实际钻井过程中钻头的运动轨迹和与井壁碰撞时撞击力的变化规律,利用有限元方法,建立钻柱横向振动的有限元动力学模型,并在考虑钻头－岩石互作用力学模型的基础上,建立了钻头横向振动动力学仿真模型,通过实验及相关数据得到预测钻头与井壁碰撞时撞击力大小的计算公式。根据所建模型及仿真过程,编制了牙轮钻头横向振动的仿真程序。对８ＸＨＰ２Ｓ钻头的仿真结果表明,钻头与井壁的最大碰撞力可达１５７ｋＮ,这对于钻头的运动规律及工作性能均有影响,是造成钻头破坏的一个可能的原因。     

牙轮钻头纵向振动动力学仿真模型的建立

牙轮钻头的纵向振动对钻井过程的影响很大，也是造成钻柱振动的直接原因。在3点假设和简化条件下，利用钻柱动力学有限元模型的数值计算方法，建立了钻柱振动的有限元模型；在考虑钻头一岩石互作用力学模型的基础上，建立了钻头纵向振动动力学仿真模型，共叙述了具体的仿真过程。通过仿真计算可以预测钻头的动钻压及进尺。对81/2XHP2S钻头的仿真结果表明，钻头的动钻压可以达到钻压的2倍以上，较好地反映了钻头的动力学特性。     

牙轮钻头及钻柱系统扭转振动仿真模型

利用钻柱动力学有限元模型的数值计算方法 ,在考虑了钻头与岩石互作用力学模型的基础上 ,建立了钻头和钻柱扭转振动动力学仿真模型。通过仿真计算可预测钻头处阻力扭矩、钻柱顶部扭矩和钻头转速的变化情况。对 8 英寸XHP2S钻头做了仿真 ,结果表明 ,钻头处受岩石的阻力扭矩是随机变化的 ,并有负扭矩出现 ,扭矩的变化幅值随静钻压的增加而增加 ;钻柱顶部转盘施加的扭矩变化不如底部剧烈 ;钻头的转速在局部有较小的波动 ,其总体变化较为平缓。     

基于机械比能理论的钻头磨损监测新方法

现有基于机械比能理论的钻头磨损监测方法,都是通过机械比能趋势线对钻头钝化趋势作定性分析,没有一种定量计算钻头磨损等级的有效方法。在前人研究成果的基础上,选取合理机械比能模型,通过优化钻头扭矩回归数据对其进行了优化;综合考虑钻头设计参数、切削结构、钻井参数及钻头磨损等的影响,选取了合适的牙轮钻头和PDC钻头钻速方程,提出了一种定量计算与定性分析相结合的钻头磨损监测新方法。该方法充分考虑了钻速、钻压、转速、扭矩以及钻头设计参数等因素,采用钻速方程和测录井数据计算机械比能、岩石抗压强度和钻头磨损等级分级系数。该方法在南海油田宝岛区块A井、准噶尔盆地风城区块B井、吐哈油田某区块C井等的多个井段进行了PDC钻头和牙轮钻头的磨损监测,结果表明,较之钻头磨损实测数据,PDC钻头的平均相对误差为9.87%,牙轮钻头为21.15%,即新方法能有效监测钻头磨损情况且更适用于PDC钻头。      

基于因子分析法的玉北区块钻头优选及应用

现场使用的钻头与所钻地层的匹配程度较差,导致钻井速度缓慢,需在常规优选钻头的基础上对因子选取进行补充,考虑水力参数对钻头选型的影响。鉴于此,采用因子分析方法对吐哈盆地玉北区块实钻钻头进行了选型,选型中增添了水力参数(排量、立管压力、喷射速度和钻头水功率)作为影响因子,并与仅考虑破岩参数作为优选钻头结果进行对比,分析了增添水力参数后对钻头选型产生的影响。分析结果表明:机械钻速与立管压力呈线性关系,与排量呈二次多项式关系,与钻头水功率呈对数关系,与喷射速度呈指数关系;应用给定的钻井水力参数钻进,YB-1井克拉玛依组、梧桐沟组和桃东沟组平均机械钻速分别达到7.12、6.62和4.51 m/h,与邻井同一地层相比分别提高25.35%、26.58%和22.61%。所得结论可为吐哈盆地玉北区块的钻头优选提供参考。     

改善海底大位移水平井钻头综合性能的新途径

在研制大斜度定向井、水平井专用钻头时,一个关键问题就是如何较精确地确定实钻状态下这种钻头在井底的各项受力参数。利用非线性有限元力学方法,编制了一套井下钻头非线性力学分析计算机软件,运用高速度、大容量计算机对井眼内全管柱做了力学分析,较准确地得出钻头部位的各项力学参数,并预测了其后的钻头走向。预测计算结果在一口海上水平井的钻进中得到验证。采用这种计算方法,可为研制新型定向井和水平井专用钻头提供不可缺少的重要参数,也为加快新型钻头的研制开辟了一个新途径。     

牙轮钻头齿圈布置设计分析

齿圈布置是牙轮钻头设计的一个重要内容,对牙轮钻头的工作性能和破岩效率有很大影响.本文在牙轮钻头运动学基础上研究了齿圈布置与井底破碎之间的关系,建立了系统地进行齿圈布置设计分析的新方法.根据牙齿在井底的运动分析,对钻头各圈牙齿在井底的滑移进行了定量的分析计算和各圈牙齿在井底径向平面内的运动轨迹所形成的包络线,作出了井底径向破碎图,它改进了传统的井底击碎图,可直观地反映移轴距和牙齿径向滑移对井底径向破碎的影响;建立了井底破碎环带划分和各齿圈单齿破岩量计算的新方法,指出齿圈布置设计,应尽可能均衡钻头各齿圈的单齿破岩量.这对牙轮钻头布齿设计具有重要指导意义.     

空气锤钎头齿孔过盈配合数值模拟研究

传统方法在研究空气锤钎头齿孔过盈量问题时大都是针对单个齿孔进行的,而且对模型进行了过度简化,没有考虑钎头本体的复杂几何外形和相邻孔间应力的相互影响,无法得出整个钎头体上的应力分布。为此,分别用弹塑性力学方法和有限元方法对齿孔在不同过盈量下的应力分布情况进行了计算。结果表明,弹塑性分析与有限元分析结果一致,钎头中心齿齿孔过盈量取0.05～0.06mm、边齿齿孔过盈量取0.06～0.07mm时较合理,弹塑性力学方法的计算值比较保守,但仍有重要的参考价值。利用ANSYS软件对钎头齿孔过盈配合进行有限元计算,是改进齿孔设计的有效方法,此方法也可用来分析PDC钻头和牙轮钻头齿孔过盈配合问题。