综合考虑成本和钻速的PDC钻头钻进参数优化设计

传统的钻进参数优化模型不适用于PDC钻头。针对传统模型的不足,在牙轮钻头钻进参数优化理论的基础上,引入钻井成本和钻速权重系数,结合PDC钻头钻速方程、磨损方程和钻速随累积进尺的变化规律等基本方程,建立了钻井成本和钻速双目标约束下的PDC钻头钻进参数优化模型。该模型可根据降低成本或提速的具体目标设置钻井成本系数和钻速系数,在同时考虑成本和钻速的条件下对钻进参数进行优化设计。川西新场地区实钻资料的计算结果显示,经过参数优化后PDC钻头的单位进尺成本降低,同时钻速提高,这表明该模型可以用于双目标下PDC钻头钻进参数的优化设计。      

基于机械比能理论的复合钻井参数优选方法

为了进一步提高深部地层钻井速度,利用机械比能理论对复合钻井参数进行优化。从岩石力学和能量守恒角度出发,分析了基于机械比能理论的钻井优化机理,得出了钻进参数与机械钻速之间的相互关系。在Teale机械比能模型的基础上,引入钻头滑动摩擦系数和钻头破岩效率系数,将扭矩表示为钻压的函数,解决了常规钻井中扭矩难以直接测量的问题,建立了基于比能理论的复合钻井参数优化模型,并开发了钻井优化系统。该系统在实钻过程中可以进行钻井参数的动态监测,实时反馈钻井参数优劣,提示井下复杂情况。现场试验应用后,优化井段平均机械钻速提高20%~30%,钻头使用寿命延长。研究结果表明,机械比能理论能够用于钻进参数优化,达到深层提速和降低钻井成本的目的。      

钻井参数实时优选方法的研究与应用

目前常用钻速模式中的岩石可钻性系数、钻压指数、转速指数和水功率指数等参数,是通过现场试验或处理大量的完井资料数据获得的,因此这些方程的应用局限于已钻井地区,而无法用于新探区,给新探区钻井参数的优选带来很大困难.通过分析大庆油田深井钻井上返岩屑的分形,计算了用上返岩屑分形特征表示的岩石可钻性级值,建立了可以实时预测岩石可钻性级值的模型.将该模型应用于分形表示的钻速模式并结合Amoco钻头寿命磨损模式,建立了以单位进尺成本模式为目标的目标函数,以钻进参数及相互间的配合在钻井工艺上应满足的条件为约束条件,组成了钻井参数实时优选的不等式约束多元非线性规划模型.应用该模型对大庆油田深井钻井参数进行了优选.     

钻进参数优选的实现途径

针对钻进参数优选难以推广的实际情况,从钻井模型的选择出发,提出了现场实钻资料的信息处理方法.运用惩罚函数法和非线性单纯形法,实现了单只钻头的参数优选;在此基础上,运用动态规划的基本思想,提出了全井钻头序列的优化方法,该方法适合石油钻井的多阶段决策问题.     

气体钻井钻速方程的建立与验证

实践业已证明,优化钻井技术在钻井液钻井过程中能够提高机械钻速、降低钻井成本,但目前缺乏其对气体钻井过程中应用情况的研究。为此,以气体钻井过程中的优化钻井技术为研究对象,应用多元回归的方法,初步建立了气体钻井的机械钻速预测方程。所建立的方程考虑了钻压、转速、岩石强度等对机械钻速的影响,并将测井参数计算的岩石强度引入该方程,提高了预测的精度。为了验证所建立方程的正确性和实用性,对四川盆地元坝地区侏罗系已完成气体钻井的3口井进行了机械钻速分段预测,预测结果与实际钻井速度基本相符,平均相对误差小于15%,说明该预测方程能够满足工程需要。该方程的建立,为气体钻井过程中优化钻井技术的应用提供了理论基础。     

基于随机钻井模式的钻井参数优化方法

在基于确定型钻井模式建立的钻井参数优化数学模型中,没有考虑钻进过程中的随机影响因素,因而具有一定的局限性。本文基于随机钻井模式,建立了钻井参数可靠性优化数学模型。该模型给出的钻进方案具有最大的可靠度。这意味着钻井过程将会以最大的可靠概率被完成。自1989年以来,此项优化技术在大庆油田进行了广泛的应用,使平均机械钻速提高31%左右,平均每米钻井成本降低7.3%。     

虚拟强度指数法钻井新方法的研究与应用

针对影响钻井速度的各种不同钻井参数,提出了利用虚拟强度指数法对钻井参数进行优化的新方法。通过建立虚拟强度指数优化的数学模型,利用现场录井对实际钻井参数时时采集的数据,经过专用软件计算得出虚拟强度指数法曲线,钻井操作人员根据该曲线变化情况及时对钻井参数进行优化和调整,确保钻头一直处于最佳破岩状态。虚拟强度指数法消除了人为的影响因素,使参数优化结果更为准确。经过现场多口井的试验应用,虚拟强度指数法能有效分析判断井下钻头的工作状况,根据钻井速度的变化来调整钻井参数,提高了钻头破岩效率,实现了提高钻井速度的目的。     

东海西湖凹陷探井的快速钻井技术

文章简要介绍了东海西湖凹陷钻遇地层的岩性特征和井温梯度高的特点。阐述了该地区探井优化井身结构、近平衡钻进、优选钻头类型、优化钻具组合、强化钻进参数、优选钻井液体系和优化固井工艺和水泥浆配方等快速钻井技术的应用情况 ,四口井的钻井实践表明 ,快速钻井技术措施 ,不仅大幅度地提高机械钻速和台月效率 ,而且缩短钻井周期 ,降低钻井成本 ,经济效益非常显著     

幂律流体环空及钻头水力参数的计算方法

给出一种求幂律流体环空循环压耗及钻头和参数的计算方法。使用牛顿迭代法求紊流时的范宁摩阻系数，根据求出的压耗，并以最大钻头水功率或最大射流冲击力的工作方式为依据确定最优水力路线，建立了压耗－排量方程，以此来优化钻井水力参数和优选最佳喷嘴尺寸。     

基于NSGA2的钻进参数多目标优化

在钻进参数优化过程中,机械钻速、钻头寿命和钻头比能是衡量钻井整体技术的重要依据。针对以单位进尺成本为目标的钻进参数优化问题,提出了钻进参数多目标优化方法,建立了以机械钻速、钻头寿命和钻头比能为组合的钻进参数多目标优化模型,并采用NSGA2多目标优化算法对模型进行仿真计算。仿真结果表明,采用NSGA2求解优化问题,能以较快的收敛速度在解空间内得出分布均匀的pareto最优解集,为决策者在工程实际中选择优化方案提供有效方法,大大提高了工作效率,同时也为优化钻井提供了一种新方法。