钻头选型中的地层分层技术

在钻头选型过程中,仅按可钻性对地层进行分层的传统方法易导致钻头与地层适应性差,影响钻头破岩效率。为解决这一问题,首先以岩石力学实验为基础,建立岩石抗钻特性参数预测模型;其次将Fisher算法、投影寻踪理论及实码加速遗传算法相结合,设计了一种适用于多维抗钻特性参数地层分层的新方法。其原理是先利用投影寻踪原理和遗传算法将多维抗钻特性参数数据投影到一维直线上,得到一条表征综合抗钻特性的剖面曲线,再用Fisher算法对得到的综合抗钻特性剖面曲线进行有序聚类,从而实现地层的合理划分。通过在窿18井下沟组地层分层中的实际应用表明,该方法分层效果良好,基本符合地质实际,能够为钻头选型中的地层分层提供数学理论依据。     

超声波高频旋冲钻井技术破岩机理研究

采用传统钻井技术钻进深部硬地层时机械钻速低,严重影响了深层和超深层油气的勘探开发进程,因此,将超声波破岩技术和传统旋转破岩技术相结合,提出了超声波高频旋冲破岩钻井技术,设计了可实现超声波高频旋冲钻井的超声波振动短节。基于岩石力学理论,分析了超声波高频旋冲破岩机理,并建立了高频冲击钻进模型。通过对高频冲击钻进数学模型进行无因次化数值分析,研究了高频冲击钻进的3个阶段,详细分析了钻压、频率和振幅对破岩效率的影响规律。研究发现:随着钻压和振幅增大,破岩效率随之提高;存在最优振动频率,在此振动频率下破岩效率最高。研究表明,超声波高频旋冲破岩钻井技术通过加快硬岩石疲劳损伤、减少钻头粘滑振动及合理利用共振能量3种方式提高深部硬地层的机械钻速。     

基于钻速模式的PDC钻头切削齿磨损监测新方法

为了对PDC钻头切削齿的磨损程度进行实时定量监测,优选了适合PDC钻头的钻速方程,通过分析切削齿切削轨迹长度、切削齿磨损体积及机械钻速之间的关系,建立了相对磨损系数的迭代模型,提出了随钻PDC钻头切削齿磨损监测新方法。以玉门油田、青海油田及西南油气田使用PDC钻头所钻井的测录井数据为基础,对模型进行了验证。分析结果表明:基于钻速模式的PDC钻头切削齿磨损监测新方法计算的相对磨损系数与起钻后实测的钻头磨损数据较为接近,计算值与实测值的平均相对误差为11.60%;新方法能够较准确地对PDC钻头切削齿的磨损程度进行检测,为及时调整钻井参数、复杂地质情况预警和更换钻头提供依据。所得结论可为随钻PDC钻头的磨损程度判断提供参考。