专利名称：一种牙轮钻头破碎比功系数的测定方法
技术领域：
本发明涉及的是主要应用在石油工程、采矿工程等领域的测定钻头破碎比功系数的方法，具体涉及的是一种牙轮钻头破碎比功系数的测定方法。背景技术：
1867年Rittinger提出经典的断裂能量_尺寸关系学说，岩石破碎过程所需的能量正比于破碎过程中岩石产生的新的表面积，谢和平在其著作《分形岩石力学导论》中阐述岩石破碎过程具有分形特征，并在Rittinger学说基础上给出了分形破碎的断裂能量计算方法当尺度为W的岩石破碎成尺度为r的岩屑颗粒时，破碎单位体积岩石所需的能量为
权利要求
1.一种牙轮钻头破碎比功系数的测定方法，其特征在于这种牙轮钻头破碎比功系数的测定方法 一、对待评价钻头Z钻进地层的上返岩屑进行采样， 使用LWD地质导向随钻监测仪监测 钻头钻进的层位，对目标层位A进行破岩钻进，钻进目标层位A过程中分别进行三次取样，取样位置分别为目标层位A顶部0. 5米、中部0. 5米及底部0. 5米处；当钻至待收集岩屑的取样位置时，关闭钻具的旋转动力系统，钻井液循环系统继续正常工作，清洗井眼至不再有岩屑上返，关闭钻井液循环系统，起出钻杆安装好待评价钻头Z，下入钻杆；在地面钻井液出口管处安装岩屑收集筛，筛子从上至下四层叠放，从上至下筛眼直径分别为15mm、8mm、3mm、0. 3mm ;使用筛眼直径为20mm的金属网筛筛除采样岩屑中大于20mm的岩块； 二、测定采样岩屑的最大粒径、最小粒径值；使用筛眼直径0.3mnTl. 5mm的试验筛，试验筛共计13组，第i+1组试验筛比第i组试验筛的筛眼直径大0. Imm,KiS12 ,对粒径在0. 3mnT3mm的岩屑进行筛分，首先使用筛眼直径0. 3mm的试验筛，当使用到第i组试验筛对岩屑进行筛分时有少量岩屑漏下，且漏下的岩屑质量比在0. 29TO. 5%，则第i组试验筛的筛眼直径&为岩屑样本的最小粒Srmin ;使用筛眼直径10mnT20mm的试验筛共计11组，对岩屑进行筛分，第j+1组试验筛比第J'组试验筛的筛眼直径小1mm，l<j<10;首先使用筛眼直径20mm的试验筛，使用第J组试验筛对岩屑进行筛分时筛上有剩余岩屑，且筛上剩余岩屑质量比在0. 29TO. 5%时，则第J 组试验筛的筛眼直径&为岩屑样本的最大粒径；若筛上剩余岩屑质量比大于0. 5%，且使用第J-I组试验筛对岩屑进行筛分时筛上无剩余岩屑，这时使用筛眼直径在rij+0. Imm与n^-0. Imm之间的试验筛,试验筛共计9组,第左+1组试验筛比第左组试验筛的筛眼直径大0. lmm,，对岩屑进行筛分，使用第左组试验筛对岩屑进行筛分时筛上有剩余岩屑，且筛上剩余岩屑质量比在0. 2°/T0. 5%时,则第左组试验筛的筛眼直径A为岩屑样本的最大粒径，进而完成采样岩屑最大粒径及最小粒径值的测定； 三、测定采样岩屑的分形维数，首先称量采样岩屑的总质量M，用筛眼直径为15_的试验筛筛下粒径小于的岩屑，称其质量为M1 ;然后用筛孔直径为IOmm的试验筛对粒径小于15mm的岩屑进行筛分，筛下粒径小于^2=10!11111的岩屑，称得其质量为仏；依次重复上述步骤，称得粒径小于r3=7_的岩屑质量M3,称得粒径小于r4=5_的岩屑质量M4,称得粒径小于r5=2mm的岩屑质量M5，在双对数坐标纸上分别绘制五个散点，并进行直线回归，五个散点的X值为
2.根据权利要求I所述的牙轮钻头破碎比功系数的测定方法，其特征在于所述的对目标层位A分别进行三次取样的过程为将钻井液地面返出管口放入岩屑收集筛，打开钻井液循环系统及钻具旋转动力系统，钻完第一次取样位置后，关闭钻具旋转动力系统，钻井液循环系统将岩屑携带至地面，开始收集岩屑，至不再有上返岩屑为止第一次取样完成；将钻井液地面返出管口放回原有的钻井液过滤装置处，然后再次打开钻具旋转动力系统进行正常钻进，当钻至第二次取样位置处时，关闭钻具旋转动力系统，清洗井眼至不再有岩屑上返，关闭钻井液循环系统，将钻井液地面返出管口放入岩屑收集筛，打开钻具旋转动力系统及钻井液循环系统完成对第二次取样位置钻进，关闭钻具旋转动力系统，并开始第二次的岩屑采样，至不再有上返岩屑为止第二次取样完成；将钻井液地面返出管口放回原有的钻井液过滤装置处，然后再次打开钻具旋转动力系统进行正常钻进，当钻至第三次取样位置处时，关闭钻具旋转动力系统，清洗井眼至不再有岩屑上返，关闭钻井液循环系统，将钻井 液地面返出管口放入岩屑收集筛，打开钻具旋转动力系统及钻井液循环系统完成对第三次取样位置钻进，关闭钻具旋转动力系统，并开始第三次的岩屑采样，至不再有上返岩屑为止第三次取样完成。
3.根据权利要求2所述的牙轮钻头破碎比功系数的测定方法，其特征在于所述的牙轮钻头破碎比功系数的测定方法在比较多组钻头的破岩能耗时，依次按照所述四个步骤在同一坐标系中分别绘制各组钻头破碎比功系数的等值面积图，通过比较图形区域的大小便可直接判断出钻头破岩能耗高低。
全文摘要
本发明涉及的是一种牙轮钻头破碎比功系数的测定方法，这种牙轮钻头破碎比功系数的测定方法一、对待评价钻头Z钻进地层的上返岩屑进行采样，二、测定采样岩屑的最大粒径、最小粒径值；三、测定采样岩屑的分形维数，四、绘制并测定钻头破碎比功系数的等值面积图，通过电脑程序测定图形T的面积为p，p即为钻头破碎比功系数。本发明所需参数仅需要对岩屑进行简单测定即可获得，易于现场应用；本发明通过比较破碎比功系数的等值面积图型的区域大小即可快速判断钻头能耗指标的优劣。
文档编号E21B47/00GK102704912SQ20121020287
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月19日 优先权日2012年6月19日
发明者孙晓峰, 张杨, 李玮, 毕雪亮, 闫铁, 陈勋 申请人:东北石油大学