一种基于综合录井参数的随钻钻头工况判断方法与流程

本发明涉及石油勘探技术领域，尤其涉及一种基于综合录井参数的随钻钻头工况判断方法。

背景技术：

r.teale提出的机械比能概念是指在钻进岩石过程中，钻头在钻压和扭矩作用下破碎单位体积岩石做的功，它能够反映出钻头的破岩效率，机械比能大，说明钻头破岩效率低。

机械比能值受地层因素和钻头钻具工况的影响，当地层稳定，岩性单一，机械比能的地质影响因素趋于恒定变化量时，机械比能的变化量只受钻头及钻具工况变化影响，此时如果机械比能值低，说明钻头钻进过程中做功少，钻头破岩效率高，钻头进给量大；随着钻头的磨损或出现异常，机械比能值会上升，钻头进给量逐渐减小，钻头破岩效率降低。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种基于综合录井参数的随钻钻头工况判断方法，以克服现有技术中没有一套完整的钻头工况判断方法来监控钻头工况情况而造成工作效率低下的缺陷。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供一种基于综合录井参数的随钻钻头工况判断方法，一种基于综合录井参数的随钻钻头工况判断方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤s1、采集综合录井工程数据；其中，所述综合录井工程数据为钻头每进尺0.1m的如下数据：w为钻压，kn；n为转速，r/min；m为扭矩，n·m；vrop为机械钻速，m/h；db为钻头直径，mm；

步骤s2、将井口采集的钻压、扭矩值校正到井底破岩时真实参数值；

步骤s3、利用机械比能模型公式，计算钻头做功能耗ei；

步骤s4、计算钻头进给量si；

步骤s5、对数据进行筛选、删除处理：

步骤s6、对数据插值处理，具体包括将综合录井仪1m间隔的数据处理成0.1m间隔深度数据；

步骤s7、对机械比能数据平滑滤波处理：

步骤s8、机械比能、进给量数据归一化；

步骤s9、将归一化的机械比能曲线与进给量曲线交汇；

步骤s10、根据曲线交汇的颜色、形态对井底钻头工况做出判断。

优选地，所述步骤s2中，

钻压和扭矩校正按如下公式计算，

钻压校正公式：

式中：w为井口钻压，kn；wb为井底钻压，kn；μwell为井壁的摩擦系数；αk为井底井斜角；

扭矩校正公式：

式中：m总为钻头扭矩和螺杆矩之和，n·m；w为井口钻压，kn；db为钻头直径，m；μbit为与钻头类型有关的滑动摩擦因数，pdc钻头取0.48，牙轮钻头取0.25；q为钻具每转排量，l/r；δpp为钻具进出口的压力降，mpa。

优选地，所述步骤s3中，

所述机械比能模型为r·teale机械比能模型公式：

式中：em为机械比能，mpa；wb为校正后钻压，kn，；n为转速，r/min；m总为校正后扭矩，n·m，；vrop为机械钻速，m/h；db为钻头直径，mm。

优选地，所述步骤s4中，所述进给量公式为：

式中：s为进给量，单位mm/r；v为钻速，mm/min；n为转速，r/min。

优选地，所述步骤s5中，所述对数据进行筛选、删除处理采用的是滤波检测，再按趋势插值方法进行修正，将所空缺的深度间隔点按照时间数据库中对应的深度点数据进行相应的趋势补位插值。

优选地，所述步骤s6中，所述数据插值处理，采用如下方法进行：

在录井深度数据中，某井深为hn，该点钻时rn，钻达时间tn，该点上下范围内顶点与底点间的深度差与钻进的时间差，并去除停钻因素的时间，来计算0.1m间隔的钻时数据，计算方法如下：

当hn-hn-1≥0.1m时，

当hn-hn-1<0.1m时，

式中：t0：为该井段内停泵时间，min；hn-1：某深度点hn上一深度记录点，m；hn+1：某深度点hn下一深度记录点，m；tn-1：钻达hn-1深度点时间，min；tn+1：钻达hn+1深度点时间，min。

优选地，所述步骤s7中，所述机械比能数据平滑滤波的计算公式为：

ei＝β(ei-2+ei+2)+γ(ei-1+ei+1)εei；

式中：β：取值为0.11；γ：取值为0.24；ε：取值为0.3；ei：某采样深度点的机械比能值；ei+1：对应ei相邻下一个采样深度点的机械比能值；ei-1：对应ei相邻上一个采样深度点的机械比能值。

优选地，所述步骤s8中，所述机械比能数据、进给量数据归一化是指建立离差标准化方法，对原始数据的线性变换，使结果值映射到[0-1]之间；

公式：

优选地，所述步骤s9中，所述归一化的机械比能曲线与进给量曲线交汇，是指依托录井现场工程预监测软件，制作出纵向连续，横向可比的钻头评价分析曲线。

优选地，所述步骤s10中，所述随钻钻头工况判断方法是根据机械比能与进给量交汇曲线的颜色、形态结合现场钻井施工状况，对钻头工况做出判断。

(三)有益效果

本发明提供的基于综合录井参数的随钻钻头工况判断方法，利用机械比能与钻头进给量的交汇，从曲线的交汇颜色和形态上可以实时判断出钻头的效率，对钻井优化、避免工程事故起到指导作用。

附图说明

图1为本发明实施例基于综合录井参数的随钻钻头工况判断方法流程图；

图2为数据处理前后对比图；

图3为数据插值处理方法示意；

图4为机械比能与进给量交汇曲线；

图5为机械比能与进给量交汇曲线形态与钻头工况对应关系。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。

如图1所示，本发明提供的基于综合录井参数的随钻钻头工况判断方法，具体包括：

步骤s1，采集综合录井工程数据，利用综合录井仪采集钻头每进尺0.1m的如下数据：w为钻压，kn；n为转速，r/min；m为扭矩，n·m；vrop为机械钻速，m/h；db为钻头直径，mm；

步骤s2，钻压、扭矩校正，将井口采集的钻压、扭矩值校正到井底破岩时真实参数值。利用的公式如下：

钻压校正公式：

式中：w为井口钻压，kn；wb为井底钻压，kn；μwell为井壁的摩擦系数；αk为井底井斜角；

扭矩校正公式：

式中：m总为钻头扭矩和螺杆矩之和，n·m；w为井口钻压，kn；db为钻头直径，m；μbit为与钻头类型有关的滑动摩擦因数，pdc钻头取0.48，牙轮钻头取0.25；q为钻具每转排量，l/r；δpp为钻具进出口的压力降，mpa；

步骤s3、利用综合录井0.1m的数据，按照r·teale机械比能模型公式计算的钻头做功能耗ei，公式如下：

式中：em为机械比能，mpa；wb为校正后钻压，kn，；n为转速，r/min；m总为校正后扭矩，n·m，；vrop为机械钻速，m/h；db为钻头直径，mm；

步骤s4、利用综合录井0.1m的数据计算计算钻头进给量si，即钻头每转一转，钻头切削刃相对于地层在进给方向上的位移量，公式如下：

式中：s为进给量，单位mm/r；v为钻速，mm/min；n为转速，r/min；

步骤s5、对在停泵、起下钻、循环钻井液等操作下产生的错误或扭曲的数据进行筛选、删除处理。采用的是滤波技术检测，再按趋势插值方法进行修正，将所空缺的深度间隔点按照时间数据库中对应的深度点数据进行相应的趋势补位插值。如图2

步骤s6、数据插值处理：

数据插值处理是指将综合录井仪1m间隔的数据处理成0.1m间隔深度数据，采用如下方法进行：

在录井深度数据中，某井深为hn，该点钻时rn，钻达时间tn，该点上下范围内顶点与底点间的深度差与钻进的时间差，并去除停钻因素的时间，来计算0.1m间隔的钻时数据(图3)，计算方法如下：

当hn-hn-1≥0.1m时，

当hn-hn-1<0.1m时，

式中：t0：为该井段内停泵时间，min；hn-1：某深度点hn上一深度记录点，m；hn+1：某深度点hn下一深度记录点，m；tn-1：钻达hn-1深度点时间，min；tn+1：钻达hn+1深度点时间，min；

步骤s7、机械比能数据平滑滤波处理：

机械比能数据平滑滤波的方法是“五点钟形法”，其计算公式为：ei＝β(ei-2+ei+2)+γ(ei-1+ei+1)εei

式中：β：取值为0.11；γ：取值为0.24；ε：取值为0.3；ei：某采样深度点的机械比能值；ei+1：对应ei相邻下一个采样深度点的机械比能值；ei-1：对应ei相邻上一个采样深度点的机械比能值；

步骤s8、机械比能、进给量数据归一化：

机械比能数据、进给量数据归一化是指建立离差标准化方法，对原始数据的线性变换，使结果值映射到[0-1]之间；

公式：

步骤s9、将归一化的机械比能曲线与进给量曲线交汇：

曲线交汇，是指依托录井现场工程预监测软件，制作出纵向连续，横向可比的钻头评价分析曲线；

步骤s10、根据曲线交汇的颜色、形态对井底钻头工况做出判断。

根据机械比能与进给量交汇曲线的颜色(图4)、形态(图5)结合现场钻井施工状况，对钻头工况做出判断。其中，黑色区域代表钻头功率高，白色区域代表钻头功率低。曲线形态形似箱体状，说明钻头泥包，曲线形态形似尖峰状，说明钻具振动，曲线形态形似刺刀状，说明钻头钝化。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。