[发明专利]采用牙轮钻头进行钻井的控制方法以及控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及了一种油田钻探领域，尤其还涉及一种采用牙轮钻头进行钻井的控制方法以及控制系统。

背景技术

随着油气田勘探开发工作的不断深入，钻井时遇到的地层构造越来越复杂，钻井难度越来越大，钻井成本逐年提高，因此如何准确的确定钻井方案对于油气田开发而言极其重要。

牙轮钻头是钻井工具中常用的一种。图1是牙轮钻头的中一种，参照图1所示，牙轮钻头包括钻头体1、至少一个牙轮2，所述牙轮上设有牙齿3。钻头体1在旋转时，牙齿3具有冲击、压碎和剪切破碎地层岩石的作用，因而牙轮钻头广泛适用于从软到坚硬的多种地层。牙轮钻头按牙齿类型可分为铣齿(钢齿)牙轮钻头、镶齿(牙轮上镶装硬质合金齿)牙轮钻头；按牙轮数目可分为单牙轮钻头、三牙轮钻头和组装多牙轮钻头。

目前常用的钻速预测模型包括通用预测方法，深层递归钻速预测方法等，这些钻速预测方法较好的反映了地层参数与钻井速度的关系。但是这些方法是在地层可钻性的基础上通过分析机械参数和地层的水力参数建立起来的，并没有考虑到牙轮的自身特点，使得方程无法有效分析不同牙轮钻头类型、不同地层条件下的牙轮钻头的钻井速度的差别。

在现有技术中，由于无法准确预测钻井速度，也就无法确定钻井时间。在钻井时间无法确定的情况下就很难对钻井的终止点进行控制，如果钻井深度不够，那就无法实现石油开采，如果钻井深度过度，那么则会造成对牙轮钻头的浪费，影响牙轮钻头的使用寿命。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供了一种采用牙轮钻头进行钻井的控制方法，其能够对钻井时间进行精确控制，在保证钻井深度的基础上延长牙轮钻头的使用寿命。

本发明的具体技术方案是：

一种采用牙轮钻头进行钻井的控制方法，其特征在于，它包括以下步骤：

(A)、对牙轮钻头的钻压以及牙轮钻头的转速进行采样；

(B)、响应所述牙轮钻头的钻压以及牙轮钻头的转速计算所述牙轮钻头的钻井速度；

(C)、响应所述牙轮钻头的钻井速度计算规定钻井时间；

(D)、判断钻井时间是否达到规定钻井时间；

(E)、当钻井时间到达规定钻井时间时即发出终止牙轮钻头信号。

优选地，在步骤(B)中还包括以下步骤：

(B1)、根据岩石力学得到单一牙齿侵入岩石的深度；

(B2)、根据单一牙齿侵入岩石切削的深度体积得到单位时间内单一牙齿形成的破碎坑体积；

(B3)、根据单位时间内单一牙齿形成的破碎坑体积、多齿之间的相互影响系数以及地层可钻性级值得到牙轮钻头的预测钻井速度。

优选地，控制方法还包括在步骤(B1)中，其中h为单一牙齿侵入岩石的深度，F为钻压，C为岩石的内聚力，θ为钻头牙齿尖角，为内摩擦角，为剪切破坏面与井底平面夹角。

优选地，F在钻井现场得到，C、θ、φ通过取出岩心后在实验室测量得到。

优选地，它包括在步骤(B2)中，其中V为单一牙齿形成的破碎坑体积；X为破碎坑的半长；L为钻头牙齿嵌入坑的宽度。

优选地，它包括在步骤(B3)中，其中v为牙轮钻头的钻井速度，S为多齿之间的相互影响系数；E为地层可钻性级值，m为某一时刻牙轮钻头每一个牙齿与井底接触到的牙齿数，n为牙轮钻头的旋转速度。

优选地，S由实验室试验得出；E由岩石各种特性的综合得出；n通过安装在钻头或钻具上的传感器测算得出；m为3-5。

本发明公开了一种对上述采用牙轮钻头进行钻井的控制方法进行处理的控制系统，其特征在于，它包括：

用于对牙轮钻头的钻压以及牙轮钻头的转速进行采样的采样单元；

用于响应所述牙轮钻头的钻压以及牙轮钻头的转速计算所述牙轮钻头的钻井速度的第一计算单元；

用于响应所述牙轮钻头的钻井速度计算规定钻井时间的第二计算单元；

用于判断所述的钻井时间是否达到规定钻井时间的比较单元；

用于当所述的钻井时间到达规定钻井时间时即发出终止牙轮钻头信号的输出单元。

优选地，所述第一计算单元包括：

用于根据岩石力学得到单一牙齿侵入岩石的深度的第三计算单元；

用于根据单一牙齿侵入岩石切削的深度体积得到单位时间内单一牙齿形成的破碎坑体积的第四计算单元；

用于根据单位时间内单一牙齿形成的破碎坑体积、多齿之间的相互影响系数以及地层可钻性级值得到牙轮钻头的预测钻井速度的第五计算单元。