[发明专利]用于优化钻探操作中的穿透速率的系统和方法

权利要求书

1.一种利用钻探系统的钻探工具钻探井眼的方法，所述钻探系统利用钻探泥浆将地层的岩屑输送到地面，所述方法包括：

接收利用所述钻探系统进行的钻探操作的多个输入参数，所述输入参数至少包括与在所述钻探操作中产生的所述岩屑相关的岩屑参数；

基于所述输入参数确定在所述钻探工具附近的当前的环空中的所述岩屑的浓度；

基于所确定的环空中的岩屑浓度确定所述钻探操作的期望的穿透速率；以及

基于所确定的速率来改变当前的穿透速率，其中利用以下公式来确定环空中的岩屑浓度：

其中，CCA是环空中的岩屑浓度，ROP是当前的穿透速率，OH是井眼尺寸，GPM是泥浆泵的流速，并且TR是输送比。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

基于所述多个输入参数确定承载能力指数；

基于所确定的环空中的岩屑浓度和所述承载能力指数确定所述钻探操作的穿透的第二期望速率；以及

基于所确定的第二期望速率来改变当前的穿透速率。

3.根据权利要求2所述的方法，其中利用以下公式来确定在垂直井中的承载能力指数：

其中，CCI是承载能力指数，MW是泥浆重量，K是稠度指数，并且A_V是泥浆环隙流速。

4.根据权利要求2所述的方法，其中利用以下公式来确定在偏斜井或水平井中的承载能力指数：

其中，CCI是承载能力指数，K是稠度指数，SG是比重，A_f是所述偏斜井或所述水平井的角度因子，并且A_a是环空面积。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，接收所述输入参数包括获得以下项中的一个或多个：所述钻探泥浆的重量、所述钻探泥浆的流速、所述钻探系统的当前的穿透速率、所述井眼的深度、所述钻探系统的钻探工具的深度、所述岩屑的密度、所述岩屑的直径、所述井眼的偏心系数和所述地层的孔隙度。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述输入参数确定在所述钻探工具附近的当前的环空中的所述岩屑的浓度包括：在该确定中，使用所述钻探泥浆的体积流速、所述岩屑的体积流速以及滑移速度与轴向速度之间的关系。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，基于所述输入参数确定在所述钻探工具附近的当前的环空中的所述岩屑的浓度还包括：在所述确定中，使用以下项中的一个或多个：

在所述钻探工具附近的环空的面积、所述井眼的偏心率、所述钻探系统的所述钻探工具的表面积以及所述地层的孔隙度。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述输入参数还包括：井眼尺寸、测量到的穿透速率、输送比、泥浆类型、进尺、用于钻探所述进尺所花费的小时、以磅每立方英尺和磅每加仑为单位的泥浆密度、漏斗粘度、以厘泊为单位的塑性粘度、以lb/100sqft为单位的屈服点、以Klb为单位的混合物重量、每分钟转数、以psi为单位的立管压力、以lbf.ft为单位的扭矩、以平方英寸为单位的钻头的总流动面积、初始凝胶和最终凝胶类型、以及泥浆泵的流速。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：

确定所述输送比小于预定阈值；

改变所述泥浆泵的流速，以将当前的环空中的所述岩屑的浓度增加到5％以上。

10.根据权利要求8所述的方法，还包括：

确定屈服点与塑性粘度之比小于预定阈值；

改变所述屈服点与塑性粘度之比，以使屈服点与塑性粘度之比的值达到至少3。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

确定所述泥浆泵的流速小于预定阈值；

改变所述泥浆泵的流速，以使所述泥浆泵的流速值达到至少1200。