[发明专利]接力式多级破岩方法及装置

权利要求书

1.一种接力式多级破岩方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

步骤一：基于所钻井眼尺寸可选用的井下动力钻具的工作扭矩以及破岩能量需求门槛值，选定是否采用分级破岩技术；

步骤二：若采用分级破岩技术，导眼为一级破岩，首选的辅助破岩工具为井下动力钻具，改变导眼钻头的尺寸，根据导眼钻头的破岩能量需求门槛值及匹配的井下动力钻具确定导眼尺寸和所用井下动力钻具；

步骤三：二级破岩工具为扩眼钻头，首选的辅助破岩工具为冲击类辅助破岩工具，基于扩眼可选用的冲击类辅助破岩工具的功率以及扩眼钻头的破岩能量需求门槛值，确定扩眼钻头尺寸和所用冲击类辅助破岩工具，或采用相同的方法增加分级破岩的级数；

步骤四：根据限制条件优化钻具组合以及钻井参数，协调分级破岩中各级之间破岩的效率，得到最优破岩方案。

2.如权利要求1所述的接力式多级破岩方法，其特征在于，所述破岩能量需求门槛值包含门限扭矩以及门限钻压，所述步骤一包含以下步骤：

根据岩石力学参数、井眼尺寸、地层岩性、钻头类型与直径计算得到钻头破岩所需的所述门限扭矩和门限钻压；

和/或，

根据预期的机械钻速计算破岩所需的扭矩以及钻压。

3.如权利要求1所述的接力式多级破岩方法，其特征在于，所述步骤一包含以下步骤：

对比待选井下动力钻具的工作扭矩以及所述破岩能量需求门槛值；

若待选井下动力钻具的工作扭矩不小于所述破岩能量需求门槛值，则采用常规破岩技术；

若待选井下动力钻具的工作扭矩小于所述破岩能量需求门槛值，则采用分级破岩技术。

4.如权利要求1所述的接力式多级破岩方法，其特征在于，所述步骤二包含以下步骤：

导眼为一级破岩，首选的辅助破岩工具为井下动力钻具，缩小井眼尺寸并确定与缩小后的导眼钻头相匹配的井下动力钻具，作为备选组，计算导眼钻头破岩所需的所述门限扭矩和门限钻压；

对比备选组中井下动力钻具的工作扭矩以及导眼钻头的破岩能量需求门槛值；

若备选组中井下动力钻具的工作扭矩不小于导眼钻头的破岩能量需求门槛值，则选定为导眼用井下动力钻具，并确定导眼钻头的尺寸；

若备选组中井下动力钻具的工作扭矩小于导眼钻头的破岩能量需求门槛值，则调整导眼钻头的尺寸，或将井下动力钻具与其它辅助破岩工具配合使用，直到所选的井下动力钻具的工作扭矩满足要求。

5.如权利要求1所述的接力式多级破岩方法，其特征在于，所述步骤三包含以下步骤：

二级破岩工具为扩眼钻头，首选的辅助破岩工具为冲击类辅助破岩工具，对比待选冲击类辅助破岩工具的功率以及所述扩眼钻头破岩能量需求门槛值；

若待选冲击类辅助破岩工具的功率不小于扩眼钻头的破岩能量需求门槛值，则采用二级破岩技术；

若待选冲击类辅助破岩工具的功率小于扩眼钻头的破岩能量需求门槛值，则改变扩眼钻头的尺寸，增加分级破岩技术的级数，首选的辅助破岩工具为冲击类辅助破岩工具，直到每一级扩眼破岩中选定的冲击类辅助破岩工具的功率不小于相应扩眼钻头破岩能量需求门槛值。

6.如权利要求1所述的接力式多级破岩方法，其特征在于，所述限制条件包含但不限于水力参数以及钻柱稳定性。

7.如权利要求1所述的接力式多级破岩方法，其特征在于，通过以下步骤优化钻具组合：

优选导眼钻头、扩眼钻头、直壳体或弯壳体的井下动力钻具、冲击类辅助破岩工具及其安放位置。

8.如权利要求1所述的接力式多级破岩方法，其特征在于，所述钻井参数包含但不限于钻压、转盘扭矩、转盘转速、钻井液排量以及泵压。

9.如权利要求1所述的接力式多级破岩方法，其特征在于，所述步骤四包含以下步骤：

设定机械钻速预期范围，使得每一级破岩的机械钻速均满足所述机械钻速预期范围。

10.一种接力式多级破岩装置，其特征在于，所述装置执行如权利要求1-9中任一项所述的方法进行接力式多级破岩，所述装置包含：

第一模块，其用于基于所钻井眼尺寸可选用的井下动力钻具的工作扭矩以及破岩能量需求门槛值，选定是否采用分级破岩技术；

第二模块，其用于若采用分级破岩技术，导眼为一级破岩，首选的辅助破岩工具为井下动力钻具，改变导眼钻头的尺寸，根据导眼钻头的破岩能量需求门槛值及匹配的井下动力钻具确定导眼尺寸和所用井下动力钻具；

第三模块，其用于二级破岩工具为扩眼钻头，首选的辅助破岩工具为冲击类辅助破岩工具，基于扩眼可选用的冲击类辅助破岩工具的功率以及扩眼钻头的破岩能量需求门槛值，确定扩眼钻头尺寸和所用冲击类辅助破岩工具，或采用相同的方法增加分级破岩的级数；

第四模块，其用于根据限制条件优化钻具组合以及钻井参数，协调分级破岩中各级之间破岩的效率，得到最优破岩方案。