[发明专利]一种PDC钻头磨损状态随钻动态监测方法及系统

权利要求书

1.一种PDC钻头磨损状态随钻动态监测方法，其特征在于，所述方法包括：

机械比能监测步骤，依据PDC钻头应用时的钻具组合特征和运行干预因素，决策PDC钻头对应的优化机械比能计算模型，实时获得表征待测钻头在不同工作深度动态破岩效率的机械比能；

磨损初步分析步骤、按照设定范围划分分析区段，针对每个分析区段基于所得机械比能按照设定逻辑计算对应的机械比能偏离度，与设定偏离度标准值比对确定该分析区段内钻头机械比能的平稳程度；

磨损定量分析步骤、针对机械比能平稳程度符合设定条件的分析区段，选择性地引入PDC钻头预设的磨损物理预测模型计算钻头工作时的磨损状态数据；

钻井优化步骤、综合钻头机械比能的平稳程度和磨损状态数据决策匹配的施工调整方案。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在机械比能监测步骤中，决策PDC钻头对应的优化机械比能计算模型的过程包括：

基于依据钻压、转速、扭矩、钻头尺寸、机械钻速和地层抗压强度多项钻井数据融合的基础机械比能模型，结合PDC钻头+螺杆钻具随钻组合的硬件特性，进一步引入螺杆钻速、螺杆扭矩、门限钻压和门限钻压多项影响因素，构建对应的优化机械比能计算模型。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在机械比能监测步骤中，按照下式所述的优化机械比能计算模型计算钻头各工作深度的机械比能数据：

式中，E为机械比能，Mpa；W为钻压，kN；T为地面扭矩，KN·m；N为地面转速，rpm；ROP为机械钻速，m/h；d_B为钻头直径，mm；W_bs为门限钻压，kN；T_bs为门限扭矩，KN·m；K_N为螺杆钻具钻速流量比，r/L；Q为总排量，L/s；T_m为螺杆钻具最大输出扭矩，KN·m；Δp_m为螺杆钻具进出口最大压降，Mpa；Δp_p为钻具组合的进出口压力,Mpa。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预先根据计算单位机械比能的时间、地质特性、井型以及施工工作深度决策匹配的分析区段范围并记录，在磨损初步分析步骤中直接根据施工需求调用实现划分。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，磨损初步分析步骤中，钻头的机械比能偏离度通过下式计算：

其中，i表示当前分析区段内第i个机械比能监测值，D表示该分析区段中机械比能监测值的总数量。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，磨损定量分析步骤中，对于存在符合设定条件的机械比能平稳程度的分析区段，进一步分析其前后相邻区段的机械比能平稳程度，若与前一和/或后一区段的平稳程度差值处于设定范围内，再将该区段作为符合磨损条件的区段，继续进行后续磨损状态数据的运算，以排除突发性钻遇异常地质的情况。

7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，磨损定量分析步骤中，按照下述的磨损物理预测模型定量计算磨损钻头的磨损状态数据：

式中，ω为PDC钻头的无因次磨损速率；kN；A_f为岩石研磨性指标，mg/cm³；P为切削齿正压力，kN；V为切削速度,m/s；h为切削齿无因次磨损高度；a，b，d，k为与切削齿形状、地层特性相关的参数。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在钻井优化步骤中，对于机械比能平稳程度符合磨损条件的深度区段，若其磨损状态数据未达到设定阈值，则确定为轻度磨损，以保障钻井效果为目标调整施工参数后采用原钻头继续钻井；若其磨损状态数据大于等于设定阈值，则确定为重度磨损，更换钻头后再基于匹配的施工参数继续钻进。

9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有可实现如权利要求1～8中任一项所述方法的程序代码。

10.一种PDC钻头磨损状态随钻动态监测系统，其特征在于，所述系统执行如权利要求1～8中任意一项所述的方法。