[发明专利]钻机避卡装置及压差卡钻解卡概率的确定方法

说明书

本发明涉及在一给定地质区域内钻凿一口井孔期间钻杆卡住概率的推算装置。更具体地说，涉及一种装置，用于控制或修正这一井孔中的钻井条件以避免或者由于影响井孔中钻柱运动的机构状况（如井孔角度很大、钻键尺寸过大和类似情况）或者由于因井孔中作用在钻杆上的钻井液相对于围绕井孔的低压地层所具有的过度静水压差而造成的钻杆卡住现象。如果需要，钻柱卡住的其他一些原因可以用同样的方法进一步加以识别和评定。其次，本发明特别涉及一种当钻杆卡住时确定解脱这一钻杆的概率的方法和装置。

本发明的一个特定目的是，用统计学的方法确定（比如用推算或作标绘图，或者两者都用）一口井孔中卡钻的概率並矫正钻井条件以避免这种后果从而控制一口油井的钻凿。这一概率是从作为物理量的大量独立和非独立变量或者参中计算出来的;每一变量代表一项标准的机械、化学或水力钻井条件，通常在钻凿一口油井时是已测得的或者可测定的。在大量油井中钻柱被卡住的深度处测定一些物理参数，並在大量类似油井中钻柱未被卡住的基本上相应的深度处测定同样的这些物理参数。然后就可以用一种称作“多变量分析”的统计分析方法，从某一给定地质区域内这些大量油井中的任一口油井发生卡钻的任一单独深度处这些用类似办法测定出的量来推算卡钻的统计概率。这里用到的“地质区域”包括地质地区中已经钻有大量油井的一片地理区域，其中在各个已知井深范围内通常会遇到象油页岩-砂团或其他不同组分的岩石那样的、类似的地质构造形成物。这些测量是在钻柱在很多情况下卡住（既由于井孔中的机械状况，也由于压差或其他情况）的一些油井中以及在钻杆不曾卡住过的许多类似的油井中作出的。按照用这种分析为每一变量所确定的各个系数，有选择地控制这些测得的物理量或变量，可以提高钻井期间避免钻杆卡住的概率。

依照本发明，对钻井期间测出的数据中各个变化的机械和水力量从事监控和矫正是借助于对大量油井中每一口油井的大量测得变量进行多变量分析而实现的。这些变量至少是在两种类别或组别的油井中测得的;可能包括其中钻柱已被卡住和未被卡住的一些油井，或者其中钻柱已经解卡或尚未解卡的一些卡钻油井。这种分析依靠矩阵代数为每一口油井生成一个油井矢量以表示在给定深度范围内某一选定的深度处该油井的一些特定变量。随后，每一个这样的代数值用数字记录下来，或用图形标绘出来。这种图形最好是处于带有象超平面那样的较低维数超表面的空间之内;选择这些超平面是为了：把两种或多种类别油井中每一类别的数学均值或矩心附近的、各种类别的分布从其他一种或几种类别的均值或矩心最好地分隔出来。把每一油井置于适当类别之中的、那些所选定的大量有关联和无关联（但都是测得的或可测定的）变量所具有的统计概率使得有可能确定一个根据另一给定油井中现有的或拟议的各种钻井条件生成的一个类似的油井矢量。因而，这样一个油井矢量的现有的或拟议的位置是同每一组别或类别油井的均值或矩心有关的。于是，改变诸如钻井液性质、井眼角度、钻柱组合等，以便对这一矢量的数值施以正的或负的影响从而改变其相对于各空间区域的标绘地点或数字均值-后二者是各自类别油井的典型特征，就可以估定对一口个别油井中钻井条件如何控制。

本说明和权利要求中所采用的一些数字实例，包括用于记录或显示的计算，表明借助于本发明中的装置和方法如何一般地应用多变量分析指示或测定由于某种原因或几种原因的综合而造成的钻杆卡住的概率。为了便于说明，也为了那些精通钻井工艺、或者统计学或者所有两方面的人员便于理解，各具体实例中的专门名词一般地都定义为线性的和平面的。不过，需要了解的是，以下各个词在用于详细说明和权利要求中的时候，被规定包含在以下各定义的广泛意义之内。

“多变量分析”指的是，采用各种方法针对大量分析对象（已钻凿的或可钻凿的井孔）中的任何一个，估定大量变数或测量结果（油井参数）的相依关系，为此应用数据矩阵以区分这些对象的组别或类别，並且把另一对象适当地归入到一个或多个组别或类别中去。

“平面”一词（包括“映象平面”或表面）用来确定任何可定义的表面或空间，无论是二维的或多维的，平伸的或曲线的。这个词还包括某一空间或子空间中的各个超平面或表面;此空间或子空间可用于显示或度量交线上各点之间、这种平面或表面同某一油井矢量之间的各个距离。更具体地说，平面是任何空间或表面;此表面的正切为一常量，或是标量，或是其某种函数表象。

“矩心”一词表明多维空间中的某一地址，即包含各个油井矢量集中趋向值在内的某一特定体积或面积;这些油井矢量是同任何其他一个油井矢量统计组的集中趋向值充分间隔开来的一组油井矢量。