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2019/4/15,钻进参数优选,第五章,概述,第 1节 泥浆性能对钻速的影响,第 2节 钻压转速对钻速的影响,第 3节 钻井参数优选方法,2019/4/15,影响钻速的参数主要有哪些？,应优选的参数,如何进行优选？,遇到的主要问题。,优选参数钻井的发展过程与现状。,钻进参数优选 1. 概述,优化的基本目标,2019/4/15,优化的基本目标,Cb+Cr(Tt+T) 每米成本：C= H Cb 钻头成本， Cr 钻机单位时间作业费 Tt 起下钻时间，T 钻头工作时间 H 钻头总进尺,2019/4/15,优化的基本目标,H和钻头工作时间与钻速有关： 钻速越大，钻头工作时间越长; 则H越大。 钻速越小，钻头工作时间越小; 则H越小。,钻速与钻头工作时间有一合理范围，需优选。,Cb+Cr(Tt+T) 每米成本：C= H,2019/4/15,影响钻速的参数主要有哪些,客观因素(固定参数)： 地质条件 岩层性质 钻井深度 具体如：岩石可钻性、致密性、埋藏深度、地层对钻压转速的敏感指数等参数。,特点：不能任意改变。,2019/4/15,影响钻速的参数主要有哪些,主观因素(可调参数) 钻井液性能和流变性参数 机械参数：钻压、转速、钻头类型 水力参数：泵型选择、泵压、排量和水眼组合。 具体如钻井液密度、粘度，钻头磨损 .,特点：可调节的、可变化的,2019/4/15,应优选的参数,主观因素 有较大的可变化性，而不同的钻进参数，所产生的钻进效果是不同的，因此，应优选这些参数的变化范围，以获得预期的钻进效果。,泥浆参数泥浆设计 水力参数喷射钻井 机械参数主要目标,2019/4/15,如何进行优选,确定优化目标,用最优化方法确定出各 参数应满足的条件的范围,建立影响因素与优化目标 之间的数学模型（目标函数）,确定影响目标的主要 因素和影响规律,钻速 每米成本,2019/4/15,如何进行优选,确定优化目标,用最优化方法确定出各 参数应满足的条件的范围,建立影响因素与优化目标 之间的数学模型（目标函数）,确定影响目标的主要 因素和影响规律,钻头类型影响 水力参数对钻速影响 钻井液性能对钻速影响 钻压、转速对钻速影响,2019/4/15,如何进行优选,确定优化目标,用最优化方法确定出各 参数应满足的条件的范围,建立影响因素与优化目标 之间的数学模型（目标函数）,确定影响目标的主要 因素和影响规律,钻速=f(钻压、转速） 钻速=f(泥浆密度） 钻速=f(泥浆粘度） 钻速=f(多因素.） 成本=f(),2019/4/15,如何进行优选,确定优化目标,用最优化方法确定出各 参数应满足的条件的范围,建立影响因素与优化目标 之间的数学模型（目标函数）,确定影响目标的主要 因素和影响规律,求极值法 最小二乘法 线性规划 .,2019/4/15,遇到的主要问题,创建符合钻井客观规律的数学模型 一般方法是通过实验与现场统计的方法进行 最优化技术的运用 能求解所建立的目标函数,2019/4/15,优选参数钻井的发展,1947年美国Hamble石油公司定量估价影响刮刀钻头钻进速度的有关因素与影响规律; 1957年成立钻压、转速协会; 60年代开始研与应用喷射钻井技术 我国从“六五”开始研究优选参数钻井，主要突出成果为： 发展和证实了水力参数与机械参数在破岩清岩中存在交互作用的新理论。 创立和证实了压差影响系数是随井深而变的新理论。,2019/4/15,优选参数钻井的发展,成功应用动态规划方法，实现全井钻头序列优化。国内首创，国际先进。 应用模糊数学方法，统计建立钻速模式，国际先进。（87世界石油大会） 从技术到装备，从实验到现场形成了一套包括钻井模式、优选程序、数据库和程序库、不分散低固相钻井液、钻井液净化装置、大功率钻进泵等有效配套的优选参数钻井技术。 1986年底，钻优选参数实验井2046口，总进尺558.62万米，与此1982年相比，平均机械钻速提高115.3%，钻机月速度提高73%，与1983-1986年的喷射钻井相比，机械钻速提高64.9%，钻机月速度提高24.3%。,2019/4/15,影响钻速的参数主要有哪些？,应优选的参数,如何进行优选？,遇到的主要问题。,优选参数钻井的发展过程与现状。,钻进参数优选 1. 概述,优化的基本目标,2019/4/15,优化的基本目标,Cb+Cr(Tt+T) 每米成本：C= H Cb 钻头成本， Cr 钻机单位时间作业费 Tt 起下钻时间，T 钻头工作时间 H 钻头总进尺,优化的基本目标,H和钻头工作时间与钻速有关： 钻速越大，钻头工作时间越长; 则H越大。 钻速越小，钻头工作时间越小; 则H越小。,钻速与钻头工作时间有一合理范围，需优选。,Cb+Cr(Tt+T) 每米成本：C= H,2019/4/15,影响钻速的参数主要有哪些,客观因素(固定参数)： 地质条件 岩层性质 钻井深度 具体如：岩石可钻性、致密性、埋藏深度、地层对钻压转速的敏感指数等参数。,特点：不能任意改变。,2019/4/15,影响钻速的参数主要有哪些,主观因素(可调参数) 钻井液性能和流变性参数 机械参数：钻压、转速、钻头类型 水力参数：泵型选择、泵压、排量和水眼组合。 具体如钻井液密度、粘度，钻头磨损 .,特点：可调节的、可变化的,2019/4/15,应优选的参数,主观因素 有较大的可变化性，而不同的钻进参数，所产生的钻进效果是不同的，因此，应优选这些参数的变化范围，以获得预期的钻进效果。,泥浆参数泥浆设计 水力参数喷射钻井 机械参数主要目标,2019/4/15,如何进行优选,确定优化目标,用最优化方法确定出各 参数应满足的条件的范围,建立影响因素与优化目标 之间的数学模型（目标函数）,确定影响目标的主要 因素和影响规律,钻速 每米成本,2019/4/15,如何进行优选,确定优化目标,用最优化方法确定出各 参数应满足的条件的范围,建立影响因素与优化目标 之间的数学模型（目标函数）,确定影响目标的主要 因素和影响规律,钻头类型影响 水力参数对钻速影响 钻井液性能对钻速影响 钻压、转速对钻速影响,2019/4/15,如何进行优选,确定优化目标,用最优化方法确定出各 参数应满足的条件的范围,建立影响因素与优化目标 之间的数学模型（目标函数）,确定影响目标的主要 因素和影响规律,钻速=f(钻压、转速） 钻速=f(泥浆密度） 钻速=f(泥浆粘度） 钻速=f(多因素.） 成本=f(),2019/4/15,如何进行优选,确定优化目标,用最优化方法确定出各 参数应满足的条件的范围,建立影响因素与优化目标 之间的数学模型（目标函数）,确定影响目标的主要 因素和影响规律,求极值法 最小二乘法 线性规划 .,2019/4/15,遇到的主要问题,创建符合钻井客观规律的数学模型 一般方法是通过实验与现场统计的方法进行 最优化技术的运用 能求解所建立的目标函数,2019/4/15,优选参数钻井的发展,1947年美国Hamble石油公司定量估价影响刮刀钻头钻进速度的有关因素与影响规律; 1957年成立钻压、转速协会; 60年代开始研与应用喷射钻井技术 我国从“六五”开始研究优选参数钻井，主要突出成果为： 发展和证实了水力参数与机械参数在破岩清岩中存在交互作用的新理论。 创立和证实了压差影响系数是随井深而变的新理论。,2019/4/15,优选参数钻井的发展,成功应用动态规划方法，实现全井钻头序列优化。国内首创，国际先进。 应用模糊数学方法，统计建立钻速模式，国际先进。（87世界石油大会） 从技术到装备，从实验到现场形成了一套包括钻井模式、优选程序、数据库和程序库、不分散低固相钻井液、钻井液净化装置、大功率钻进泵等有效配套的优选参数钻井技术。 1986年底，钻优选参数实验井2046口，总进尺558.62万米，与此1982年相比，平均机械钻速提高115.3%，钻机月速度提高73%，与1983-1986年的喷射钻井相比，机械钻速提高64.9%，钻机月速度提高24.3%。,2019/4/15,第 1节 泥浆性能对钻速的影响,2019/4/15,1 影响钻速的泥浆因素,2 泥浆密度对钻速的影响,3 泥浆粘度对钻速的影响,4 泥浆固相含量对钻速的影响,2019/4/15,泥浆性能对钻速的影响,1 影响钻速的泥浆因素,2 泥浆密度对钻速的影响,3 泥浆粘度对钻速的影响,泥浆参数列表,影响规律,影响原理,数学模型的建立,影响钻速的泥浆因素,主要参数： 密度 粘度 失水量 固相含量 分散性,影响规律,影响原理,数学模型的建立,4 泥浆固相含量对钻速的影响,影响规律,影响原理,研究方法： 通过实验研究(实验室实验、现场实验)找出单因素影响规律，根据规律曲线建立影响规律的数学模型。,2019/4/15,泥浆性能对钻速的影响,1 影响钻速的泥浆因素,2 泥浆密度对钻速的影响,3 泥浆粘度对钻速的影响,泥浆参数列表,影响规律,影响原理,数学模型的建立,泥浆密度对钻速的影响规律,影响规律,影响原理,数学模型的建立,4 泥浆固相含量对钻速的影响,影响规律,影响原理,P=0.5KN n=50r/min,2019/4/15,泥浆性能对钻速的影响,1 影响钻速的泥浆因素,2 泥浆密度对钻速的影响,3 泥浆粘度对钻速的影响,泥浆参数列表,影响规律,影响原理,数学模型的建立,泥浆密度对钻速的影响规律,影响规律,影响原理,数学模型的建立,4 泥浆固相含量对钻速的影响,影响规律,影响原理,2019/4/15,泥浆性能对钻速的影响,1 影响钻速的泥浆因素,2 泥浆密度对钻速的影响,3 泥浆粘度对钻速的影响,泥浆参数列表,影响规律,影响原理,数学模型的建立,泥浆密度对钻速的影响规律,影响规律,影响原理,数学模型的建立,4 泥浆固相含量对钻速的影响,影响规律,影响原理,2019/4/15,泥浆性能对钻速的影响,1 影响钻速的泥浆因素,2 泥浆密度对钻速的影响,3 泥浆粘度对钻速的影响,泥浆参数列表,影响规律,影响原理,数学模型的建立,泥浆密度对钻速的影响原理,影响规律,影响原理,数学模型的建立,4 泥浆固相含量对钻速的影响,影响规律,影响原理,在井底产生压差，对已破碎的岩屑有压持作用，阻碍井底岩屑的及时清除，从而使钻速相应下降。,地层压力,泥浆压力,2019/4/15,泥浆性能对钻速的影响,1 影响钻速的泥浆因素,2 泥浆密度对钻速的影响,3 泥浆粘度对钻速的影响,泥浆参数列表,影响规律,影响原理,数学模型的建立,泥浆密度对钻速影响的数学模型,影响规律,影响原理,数学模型的建立,4 泥浆固相含量对钻速的影响,影响规律,影响原理,2019/4/15,泥浆性能对钻速的影响,1 影响钻速的泥浆因素,2 泥浆密度对钻速的影响,3 泥浆粘度对钻速的影响,泥浆参数列表,影响规律,影响原理,数学模型的建立,泥浆密度对钻速影响的数学模型,影响规律,影响原理,数学模型的建立,4 泥浆固相含量对钻速的影响,影响规律,影响原理,压差与钻速之间的关系,考虑岩层性质的影响，加入影响因素a8,V0零钻压时的钻速 Vm钻速 m 直线斜率,2019/4/15,要提高Vm，应降低泥浆密度。 泥浆密度的降低值是受限制的，一般可采用下式要求进行调节。 m=Gp+ 0.030.05,泥浆性能对钻速的影响,1 影响钻速的泥浆因素,2 泥浆密度对钻速的影响,3 泥浆粘度对钻速的影响,泥浆参数列表,影响规律,影响原理,数学模型的建立,泥浆密度对钻速影响的数学模型,影响规律,影响原理,数学模型的建立,4 泥浆固相含量对钻速的影响,影响规律,影响原理,分析,2019/4/15,泥浆性能对钻速的影响,1 影响钻速的泥浆因素,2 泥浆密度对钻速的影响,3 泥浆粘度对钻速的影响,泥浆参数列表,影响规律,影响原理,数学模型的建立,泥浆粘度对钻速的影响规律,影响规律,影响原理,数学模型的建立,4 泥浆固相含量对钻速的影响,影响规律,影响原理,2019/4/15,泥浆性能对钻速的影响,1 影响钻速的泥浆因素,2 泥浆密度对钻速的影响,3 泥浆粘度对钻速的影响,泥浆参数列表,影响规律,影响原理,数学模型的建立,泥浆粘度对钻速的影响规律,影响规律,影响原理,数学模型的建立,4 泥浆固相含量对钻速的影响,影响规律,影响原理,2019/4/15,泥浆性能对钻速的影响,1 影响钻速的泥浆因素,2 泥浆密度对钻速的影响,3 泥浆粘度对钻速的影响,泥浆参数列表,影响规律,影响原理,数学模型的建立,泥浆粘度对钻速的影响原理,影响规律,影响原理,数学模型的建立,4 泥浆固相含量对钻速的影响,影响规律,影响原理,泥浆粘度,2019/4/15,泥浆性能对钻速的影响,1 影响钻速的泥浆因素,2 泥浆密度对钻速的影响,3 泥浆粘度对钻速的影响,泥浆参数列表,影响规律,影响原理,数学模型的建立,泥浆粘度对钻速影响的数学模型,影响规律,影响原理,数学模型的建立,4 泥浆固相含量对钻速的影响,影响规律,影响原理,泥浆的运动粘度和水力参数对钻速的影响：,K比例常数 de钻头喷嘴直径 Q泥浆排量 泥浆视粘度 泥浆密度,2019/4/15,泥浆性能对钻速的影响,1 影响钻速的泥浆因素,2 泥浆密度对钻速的影响,3 泥浆粘度对钻速的影响,泥浆参数列表,影响规律,影响原理,数学模型的建立,泥浆固相含量对钻速的影响规律,影响规律,影响原理,数学模型的建立,4 泥浆固相含量对钻速的影响,影响规律,影响原理,钻速,固相含量,固相含量对钻井指标的影响,50,100,150,15,5,钻头数,钻井天数,米/天,2019/4/15,泥浆性能对钻速的影响,1 影响钻速的泥浆因素,2 泥浆密度对钻速的影响,3 泥浆粘度对钻速的影响,泥浆参数列表,影响规律,影响原理,数学模型的建立,泥浆固相含量对钻速的影响规律,影响规律,影响原理,数学模型的建立,4 泥浆固相含量对钻速的影响,影响规律,影响原理,钻速,分散体系,固相含量和分散性对钻速的影响,65,75,85,4,2,不分散体系,2019/4/15,泥浆性能对钻速的影响,1 影响钻速的泥浆因素,2 泥浆密度对钻速的影响,3 泥浆粘度对钻速的影响,泥浆参数列表,影响规律,影响原理,数学模型的建立,泥浆固相含量对钻速的影响原理,影响规律,影响原理,数学模型的建立,4 泥浆固相含量对钻速的影响,影响规律,影响原理,结论： 泥浆性能是影响钻速的极重要因素 泥浆性能的确定在较大程度上将受到其它要求的影响，应在满足这些要求的基础上进行; 很难找到反映泥浆性能影响规律的数学模式。,2019/4/15,2019/4/15,第 2节 牙轮钻头钻压、转速的影响,2019/4/15,钻压、转速所产生的影响,对钻速产生影响,对钻头磨损产生影响， 缩短寿命,2019/4/15,对钻速的影响,1 对钻速的影响,研究方法,实验室研究情况,钻进实验研究情况,牙齿磨损的影响,研究方法,目的 导出钻压、转速与钻速的相互关系 方法 严格控制其它参数不变，通过实验测定钻压或转速对钻速的影响 途径 实验室：单齿压入试验 现 场：直接钻速试验,钻速模型,2019/4/15,对钻速的影响,1 对钻速的影响,实验室研究情况,单齿压入试验(Mourer W.C.),测量参数: 岩石破碎体积，钻压，转速 条件： 井底岩屑不发生重复破碎 钻速模式：,K与钻头类型和岩石强度有关的系数,N钻头转速,P钻压,D钻头直径,Vc=f(P,S) Vm=f(Vc,n,A),研究方法,实验室研究情况,钻进实验研究情况,牙齿磨损的影响,钻速模型,2019/4/15,对钻速的影响,1 对钻速的影响,实验室研究情况,单齿压入试验(Mourer W.C.),钻速模式：,规律：机械钻速与钻压平方成正比， 与转数成线性关系。,研究方法,实验室研究情况,钻进实验研究情况,牙齿磨损的影响,钻速模型,2019/4/15,对钻速的影响,1 对钻速的影响,实验室研究情况,钻进试验(Rowley D.S.),研究方法,实验室研究情况,钻进实验研究情况,牙齿磨损的影响,钻速模型,2019/4/15,对钻速的影响,1 对钻速的影响,实验室研究情况,钻进试验(Rowley D.S.),研究方法,实验室研究情况,钻进实验研究情况,牙齿磨损的影响,钻速模型,2019/4/15,对钻速的影响,1 对钻速的影响,实验室研究情况,钻进试验(Rowley D.S.),研究方法,实验室研究情况,钻进实验研究情况,牙齿磨损的影响,钻速模型,2019/4/15,对钻速的影响,1 对钻速的影响,实验室研究情况,钻进试验(Rowley D.S.),规律：机械钻速与钻压平方成正比， 与转数成线性关系(300转以下)。,研究方法,实验室研究情况,钻进实验研究情况,牙齿磨损的影响,钻速模型,2019/4/15,对钻速的影响,1 对钻速的影响,现场钻进实验研究情况,试验内容：钻压与钻速 转速与钻速 试验条件：其它钻进参数保持不变。 试验情况：,研究方法,实验室研究情况,钻进实验研究情况,牙齿磨损的影响,钻速模型,2019/4/15,对钻速的影响,1 对钻速的影响,现场钻进实验研究情况,研究方法,实验室研究情况,钻进实验研究情况,牙齿磨损的影响,钻速模型,2019/4/15,对钻速的影响,1 对钻速的影响,现场钻进实验研究情况,分析： a. 不同钻压范围，钻速与钻压呈不同的变化关系 0-a: 与P的平方成正比 a-b: 线性关系 b-c: 逐渐降低，趋于不变 b. 通用钻压范围：a-b段 c. 钻压与钻速的关系： Vm (P-M) M门限钻压，相当于牙齿开始压入岩层时的钻压，与岩层性质有关。 另： Vm Pa,研究方法,实验室研究情况,钻进实验研究情况,牙齿磨损的影响,钻速模型,2019/4/15,对钻速的影响,1 对钻速的影响,现场钻进实验研究情况,研究方法,实验室研究情况,钻进实验研究情况,牙齿磨损的影响,钻速模型,2019/4/15,对钻速的影响,1 对钻速的影响,现场钻进实验研究情况,分析： a. 净化情况和岩石性质不同，转速影响规律不同 b. 转速与钻速的关系：,Vm n,1,研究方法,实验室研究情况,钻进实验研究情况,牙齿磨损的影响,钻速模型,2019/4/15,对钻速的影响,1 对钻速的影响,牙齿磨损的影响,现象： 试验中，即使岩性均匀一致，钻压、转速和其它参数不变，钻速也会随工作时间的增加而下降。,原因： 钻头牙齿磨损，工作效率下降。,研究方法,实验室研究情况,钻进实验研究情况,牙齿磨损的影响,钻速模型,2019/4/15,对钻速的影响,1 对钻速的影响,牙齿磨损的影响,研究方法,实验室研究情况,钻进实验研究情况,牙齿磨损的影响,钻速模型,2019/4/15,对钻速的影响,1 对钻速的影响,牙齿磨损的影响,钻速与牙齿磨损的关系：,C2牙齿磨损系数，与牙齿特性及岩层性质有关 h 牙齿磨损量，以牙齿的相对磨损高度表示， 新齿时：h=0, 全部磨损h=1,s,H,h=s/H,研究方法,实验室研究情况,钻进实验研究情况,牙齿磨损的影响,钻速模型,2019/4/15,对钻速的影响,1 对钻速的影响,钻速模型,前面通过试验确定了钻压、转速、牙齿磨损单因素对钻速的影响规律。 Vm=f1(P) Vm=f2(n) Vm=f3(h),三参数对钻速的综合影响： Vm=f1(P)f2(n)f3(h),假设条件：三个参数相互间不产生影响,研究方法,实验室研究情况,钻进实验研究情况,牙齿磨损的影响,钻速模型,2019/4/15,对钻速的影响,1 对钻速的影响,钻速模型,杨格钻速模式：,K岩石可钻性系数，与岩石硬度、钻头类型及泥浆 性能等因素有关 M门限钻压 转速指数 C2牙齿磨损系数,研究方法,实验室研究情况,钻进实验研究情况,牙齿磨损的影响,钻速模型,2019/4/15,对钻速的影响,1 对钻速的影响,钻速模型,修正杨格钻速模式：,K岩石可钻性系数，与岩石硬度、钻头类型及泥浆 性能等因素有关 M门限钻压 转速指数 C2牙齿磨损系数 CP压差影响系数 CH水力参数影响系数,研究方法,实验室研究情况,钻进实验研究情况,牙齿磨损的影响,钻速模型,2019/4/15,对钻速的影响,1 对钻速的影响,钻速模型,CP系数：,意义：反映井底压差对钻速的影响。 当泥浆密度与地层压力相等时，CP=1,研究方法,实验室研究情况,钻进实验研究情况,牙齿磨损的影响,钻速模型,2019/4/15,对钻速的影响,1 对钻速的影响,钻速模型,CH系数：,意义：反映井底净化情况的影响。,ENb实际钻头比水功率 ENbn井底充分净化要求的最低比水功率 由阿莫可研究中心提供的曲线确定 Vmn井底充分净化时的钻速,研究方法,实验室研究情况,钻进实验研究情况,牙齿磨损的影响,钻速模型,2019/4/15,对钻速的影响,1 对钻速的影响,钻速模型,净化不完善区,净化完善区,研究方法,实验室研究情况,钻进实验研究情况,牙齿磨损的影响,钻速模型,2019/4/15,对钻头磨损的影响,2 对钻头磨损的影响,影响现象,影响现象,钻压、转速对牙齿磨损速度的影响,钻压、转速对钻头轴承磨损速度的影响,牙轮钻头的磨损包括两个方面： 牙齿的磨损 钻头轴承的磨损,研究意义： 确定钻头的使用寿命。,2019/4/15,对钻头磨损的影响,2 对钻头磨损的影响,钻压、转速对牙齿磨损速度的影响,A. 牙齿磨损速度： 单位时间齿高的磨损量，dh/dt,B. 牙齿磨损速度与钻压的关系：,D1、D2为钻压影响系数，与牙轮的尺寸有关。,分析： 当 P=D2/D1时，dh/dt为无穷大，说明D2/D1为牙轮钻头的极限钻压。,影响现象,钻压、转速对牙齿磨损速度的影响,钻压、转速对钻头轴承磨损速度的影响,2019/4/15,对钻头磨损的影响,2 对钻头磨损的影响,钻压、转速对牙齿磨损速度的影响,影响现象,钻压、转速对牙齿磨损速度的影响,钻压、转速对钻头轴承磨损速度的影响,2019/4/15,对钻头磨损的影响,2 对钻头磨损的影响,钻压、转速对牙齿磨损速度的影响,钻压影响系数,D2,D1,钻头直径,影响现象,钻压、转速对牙齿磨损速度的影响,钻压、转速对钻头轴承磨损速度的影响,2019/4/15,对钻头磨损的影响,2 对钻头磨损的影响,钻压、转速对牙齿磨损速度的影响,C. 牙齿磨损速度与转速的关系：,Q1，Q2是由钻头类型决定的系数（表5-2） 特点： 对用于软地层的钻头，Q1、Q2较大，其耐磨性较差。,影响现象,钻压、转速对牙齿磨损速度的影响,钻压、转速对钻头轴承磨损速度的影响,2019/4/15,对钻头磨损的影响,2 对钻头磨损的影响,钻压、转速对牙齿磨损速度的影响,C. 牙齿磨损速度与转速的关系：,影响现象,钻压、转速对牙齿磨损速度的影响,钻压、转速对钻头轴承磨损速度的影响,2019/4/15,对钻头磨损的影响,2 对钻头磨损的影响,钻压、转速对牙齿磨损速度的影响,C. 牙齿磨损速度与转速的关系：,问题： 牙齿的磨损速度 随齿高的磨损而下降,s,H,齿高磨损量与牙齿磨损速度的关系,C1为牙齿磨损系数, 见表5-2,影响现象,钻压、转速对牙齿磨损速度的影响,钻压、转速对钻头轴承磨损速度的影响,2019/4/15,对钻头磨损的影响,2 对钻头磨损的影响,钻压、转速对牙齿磨损速度的影响,C. 牙齿磨损速度与转速的关系：,影响现象,钻压、转速对牙齿磨损速度的影响,钻压、转速对钻头轴承磨损速度的影响,2019/4/15,对钻头磨损的影响,2 对钻头磨损的影响,钻压、转速对牙齿磨损速度的影响,D. 牙齿磨损速度综合关系：,Af是地层研磨性系数。 当钻压、转速和压齿的磨损状况一致时，压轮钻头牙齿的磨损速度与地层的研磨性成正比。,影响现象,钻压、转速对牙齿磨损速度的影响,钻压、转速对钻头轴承磨损速度的影响,2019/4/15,对钻头磨损的影响,2 对钻头磨损的影响,钻压、转速对轴承磨损速度的影响,B. 轴承磨损速度综合关系：,A. 轴承磨损的影响：,对轴承先磨损的钻头，其寿命用轴承磨损速度来确定。 这类钻头常见于：用于研磨性较低的岩层或用牙齿耐磨性高的镶齿钻头的情况。,B轴承磨损量，由轴承分级标准确定 b轴承工作系数，与钻头类型和泥浆有关,影响现象,钻压、转速对牙齿磨损速度的影响,钻压、转速对钻头轴承磨损速度的影响,2019/4/15,对钻头磨损的影响,2 对钻头磨损的影响,钻压、转速对轴承磨损速度的影响,影响现象,钻压、转速对牙齿磨损速度的影响,钻压、转速对钻头轴承磨损速度的影响,2019/4/15,对钻头磨损的影响,2 对钻头磨损的影响,钻压、转速对轴承磨损速度的影响,影响现象,钻压、转速对牙齿磨损速度的影响,钻压、转速对钻头轴承磨损速度的影响,2019/4/15,1、钻压、转速有哪两方面的影响？ 2、钻压、转速影响钻速的规律是什么？ 钻压线性关系，有一门限钻压 转速指数关系，指数最大为1 3、钻速模式： 杨格模式 修正的杨格模式 修正的杨格模式中CH、CP的意义 4、钻压、转速从哪两方面影响钻头磨损 5、牙齿磨损的规律、轴承磨损规律。,2019/4/15,复习 1、钻速模型 2、钻头磨损模型,2019/4/15,问题： 已知压轮钻头牙齿的磨损量， 求钻头已使用的时间。,思路： 1、采用牙齿磨损模型 2、积分求使用时间与牙齿磨损量的关系 3、代入具体参数计算,2019/4/15,第 3节 钻进参数的优选方法,2019/4/15,获得最优的单位进尺成本,Cb+Cr(Tt+T) 每米成本：C= H Cb 钻头成本， Cr 钻机单位时间作业费 Tt 起下钻时间，T 钻头工作时间 H 钻头总进尺,最主要的影响因素：,机械钻速,目标：,钻头磨损,2019/4/15,机械钻速,Vm=f(P,n,h,CP,CH)=dH/dt,钻头磨损,dh/dt=f(n,P,h), dB/dt=f(n,P),2019/4/15,机械钻速,钻头磨损,钻头总进尺，工作时间,根据：,C=f(P,n,hf,CH,CP),2019/4/15,钻井参数优化的关键是： 取得合理的钻进模式,优选参数钻井的基本方法为：,A. 根据油田情况选用适用的钻进模式; B. 根据钻井实际资料，确定所用钻进模式的有关参数; C. 建立判别优选标准的目标函数; D. 根据约束条件，寻求目标函数的极值点。,以下将以修正的杨格为基础，逐步介绍其具体操作思路和方法。,2019/4/15,1 确定钻进模型的有关参数,参数介绍,求门限钻压M和钻速指数,求地层可钻性系数K,求牙齿磨损系数C2,参数介绍,求岩石研磨性系数Af,从钻速模型和牙齿磨损模式中，可看出：,要使用这些模式，必须先确定其式的常数数值。 主要有：K、M、 、C2、Af、b,2019/4/15,1 确定钻进模型的有关参数,求门限钻压M和钻速指数,A.方法：释放钻压法 B.目的：获得钻速随钻压、转速的变化曲线,C.释放钻压法的原理：应力应变规律, = E,P,Vm,M,参数介绍,求门限钻压M和钻速指数,求地层可钻性系数K,求牙齿磨损系数C2,求岩石研磨性系数Af,2019/4/15,1 确定钻进模型的有关参数,求门限钻压M和钻速指数,L,L,P,P- P,=P/As,=L/L,参数介绍,求门限钻压M和钻速指数,求地层可钻性系数K,求牙齿磨损系数C2,求岩石研磨性系数Af,2019/4/15,1 确定钻进模型的有关参数,求门限钻压M和钻速指数, = E,通过测定钻压下降P时间内的机械钻速 L/ t，便可作出钻压钻速曲线,参数介绍,求门限钻压M和钻速指数,求地层可钻性系数K,求牙齿磨损系数C2,求岩石研磨性系数Af,2019/4/15,1 确定钻进模型的有关参数,求门限钻压M和钻速指数,D.释放钻压法的具体步骤：（见书P58）,注意： 在一个转速下，测完一组数据后，需改变转速进行，这样可测出转速对钻压的影响。 (试验数据用表5-4记录),参数介绍,求门限钻压M和钻速指数,求地层可钻性系数K,求牙齿磨损系数C2,求岩石研磨性系数Af,2019/4/15,1 确定钻进模型的有关参数,求门限钻压M和钻速指数,平均 n1 n2 钻压P 钻压Pa t t Vm t t Vm,参数介绍,求门限钻压M和钻速指数,求地层可钻性系数K,求牙齿磨损系数C2,求岩石研磨性系数Af,P0 P1 P2 . . .,Pa1 Pa2 Pa3 . . .,0 t11 t21 t31, t11 t21 t31 . . .,V11 V21 V31 . . .,V12 V22 V32 . . .,0 t12 t22 t32, t12 t22 t32 . . .,2019/4/15,1 确定钻进模型的有关参数,求门限钻压M和钻速指数,E.门限钻压M与钻速指数 的计算,考虑新钻头时：h=0, 则用修正的杨格模式可得,参数介绍,求门限钻压M和钻速指数,求地层可钻性系数K,求牙齿磨损系数C2,求岩石研磨性系数Af,2019/4/15,1 确定钻进模型的有关参数,求门限钻压M和钻速指数,参数介绍,求门限钻压M和钻速指数,求地层可钻性系数K,求牙齿磨损系数C2,求岩石研磨性系数Af,2019/4/15,1 确定钻进模型的有关参数,求门限钻压M和钻速指数,由同一钻压下不同转速的钻速值有,参数介绍,求门限钻压M和钻速指数,求地层可钻性系数K,求牙齿磨损系数C2,求岩石研磨性系数Af,2019/4/15,1 确定钻进模型的有关参数,求门限钻压M和钻速指数,计算实例1（P59，例5-5）,参数介绍,求门限钻压M和钻速指数,求地层可钻性系数K,求牙齿磨损系数C2,求岩石研磨性系数Af,A、计算条件 B、计算内容 M、 C、计算,1、求平均钻压 2、求某一测点的门限钻压 3、求平均M值,2019/4/15,1 确定钻进模型的有关参数,求地层可钻性系数K,A. 方法：用新钻头试钻资料反算,B. 条件： h=0 CH=1 CP 由邻井统计资料确定 Vm，P，n 采用线性段曲线的数据 M， 采用前面的计算结果,参数介绍,求门限钻压M和钻速指数,求地层可钻性系数K,求牙齿磨损系数C2,求岩石研磨性系数Af,2019/4/15,1 确定钻进模型的有关参数,求牙齿磨损系数C2,A. 方法：用新钻头试钻资料反算,C. 条件： 用开始钻进和钻进到某一程度时的数据计算; 开始时： Vm=Vm0 h=h0 起出时： Vm=Vmf h=hf,B. 公式：由牙齿磨损公式建立,参数介绍,求门限钻压M和钻速指数,求地层可钻性系数K,求牙齿磨损系数C2,求岩石研磨性系数Af,2019/4/15,1 确定钻进模型的有关参数,求岩石研磨性系数Af,A. 方法：用新钻头试钻资料反算,B. 公式：由牙齿磨损公式积分而得,参数介绍,求门限钻压M和钻速指数,求地层可钻性系数K,求牙齿磨损系数C2,求岩石研磨性系数Af,2019/4/15,1 确定钻进模型的有关参数,求岩石研磨性系数Af,计算实例：（P62，例5-6）,参数介绍,求门限钻压M和钻速指数,求地层可钻性系数K,求牙齿磨损系数C2,求岩石研磨性系数Af,A、计算条件 B、计算内容 K、C2、Af、b C、计算,2019/4/15,2 建立优化目标函数,基本方程,钻头总进尺表达式,钻头寿命表达式,最终目标函数形式,基本方程,Cb+Cr(Tt+T) 每米成本：C= H Cb 钻头成本， Cr 钻机单位时间作业费 Tt 起下钻时间，T 钻头工作时间 H 钻头总进尺,2019/4/15,2 建立优化目标函数,钻头总进尺表达式,依据：钻速模式与钻头牙齿磨损模式,基本方程,钻头总进尺表达式,钻头寿命表达式,最终目标函数形式,2019/4/15,2 建立优化目标函数,钻头总进尺表达式,假定：钻压、转速不变，牙齿最终磨损为hf 则积分后可得：,基本方程,钻头总进尺表达式,钻头寿命表达式,最终目标函数形式,2019/4/15,2 建立优化目标函数,钻头总进尺表达式,参数意义：,J初试钻速(h=0)， S初试磨损速度(h=0) J/S钻头理论进尺(无牙齿磨损) E进尺系数，考虑牙齿磨损对钻速和磨损的影响,基本方程,钻头总进尺表达式,钻头寿命表达式,最终目标函数形式,2019/4/15,2 建立优化目标函数,钻头寿命表达式,依据：钻头牙齿磨损模式,F钻头寿命系数，考虑牙齿磨损对钻速和磨损的影响,基本方程,钻头总进尺表达式,钻头寿命表达式,最终目标函数形式,2019/4/15,2 建立优化目标函数,最终目标函数形式,将H，T代入成本模式，有,TE为钻头与起下钻成本的折算时间。当钻头成本和钻机作业费一定时，只与起下钻时间有关。,C=f(P,n,hf,CH,CP),考虑J、E、S、F的各项参数后为：,基本方程,钻头总进尺表达式,钻头寿命表达式,最终目标函数形式,2019/4/15,3 求目标函数的最优参数,基本方法,钻头最优磨损量,最优钻压,最优转速,基本方法,A. 最优参数的位置：,在目标函数的极值点处,B. 极值点的确定,问题：是否满足上面条件的点其C值均为最小？,根据最优化理论，随五参数变化使C处于最小的点处，应有：,最优CH，CP量,C. 最优化方法：,求出满足上面条件的各参数值,优化三参数计算方法,2019/4/15,3 求目标函数的最优参数,最优CH，CP量,求解：,结果：CP，CH应为无穷大,意义：CP,CH的实际最大值均为1，故要使钻进成本最低，应尽量使CH=1，CP=1,基本方法,钻头最优磨损量,最优钻压,最优转速,最优CH，CP量,优化三参数计算方法,2019/4/15,3 求目标函数的最优参数,最优CH，CP量,由于CH，CP已定，故只需求解方程：,考虑约束条件： 1h0 1B0 D2/D1PM M0 D2/D1P0 M0,基本方法,钻头最优磨损量,最优钻压,最优转速,最优CH，CP量,优化三参数计算方法,2019/4/15,3 求目标函数的最优参数,最优CH，CP量,注意：