《互联网优化》ppt课件

1、第五章2022-5-8 2022-5-8 Cb+Cr(Tt+T)每米成本：C=HCb 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2022-5-8 Cb+Cr(Tt+T)每米成本：C=H2022-5-8钻机作业费钻速与钻头工作时间有一合理范围，需优选。钻速与钻头工作时间有一合理范围，需优选。： 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。2022-5-8 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 .2022-

2、5-8 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。 2022-5-82022-5-8确定优化目标确定优化目标用最优化方法确定出各用最优化方法确定出各参数应满足的条件的范围参数应满足的条件的范围建立影响因素与优化目标建立影响因素与优化目标之间的数学模型（目标函数）之间的数学模型（目标函数）确定影响目标的主要确定影响目标的主要因素和影响规律因素和影响规律钻速钻速每米成本每米成本2022-5-8确定优化目标确定优化目标用最优化方法确定出各用最优化方法确定出各参数应满足的条件的范围参数应满足的条件的范围建立影响因素与优化目标建立

3、影响因素与优化目标之间的数学模型（目标函数）之间的数学模型（目标函数）确定影响目标的主要确定影响目标的主要因素和影响规律因素和影响规律钻头类型影响钻头类型影响水力参数对钻速影响水力参数对钻速影响钻井液性能对钻速影响钻井液性能对钻速影响钻压、转速对钻速影响钻压、转速对钻速影响2022-5-8确定优化目标确定优化目标用最优化方法确定出各用最优化方法确定出各参数应满足的条件的范围参数应满足的条件的范围建立影响因素与优化目标建立影响因素与优化目标之间的数学模型（目标函数）之间的数学模型（目标函数）确定影响目标的主要确定影响目标的主要因素和影响规律因素和影响规律钻速钻速=f(钻压、转速）钻压、转速）钻速

4、钻速=f(泥浆密度）泥浆密度）钻速钻速=f(泥浆粘度）泥浆粘度）钻速钻速=f(多多因素因素.）成本成本=f()2022-5-8确定优化目标确定优化目标用最优化方法确定出各用最优化方法确定出各参数应满足的条件的范围参数应满足的条件的范围建立影响因素与优化目标建立影响因素与优化目标之间的数学模型（目标函数）之间的数学模型（目标函数）确定影响目标的主要确定影响目标的主要因素和影响规律因素和影响规律求极值法求极值法最小二乘法最小二乘法线性规划线性规划.一般方法是通过实验与现场统计的方法进行能求解所建立的目标函数2022-5-8 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

5、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。2022-5-8 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

6、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%。2022-5-8 2022-5-8 Cb+Cr(Tt+T)每米成本：C=HCb 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2022-5-8 Cb+Cr(Tt+T)每米成本：C=H2022-5-8钻机作业费钻速与钻头工作时间有一合理范围，需优选。钻速与钻头工作时间有一合理范围，需优选。： 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

7、数等参数。2022-5-8 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 .2022-5-8 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。 2022-5-82022-5-8确定优化目标确定优化目标用最优化方法确定出各用最优化方法确定出各参数应满足的条件的范围参数应满足的条件的范围建立影响因素与优化目标建立影响因素与优化目标之间的数学模型（目标函数）之间的数学模型（目标函数）确定影响目标的主要确定影响目标的主要因素和影响规律因素和影响规律钻

8、速钻速每米成本每米成本2022-5-8确定优化目标确定优化目标用最优化方法确定出各用最优化方法确定出各参数应满足的条件的范围参数应满足的条件的范围建立影响因素与优化目标建立影响因素与优化目标之间的数学模型（目标函数）之间的数学模型（目标函数）确定影响目标的主要确定影响目标的主要因素和影响规律因素和影响规律钻头类型影响钻头类型影响水力参数对钻速影响水力参数对钻速影响钻井液性能对钻速影响钻井液性能对钻速影响钻压、转速对钻速影响钻压、转速对钻速影响2022-5-8确定优化目标确定优化目标用最优化方法确定出各用最优化方法确定出各参数应满足的条件的范围参数应满足的条件的范围建立影响因素与优化目标建立影响

9、因素与优化目标之间的数学模型（目标函数）之间的数学模型（目标函数）确定影响目标的主要确定影响目标的主要因素和影响规律因素和影响规律钻速钻速=f(钻压、转速）钻压、转速）钻速钻速=f(泥浆密度）泥浆密度）钻速钻速=f(泥浆粘度）泥浆粘度）钻速钻速=f(多多因素因素.）成本成本=f()2022-5-8确定优化目标确定优化目标用最优化方法确定出各用最优化方法确定出各参数应满足的条件的范围参数应满足的条件的范围建立影响因素与优化目标建立影响因素与优化目标之间的数学模型（目标函数）之间的数学模型（目标函数）确定影响目标的主要确定影响目标的主要因素和影响规律因素和影响规律求极值法求极值法最小二乘法最小二乘

10、法线性规划线性规划.一般方法是通过实验与现场统计的方法进行能求解所建立的目标函数2022-5-8 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。2022-5-8 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

11、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%。2022-5-82022-5-82022-5-8影响钻速的泥浆因素影响钻速的泥浆因素2022-5-8泥浆性能对钻速的影响泥浆性能对钻速的影响 2 泥浆密度泥浆密度对钻速的影响对钻速的影响 3 泥浆粘度泥浆粘度对钻速的影响对钻速的影响泥浆参数列表影响规

12、律影响原理数学模型的建立主要参数主要参数：密度密度粘度粘度失水量失水量固相含量固相含量分散性分散性影响规律影响原理数学模型的建立 4 泥浆固相含量泥浆固相含量对钻速的影响对钻速的影响影响规律影响原理研究方法研究方法： 通过实验研究通过实验研究( (实验室实验、现场实验室实验、现场实验实验) )找出单因素影响规律，根据规律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曲线建立影响规律的数学模型。泥浆密度对钻速的影泥浆密度对钻速的影响规律响规律 2022-5-8泥浆性能对钻速的影响泥浆性能对钻速的影响 1 影响钻速的影响钻速的泥浆因素泥浆因素 3 泥浆粘度泥浆粘度对钻速的影响对钻速的影响泥

13、浆参数列表影响规律影响原理数学模型的建立影响规律影响原理数学模型的建立 4 泥浆固相含量泥浆固相含量对钻速的影响对钻速的影响影响规律影响原理实验室钻不同岩石时，压差对钻速的影响实验室钻不同岩石时，压差对钻速的影响0 01 12 23 34 45 56 60 01 12 23 34 45 5井底压差, * 7 0 bar井底压差, * 7 0 bar钻速（* 0 . 3m/h)钻速（* 0 . 3m/h)1 12 23 3P=0.5KNn=50r/min泥浆密度对钻速的影泥浆密度对钻速的影响规律响规律 2022-5-8泥浆性能对钻速的影响泥浆性能对钻速的影响 1 影响钻速的影响钻速的泥浆因素泥浆

14、因素 3 泥浆粘度泥浆粘度对钻速的影响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规律影响原理数学模型的建立 4 泥浆固相含量泥浆固相含量对钻速的影响对钻速的影响影响规律影响原理泥浆密度对钻速的影泥浆密度对钻速的影响规律响规律 2022-5-8泥浆性能对钻速的影响泥浆性能对钻速的影响 1 影响钻速的影响钻速的泥浆因素泥浆因素 3 泥浆粘度泥浆粘度对钻速的影响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规律影响原理数学模型的建立 4 泥浆固相含量泥浆固相含量对钻速的影响对钻速的影响影响规律影响原理泥浆与天然气钻进的对比曲线泥浆与天然气钻进的对比曲线0 05005001

15、0001000150015002000200025002500300030000 0252550507575100100钻井天数, 天钻井天数, 天井深, 米井深, 米泥浆钻井泥浆钻井天然气钻进天然气钻进泥浆密度对钻速的影泥浆密度对钻速的影响原理响原理 2022-5-8泥浆性能对钻速的影响泥浆性能对钻速的影响 1 影响钻速的影响钻速的泥浆因素泥浆因素 3 泥浆粘度泥浆粘度对钻速的影响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规律影响原理数学模型的建立 4 泥浆固相含量泥浆固相含量对钻速的影响对钻速的影响影响规律影响原理地层压力泥浆压力泥浆密度对钻速影响泥浆密度对钻速影响的数学模

16、型的数学模型 2022-5-8泥浆性能对钻速的影响泥浆性能对钻速的影响 1 影响钻速的影响钻速的泥浆因素泥浆因素 3 泥浆粘度泥浆粘度对钻速的影响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规律影响原理数学模型的建立 4 泥浆固相含量泥浆固相含量对钻速的影响对钻速的影响影响规律影响原理压差与相对钻速的关系压差与相对钻速的关系-2-2-1.5-1.5-1-1-0.5-0.50 00.50.5-35-350 0353570701515140140压差, 巴压差, 巴lg(Vm/Vmo)lg(Vm/Vmo)贝雷砂岩贝雷砂岩印地安灰岩印地安灰岩页岩页岩泥浆密度对钻速影响泥浆密度对钻速影响

17、的数学模型的数学模型 2022-5-8泥浆性能对钻速的影响泥浆性能对钻速的影响 1 影响钻速的影响钻速的泥浆因素泥浆因素 3 泥浆粘度泥浆粘度对钻速的影响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规律影响原理数学模型的建立 4 泥浆固相含量泥浆固相含量对钻速的影响对钻速的影响影响规律影响原理压差与钻速之间的关系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a8V0零钻压时的钻速Vm钻速m 直线斜率泥浆密度对钻速影响泥浆密度对钻速影响的数学模型的数学模型 2022-5-8 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.

18、030.05泥浆性能对钻速的影响泥浆性能对钻速的影响 1 影响钻速的影响钻速的泥浆因素泥浆因素 3 泥浆粘度泥浆粘度对钻速的影响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规律影响原理数学模型的建立 4 泥浆固相含量泥浆固相含量对钻速的影响对钻速的影响影响规律影响原理分析分析泥浆泥浆粘度粘度对钻速的影对钻速的影响规律响规律 2022-5-8泥浆性能对钻速的影响泥浆性能对钻速的影响 1 影响钻速的影响钻速的泥浆因素泥浆因素2 泥浆密度泥浆密度对钻速的影响对钻速的影响 泥浆参数列表影响规律影响原理数学模型的建立影响规律影响原理数学模型的建立 4 泥浆固相含量泥浆固相含量对钻速的影响对

19、钻速的影响影响规律影响原理泥浆运动粘度对钻速的影响泥浆运动粘度对钻速的影响0 05 510101515202025250 01010202030304040505060607070运动粘度，P a . s运动粘度，P a . s钻速, * 0.305m/hr钻速, * 0.305m/hr泥浆泥浆粘度粘度对钻速的影对钻速的影响规律响规律 2022-5-8泥浆性能对钻速的影响泥浆性能对钻速的影响 1 影响钻速的影响钻速的泥浆因素泥浆因素2 泥浆密度泥浆密度对钻速的影响对钻速的影响 泥浆参数列表影响规律影响原理数学模型的建立影响规律影响原理数学模型的建立 4 泥浆固相含量泥浆固相含量对钻速的影响对钻

20、速的影响影响规律影响原理水力参数对钻速的影响水力参数对钻速的影响0 05 5101015152020252530300 02020404060608080100100120120140140水力参数水力参数钻速, * 2.54m/hr钻速, * 2.54m/hr泥浆泥浆粘度粘度对钻速的影对钻速的影响原理响原理 2022-5-8泥浆性能对钻速的影响泥浆性能对钻速的影响 1 影响钻速的影响钻速的泥浆因素泥浆因素2 泥浆密度泥浆密度对钻速的影响对钻速的影响 泥浆参数列表影响规律影响原理数学模型的建立影响规律影响原理数学模型的建立 4 泥浆固相含量泥浆固相含量对钻速的影响对钻速的影响影响规律影响原理泥

21、浆粘度循环压耗喷嘴压降清岩效果钻速泥浆泥浆粘度粘度对钻速影响对钻速影响的数学模型的数学模型 2022-5-8泥浆性能对钻速的影响泥浆性能对钻速的影响 1 影响钻速的影响钻速的泥浆因素泥浆因素2 泥浆密度泥浆密度对钻速的影响对钻速的影响 泥浆参数列表影响规律影响原理数学模型的建立影响规律影响原理数学模型的建立 4 泥浆固相含量泥浆固相含量对钻速的影响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泥浆固相含量对钻速泥浆固相含量对钻速的影响规律的影响规律 2022-5-8泥浆性能对钻速的影响

22、泥浆性能对钻速的影响 1 影响钻速的影响钻速的泥浆因素泥浆因素2 泥浆密度泥浆密度对钻速的影响对钻速的影响 3 泥浆粘度对钻泥浆粘度对钻速的影响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规律影响原理数学模型的建立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50100150155钻头数钻井天数米/天泥浆固相含量对钻速泥浆固相含量对钻速的影响规律的影响规律 2022-5-8泥浆性能对钻速的影响泥浆性能对钻速的影响 1 影响钻速的影响钻速的泥浆因素泥浆因素2 泥浆密度泥浆密度对钻速的影响对钻速的影响 3 泥浆粘度对钻泥浆粘度对钻速的影响速的影响泥浆参数列表影响规律影响原理数学模型

23、的建立影响规律影响原理数学模型的建立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65758542不分散体系泥浆泥浆固相含量固相含量对钻速对钻速的影响的影响原理原理 2022-5-8泥浆性能对钻速的影响泥浆性能对钻速的影响 1 影响钻速的影响钻速的泥浆因素泥浆因素2 泥浆密度泥浆密度对钻速的影响对钻速的影响 3 泥浆粘度对钻泥浆粘度对钻速的影响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规律影响原理数学模型的建立影响规律影响原理： 泥浆性能是影响钻速的极重要因素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

24、满足这些要求到其它要求的影响，应在满足这些要求的基础上进行的基础上进行; ; 很难找到反映泥浆性能影响规律的很难找到反映泥浆性能影响规律的数学模式数学模式。2022-5-82022-5-82022-5-8研究方法研究方法2022-5-8对钻速的影响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导出钻压、转速与钻速的相互关系导出钻压、转速与钻速的相互关系 严格控制其它参数不变，通过实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验测定钻压或转速对钻速的影响实验室：实验室：单齿压入试验单齿压入试验现现 场：场：直接钻速试验直接钻速试验钻速模型实验室研究情况实验室研究情况

25、2022-5-8对钻速的影响对钻速的影响测量参数测量参数:岩石破碎体积，钻压，转速条件条件：井底岩屑不发生重复破碎钻速模式钻速模式：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实验室研究情况实验室研究情况2022-5-8对钻速的影响对钻速的影响钻速模式钻速模式：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实验室研究情况实验室研究情况2022-5-8对钻速的影响对钻速的影响钻压与钻速的关系钻压与钻速的关系0 00.40

26、.40.80.81.21.21.61.60 04 48 81212钻压，吨钻压，吨机械钻速，m / h r机械钻速，m / h r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实验室研究情况实验室研究情况2022-5-8对钻速的影响对钻速的影响转数与钻速的关系转数与钻速的关系0 00.50.51 11.51.52 20 0100100200200300300400400500500转数，转/ 分转数，转/ 分机械钻速，m / h r机械钻速，m / h r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实验室研究情况实验室研究情况2022-5-8对钻速的影响对钻速的影

27、响井底面积与钻速的关系井底面积与钻速的关系0 05 51010151520200 0100100200200300300400400井底面积，m m 2井底面积，m m 2机械钻速，m / h r机械钻速，m / h r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实验室研究情况实验室研究情况2022-5-8对钻速的影响对钻速的影响：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现场钻进实验研究情现场钻进实验研究情况况2022-5-8对钻速的影响对钻速的影响试验内容试验内容：钻压与钻速钻压与钻速 转速与钻

28、速转速与钻速试验条件试验条件：其它钻进参数保持不变其它钻进参数保持不变。试验情况试验情况：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现场钻进实验研究情现场钻进实验研究情况况2022-5-8对钻速的影响对钻速的影响钻压与钻速的关系钻压与钻速的关系0 020204040606080800 01010202030304040钻压，吨钻压，吨机械钻速，m / h r机械钻速，m / h r净化充分净化充分净化不充分净化不充分abc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现场钻进实验研究情现场钻进实验研究情况况2022-5-8对钻速的影响对钻速的影响：a. 不同钻压

29、范围，钻速与钻压呈不同的变化不同钻压范围，钻速与钻压呈不同的变化关系关系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. 通用钻压范围通用钻压范围：a-b段c. 钻压与钻速的关系钻压与钻速的关系：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现场钻进实验研究情现场钻进实验研究情况况2022-5-8对钻速的影响对钻速的影响转速与钻速的关系转速与钻速的关系0 020204040606080800 0100100200200300300转速，转/ 分转速，转/ 分机械钻速，m

30、 / h r机械钻速，m / h r净化充分净化充分净化不充分净化不充分硬地层，净化不充硬地层，净化不充分分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现场钻进实验研究情现场钻进实验研究情况况2022-5-8对钻速的影响对钻速的影响：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 01B0D2/D1PMM0D2/D1P0M0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最优最优CH，CP量量2022-5-8注意：为何要考虑为何要考虑B？B与h的关系：B，h均决定钻头的寿命，可表示为：T=f1(Bf )=f2(hf )则变

31、换后，可得出Bf与hf的关系为：Bf=f(hf )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钻头最优磨损量钻头最优磨损量2022-5-80fhC由：可得出一三维非线性方程： 说明：该方程为一空间曲面方程，叫最优磨损面。 当确定P，n组合后，即可确定一个hf值。0 05050100100150150hf1hf1hf2hf2hf3hf3hf4hf4hf5hf5P1P1P2P2P3P3P4P4P5P5P6P6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钻头最优磨损量钻头最优磨损量2022-5-8计算举例：（例计算举例：（例5-7）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A、计算条件B、计算内容 牙齿磨损量、轴承磨损量、钻头进尺和钻进成本。 牙齿寿命、轴承寿命、及最佳寿命下的进尺和成本。C、计算公式选用hf=Bf=H=C=.最优钻压最优钻压2022-5-8方法：由0PC可得出一三维非线性方程：当选定一个n和hf后，可求出一使成本最低的最优钻压。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最优钻压最优钻压2022-5-8计算举例：