專利名稱：一種pdc鉆頭合理使用壽命預(yù)測(cè)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及roc鉆頭，具體地涉及一種roc鉆頭合理使用壽命預(yù)測(cè)方法及裝置，特別涉及一種利用線性累積損傷理論來預(yù)測(cè)動(dòng)載荷作用下PDC鉆頭合理使用壽命的方法及
>j-U ρ α裝直。
背景技術(shù)：
PDC鉆頭使用壽命預(yù)測(cè)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，傳統(tǒng)的分析方法主要是憑經(jīng)驗(yàn)依據(jù)鉆頭使用時(shí)間、鉆時(shí)大小等來判斷，由于鉆頭使用壽命受地層、鉆頭質(zhì)量、鉆井操作參數(shù)等諸多因素的影響，利用傳統(tǒng)方法確定鉆頭使用時(shí)間往往造成鉆頭未使用到最佳狀態(tài)就起鉆，或者盲目使用引起井下鉆頭事故發(fā)生，造成人力、物力、時(shí)間的極大浪費(fèi)，影響正常鉆井 生產(chǎn)。具體地，如果在鉆頭變鈍以前就提前起鉆，則鉆井成本就會(huì)因起下鉆、更換鉆頭而增加；如果過分地延長(zhǎng)鉆頭使用時(shí)間，就必然會(huì)降低鉆井速度，從而使鉆井成本也會(huì)因鉆井速度變慢而增加；在極端情況下，還可能會(huì)出現(xiàn)因鉆頭嚴(yán)重?fù)p壞，而導(dǎo)致井下事故(如牙輪鉆頭掉壓輪)，從而因處理事故而使鉆井成本增加。因此，在鉆井過程中，合理地預(yù)測(cè)鉆頭使用壽命，從而合理地確定起鉆時(shí)間對(duì)減少鉆井事故、安全鉆井和優(yōu)化鉆井作業(yè)具有非常重要的意義，同樣對(duì)于降低鉆井成本，提高經(jīng)濟(jì)效益也具有重要意義。但現(xiàn)有技術(shù)中還缺少一種PDC鉆頭合理使用壽命預(yù)測(cè)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種PDC鉆頭合理使用壽命預(yù)測(cè)方法及裝置，利用線性累積損傷理論來預(yù)測(cè)動(dòng)載荷作用下PDC鉆頭合理使用壽命，從而為確定鉆頭合理起鉆時(shí)間提供依據(jù)。為達(dá)上述目的，一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種PDC鉆頭合理使用壽命預(yù)測(cè)方法，所述方法包括根據(jù)巖石研磨性、鉆壓和轉(zhuǎn)速，建立PDC鉆頭壽命計(jì)算模型；根據(jù)機(jī)件的線性累積損傷理論和所述PDC鉆頭壽命計(jì)算模型，建立動(dòng)載荷作用下的PDC鉆頭剩余新度預(yù)測(cè)模型；根據(jù)所述PDC鉆頭剩余新度預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)PDC鉆頭的合理使用壽命。為達(dá)上述目的，另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種PDC鉆頭合理使用壽命預(yù)測(cè)裝置，所述裝置包括第一模型建立單元，用于根據(jù)巖石研磨性、鉆壓和轉(zhuǎn)速，建立PDC鉆頭壽命計(jì)算模型；第二模型建立單元，用于根據(jù)機(jī)件的線性累積損傷理論和所述PDC鉆頭壽命計(jì)算模型，建立動(dòng)載荷作用下的PDC鉆頭剩余新度預(yù)測(cè)模型；使用壽命預(yù)測(cè)單元，用于根據(jù)所述PDC鉆頭剩余新度預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)PDC鉆頭的合
理使用壽命。
本發(fā)明實(shí)施例提供了上述技術(shù)方案的有益技術(shù)效果在于本發(fā)明基于現(xiàn)場(chǎng)大量的PDC鉆頭實(shí)際使用資料，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析理論系統(tǒng)研究了巖石內(nèi)摩擦角、鉆井操作參數(shù)對(duì)鉆頭壽命的影響，建立了 PDC鉆頭壽命計(jì)算模型。并且根據(jù)機(jī)件的線性累積損傷理論，建立了綜合考慮地層研磨性變化和鉆井操作參數(shù)變化的PDC鉆頭剩余新度預(yù)測(cè)模型，從而為確定鉆頭合理起鉆時(shí)間提供了依據(jù)。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明實(shí)施例的PDC鉆頭合理使用壽命預(yù)測(cè)方法的整體流程圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的鉆頭壽命與巖石內(nèi)摩擦角關(guān)系圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的鉆頭壽命與鉆壓關(guān)系圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的鉆頭壽命與轉(zhuǎn)速關(guān)系圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例的參數(shù)反演流程圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例的QP19L鉆頭剩余新度隨鉆預(yù)測(cè)結(jié)果；圖7為本發(fā)明實(shí)施例的PDC鉆頭合理使用壽命預(yù)測(cè)的整體功能框圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例的PDC鉆頭合理使用壽命預(yù)測(cè)的具體功能框圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明主要研究PDC鉆頭合理使用壽命預(yù)測(cè)方法。J. R. Sparr等人研究表明，巖石研磨性和巖石內(nèi)摩擦角具有很好的相關(guān)性，用巖石內(nèi)摩擦角可以很好地度量巖石研磨性。發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中發(fā)現(xiàn)，巖石研磨性、鉆井操作參數(shù)對(duì)鉆頭壽命有著重要影響。本發(fā)明實(shí)施例基于現(xiàn)場(chǎng)大量的PDC鉆頭實(shí)際使用資料，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析的理論系統(tǒng)研究了巖石內(nèi)摩擦角、鉆井操作參數(shù)對(duì)PDC鉆頭壽命的影響規(guī)律，建立起靜態(tài)載荷作用下PDC鉆頭壽命的計(jì)算模型。然后在此基礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)件的線性累積損傷理論建立起綜合考慮地層研磨性變化和鉆井操作參數(shù)變化的動(dòng)載荷作用下的PDC鉆頭剩余新度預(yù)測(cè)模型，用于預(yù)測(cè)PDC鉆頭合理使用壽命，從而為確定鉆頭合理起鉆時(shí)間提供了依據(jù)。圖I為本發(fā)明實(shí)施例的PDC鉆頭合理使用壽命預(yù)測(cè)方法的整體流程圖。如圖I所示，該方法包括如下步驟110、根據(jù)巖石研磨性、鉆壓和轉(zhuǎn)速，建立PDC鉆頭壽命計(jì)算模型；120、根據(jù)機(jī)件的線性累積損傷理論和所述PDC鉆頭壽命計(jì)算模型，建立動(dòng)載荷作用下的PDC鉆頭剩余新度預(yù)測(cè)模型；130、根據(jù)所述roc鉆頭剩余新度預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)PDC鉆頭的合理使用壽命。
具體實(shí)施例時(shí)，步驟110可以收集某種型號(hào)鉆頭所鉆井段的錄井、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)以及鉆頭的使用記錄，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析理論建立靜態(tài)載荷作用下PDC鉆頭壽命的計(jì)算模型T = aC>bWcedN式中，T為鉆頭壽命，Φ為內(nèi)摩擦角，W為鉆壓，N為轉(zhuǎn)速，a為鉆頭壽命系數(shù)，與鉆頭型號(hào)有關(guān)山、C、d為回歸系數(shù)，與鉆頭型號(hào)有關(guān)；T為鉆頭壽命；Φ為巖石內(nèi)摩擦角；W為鉆壓#為轉(zhuǎn)速。以下對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的上述方法進(jìn)行更為詳細(xì)的描述I、PDC鉆頭壽命計(jì)算模型當(dāng)鉆頭與所鉆地層匹配且鉆進(jìn)參數(shù)選用合理時(shí)，鉆頭應(yīng)該形成正常磨損。本發(fā)明實(shí)施例主要研究正常磨損條件下PDC鉆頭壽命計(jì)算方法和PDC鉆頭合理使用壽命預(yù)測(cè)方法。鉆井實(shí)踐表明，影響PDC鉆頭壽命的因素主要有地層巖性、鉆頭類型、鉆進(jìn)參數(shù)、鉆井液性能以及水力參數(shù)等；在正常磨損條件下，地層研磨性和鉆進(jìn)操作參數(shù)是影響PDC鉆頭壽命的主要因素。因此，本發(fā)明實(shí)施例主要研究巖石研磨性、鉆井操作參數(shù)對(duì)PDC鉆頭壽命的影響。I. I、巖石研磨性對(duì)PDC鉆頭壽命影響的統(tǒng)計(jì)分析研究巖石研磨性對(duì)PDC鉆頭壽命的影響，需選取同種型號(hào)鉆頭在相同操作參數(shù)下(鉆壓、轉(zhuǎn)速相同，水力參數(shù)相同)，在不同研磨性地層鉆進(jìn)時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。圖2是從新疆、渤海、長(zhǎng)慶、塔里木等油田收集整理得到的121/4” QP19M鉆頭的鉆頭壽命和巖石內(nèi)摩擦角之間的關(guān)系圖。巖石研磨性用巖石內(nèi)摩擦角來定量表達(dá)?，F(xiàn)場(chǎng)描述PDC鉆頭的磨損狀況，采用了多種記錄方法，如新度，級(jí)別等，統(tǒng)計(jì)時(shí)，鉆頭壽命折算公式為(下鉆時(shí)，鉆頭均為新鉆頭)
權(quán)利要求
1.一種PDC鉆頭合理使用壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述方法包括 根據(jù)巖石研磨性、鉆壓和轉(zhuǎn)速，建立PDC鉆頭壽命計(jì)算模型； 根據(jù)機(jī)件的線性累積損傷理論和所述PDC鉆頭壽命計(jì)算模型，建立動(dòng)載荷作用下的PDC鉆頭剩余新度預(yù)測(cè)模型； 根據(jù)所述PDC鉆頭剩余新度預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)PDC鉆頭的合理使用壽命。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)巖石研磨性、鉆壓和轉(zhuǎn)速，建立PDC鉆頭壽命計(jì)算模型包括 建立PDC鉆頭壽命和巖石研磨性的第一關(guān)系式T C>b ; 建立PDC鉆頭壽命和鉆壓的第二關(guān)系式T a f ; 建立PDC鉆頭壽命和轉(zhuǎn)速的第三關(guān)系式T a ; 根據(jù)所述第一關(guān)系式、所述第二關(guān)系式和所述第三關(guān)系式，得到PDC鉆頭壽命計(jì)算模型T = BObWVffl;其中，T為鉆頭壽命，Φ為內(nèi)摩擦角，W為鉆壓，N為轉(zhuǎn)速，a為PDC鉆頭壽命系數(shù)，與PDC鉆頭型號(hào)有關(guān)，b、c、d為回歸系數(shù)，與PDC鉆頭型號(hào)有關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)機(jī)件的線性累積損傷理論和所述PDC鉆頭壽命計(jì)算模型，建立動(dòng)載荷作用下的PDC鉆頭剩余新度預(yù)測(cè)模型包括 獲得機(jī)件的線性累積損傷理論對(duì)應(yīng)的關(guān)系式·
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法還包括對(duì)所述PDC鉆頭剩余新度預(yù)測(cè)模型中有關(guān)系數(shù)的進(jìn)行反演。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述對(duì)所述roc鉆頭剩余新度預(yù)測(cè)模型中有關(guān)系數(shù)的進(jìn)行反演包括 收集一種型號(hào)鉆頭所鉆井段的錄井、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)以及鉆頭使用記錄； 為待反演參數(shù)賦初值，以及設(shè)定迭代精度ε ；確定優(yōu)化反演的具體目標(biāo)函數(shù)，待反演參數(shù)為a、b、C、d ;所述優(yōu)化反演的具體目標(biāo)函數(shù)為:
6.一種PDC鉆頭合理使用壽命預(yù)測(cè)裝置，其特征在于，所述裝置包括 第一模型建立單元，用于根據(jù)巖石研磨性、鉆壓和轉(zhuǎn)速，建立PDC鉆頭壽命計(jì)算模型；第二模型建立單元，用于根據(jù)機(jī)件的線性累積損傷理論和所述PDC鉆頭壽命計(jì)算模型，建立動(dòng)載荷作用下的PDC鉆頭剩余新度預(yù)測(cè)模型； 使用壽命預(yù)測(cè)單元，用于根據(jù)所述PDC鉆頭剩余新度預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)PDC鉆頭的合理使用壽命。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第一模型建立單元包括 第一關(guān)系式建立模塊，用于建立PDC鉆頭壽命和巖石研磨性的第一關(guān)系式T Ob ； 第二關(guān)系式建立模塊，用于建立PDC鉆頭壽命和鉆壓的第二關(guān)系式T a f ; 第三關(guān)系式建立模塊，用于建立PDC鉆頭壽命和轉(zhuǎn)速的第三關(guān)系式T a e ; PDC鉆頭壽命計(jì)算模型獲取模塊，用于根據(jù)所述第一關(guān)系式、所述第二關(guān)系式和所述第三關(guān)系式，得到PDC鉆頭壽命計(jì)算模型T = aΦ Vetffl ;其中，T為鉆頭壽命，Φ為內(nèi)摩擦角，W為鉆壓，N為轉(zhuǎn)速，a為PDC鉆頭壽命系數(shù)，與PDC鉆頭型號(hào)有關(guān)，b、C、d為回歸系數(shù)，與PDC鉆頭型號(hào)有關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第二模型建立單元包括 線性累積損傷理論對(duì)應(yīng)關(guān)系式獲取模塊，用于獲得機(jī)件的線性累積損傷理論對(duì)應(yīng)的關(guān)系式
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括 系數(shù)反演單元，用于對(duì)所述PDC鉆頭剩余新度預(yù)測(cè)模型中有關(guān)系數(shù)的進(jìn)行反演。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述系數(shù)反演單元包括 收集模塊，用于收集一種型號(hào)鉆頭所鉆井段的錄井、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)以及鉆頭使用記錄；目標(biāo)函數(shù)確定模塊，用于為待反演參數(shù)賦初值和設(shè)定迭代精度ε ;以及確定優(yōu)化反演的具體目標(biāo)函數(shù)，待反演參數(shù)為a、b、C、d ;所述優(yōu)化反演的具體目標(biāo)函數(shù)為
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例提供一種PDC鉆頭合理使用壽命預(yù)測(cè)方法及裝置。所述方法包括根據(jù)巖石研磨性、鉆壓和轉(zhuǎn)速，建立PDC鉆頭壽命計(jì)算模型；根據(jù)機(jī)件的線性累積損傷理論和所述PDC鉆頭壽命計(jì)算模型，建立動(dòng)載荷作用下的PDC鉆頭剩余新度預(yù)測(cè)模型；根據(jù)所述PDC鉆頭剩余新度預(yù)測(cè)模型,預(yù)測(cè)PDC鉆頭的合理使用壽命。本發(fā)明基于現(xiàn)場(chǎng)大量的PDC鉆頭實(shí)際使用資料，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析理論系統(tǒng)研究了巖石內(nèi)摩擦角、鉆井操作參數(shù)對(duì)鉆頭壽命的影響，建立了PDC鉆頭壽命計(jì)算模型。并且根據(jù)機(jī)件的線性累積損傷理論，建立了綜合考慮地層研磨性變化和鉆井操作參數(shù)變化的PDC鉆頭剩余新度預(yù)測(cè)模型，從而為確定鉆頭合理起鉆時(shí)間提供了依據(jù)。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102900372SQ20121039297
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者張輝 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)