采用牙輪鉆頭進(jìn)行鉆井的控制方法以及控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及了一種油田鉆探領(lǐng)域，尤其還涉及一種采用牙輪鉆頭進(jìn)行鉆井的控制 方法W及控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著油氣田勘探開發(fā)工作的不斷深入，鉆井時(shí)遇到的地層構(gòu)造越來越復(fù)雜，鉆井 難度越來越大，鉆井成本逐年提高，因此如何準(zhǔn)確的確定鉆井方案對于油氣田開發(fā)而言極 其重要。
[0003] 牙輪鉆頭是鉆井工具中常用的一種。圖1是牙輪鉆頭的中一種，參照圖1所示， 牙輪鉆頭包括鉆頭體1、至少一個(gè)牙輪2,所述牙輪上設(shè)有牙齒3。鉆頭體1在旋轉(zhuǎn)時(shí)，牙齒 3具有沖擊、壓碎和剪切破碎地層巖石的作用，因而牙輪鉆頭廣泛適用于從軟到堅(jiān)硬的多種 地層。牙輪鉆頭按牙齒類型可分為就齒（鋼齒）牙輪鉆頭、鑲齒（牙輪上鑲裝硬質(zhì)合金齒） 牙輪鉆頭；按牙輪數(shù)目可分為單牙輪鉆頭、H牙輪鉆頭和組裝多牙輪鉆頭。
[0004] 目前常用的鉆速預(yù)測模型包括通用預(yù)測方法，深層遞歸鉆速預(yù)測方法等，送些鉆 速預(yù)測方法較好的反映了地層參數(shù)與鉆井速度的關(guān)系。但是送些方法是在地層可鉆性的基 礎(chǔ)上通過分析機(jī)械參數(shù)和地層的水力參數(shù)建立起來的，并沒有考慮到牙輪的自身特點(diǎn)，使 得方程無法有效分析不同牙輪鉆頭類型、不同地層條件下的牙輪鉆頭的鉆井速度的差別。
[0005] 在現(xiàn)有技術(shù)中，由于無法準(zhǔn)確預(yù)測鉆井速度，也就無法確定鉆井時(shí)間。在鉆井時(shí)間 無法確定的情況下就很難對鉆井的終止點(diǎn)進(jìn)行控制，如果鉆井深度不夠，郝就無法實(shí)現(xiàn)石 油開采，如果鉆井深度過度，郝么則會(huì)造成對牙輪鉆頭的浪費(fèi)，影響牙輪鉆頭的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種采用牙 輪鉆頭進(jìn)行鉆井的控制方法，其能夠?qū)︺@井時(shí)間進(jìn)行精確控制，在保證鉆井深度的基礎(chǔ)上 延長牙輪鉆頭的使用壽命。
[0007] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案是：
[000引一種采用牙輪鉆頭進(jìn)行鉆井的控制方法，其特征在于，它包括W下步驟：
[0009] (A)、對牙輪鉆頭的鉆壓W及牙輪鉆頭的轉(zhuǎn)速進(jìn)行采樣；
[0010] 度)、響應(yīng)所述牙輪鉆頭的鉆壓W及牙輪鉆頭的轉(zhuǎn)速計(jì)算所述牙輪鉆頭的鉆井速 度；
[0011] 似、響應(yīng)所述牙輪鉆頭的鉆井速度計(jì)算規(guī)定鉆井時(shí)間；
[0012] 值)、判斷鉆井時(shí)間是否達(dá)到規(guī)定鉆井時(shí)間；
[0013] 巧)、當(dāng)鉆井時(shí)間到達(dá)規(guī)定鉆井時(shí)間時(shí)即發(fā)出終止牙輪鉆頭信號(hào)。
[0014] 優(yōu)選地，在步驟度）中還包括W下步驟：
[0015] 度1)、根據(jù)巖石力學(xué)得到單一牙齒侵入巖石的深度；
[0016] 度2)、根據(jù)單一牙齒侵入巖石切削的深度體積得到單位時(shí)間內(nèi)單一牙齒形成的破 碎坑體積；
[0017] 度3)、根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)單一牙齒形成的破碎坑體積、多齒之間的相互影響系數(shù)W 及地層可鉆性級(jí)值得到牙輪鉆頭的預(yù)測鉆井速度。
[001引優(yōu)選地，控制方法還包括在步驟度1)中，
其中h為單一牙齒侵入巖石的深度，F(xiàn)為鉆壓，C為巖石的內(nèi)聚力，0為鉆頭牙齒尖角，間為 內(nèi)摩擦角，為剪切破壞面與井底平面夾角。
[0019] 優(yōu)選地，F(xiàn)在鉆井現(xiàn)場得到，C、0、0、4通過取出巖必后在實(shí)驗(yàn)室測量得到。
[0020] 優(yōu)選地，它包括在步驟度2)中，

}{ ?=htlillCPt其中V為單一牙齒形成的破碎坑體積；X為破碎坑的半長；L為鉆頭牙 齒嵌入坑的寬度。
[0021] 優(yōu)選地，它包括在步驟度3)中， 其中 V為牙輪鉆頭的鉆井速度，S為多齒之間的相互影響系數(shù)；E為地層可鉆性級(jí)值，m為某一時(shí) 刻牙輪鉆頭每一個(gè)牙齒與井底接觸到的牙齒數(shù)，n為牙輪鉆頭的旋轉(zhuǎn)速度。
[0022] 優(yōu)選地，S由實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)得出；E由巖石各種特性的綜合得出；n通過安裝在鉆頭或 鉆具上的傳感器測算得出；m為3-5。
[0023] 本發(fā)明公開了一種對上述采用牙輪鉆頭進(jìn)行鉆井的控制方法進(jìn)行處理的控制系 統(tǒng)，其特征在于，它包括：
[0024]用于對牙輪鉆頭的鉆壓W及牙輪鉆頭的轉(zhuǎn)速進(jìn)行采樣的采樣單元；
[0025]用于響應(yīng)所述牙輪鉆頭的鉆壓W及牙輪鉆頭的轉(zhuǎn)速計(jì)算所述牙輪鉆頭的鉆井速 度的第一計(jì)算單元；
[0026]用于響應(yīng)所述牙輪鉆頭的鉆井速度計(jì)算規(guī)定鉆井時(shí)間的第二計(jì)算單元；
[0027] 用于判斷所述的鉆井時(shí)間是否達(dá)到規(guī)定鉆井時(shí)間的比較單元；
[0028]用于當(dāng)所述的鉆井時(shí)間到達(dá)規(guī)定鉆井時(shí)間時(shí)即發(fā)出終止牙輪鉆頭信號(hào)的輸出單 JLO
[0029] 優(yōu)選地，所述第一計(jì)算單元包括：
[0030] 用于根據(jù)巖石力學(xué)得到單一牙齒侵入巖石的深度的第H計(jì)算單元；
[0031]用于根據(jù)單一牙齒侵入巖石切削的深度體積得到單位時(shí)間內(nèi)單一牙齒形成的破 碎坑體積的第四計(jì)算單元；
[0032] 用于根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)單一牙齒形成的破碎坑體積、多齒之間的相互影響系數(shù)W及 地層可鉆性級(jí)值得到牙輪鉆頭的預(yù)測鉆井速度的第五計(jì)算單元。
[0033] 本發(fā)明采用W上方法W及系統(tǒng)，能夠?qū)︺@井時(shí)間進(jìn)行精確控制，在保證鉆井深度 的基礎(chǔ)上延長牙輪鉆頭的使用壽命。
【附圖說明】
[0034] 在此描述的附圖僅用于解釋目的，而不意圖W任何方式來限制本發(fā)明公開的范 圍。另外，圖中的各部件的形狀和比例尺寸等僅為示意性的，用于幫助對本發(fā)明的理解，并 不是具體限定本發(fā)明各部件的形狀和比例尺寸。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的教導(dǎo)下，可 W根據(jù)具體情況選擇各種可能的形狀和比例尺寸來實(shí)施本發(fā)明。
[0035] 圖1顯示了牙輪鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖2顯示了本發(fā)明中采用牙輪鉆頭進(jìn)行鉆井的控制方法的原理示意圖。
[0037] 圖3顯示了本發(fā)明中對牙輪鉆頭的鉆井速度的原理示意圖。
[0038]圖4顯示了本發(fā)明中單一牙齒侵入井底巖石的受力情況示意圖。
[0039] 圖5顯示了本發(fā)明中采用牙輪鉆頭進(jìn)行鉆井的控制系統(tǒng)的原理示意圖。
[0040] 圖6顯示了圖5中第一計(jì)算單元的原理示意圖。
[0041]W上附圖的附圖標(biāo)記；1、鉆頭體；2、牙輪；3、牙齒；41、第一計(jì)算單元；42、第二計(jì) 算單元；43、第H計(jì)算單元；44、第四計(jì)算單元；45、第五計(jì)算單元；46、采樣單元；47、比較單 元；48、輸出單元。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 結(jié)合附圖和本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的描述，能夠更加清楚地了解本發(fā)明的細(xì)節(jié)。但 是，在此描述的本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，僅用于解釋本發(fā)明的目的，而不能W任何方式理解 成是對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的教導(dǎo)下，技術(shù)人員可W構(gòu)想基于本發(fā)明的任意可能的變 形，送些都應(yīng)被視為屬于本發(fā)明的范圍。
[0043] 參照圖2所示，本發(fā)明中采用牙輪鉆頭進(jìn)行鉆井的控制方法包括W下步驟：
[0044] (A)、對牙輪鉆頭的鉆壓W及牙輪鉆頭的轉(zhuǎn)速進(jìn)行采樣；
[0045] 度)、響應(yīng)所述牙輪鉆頭的鉆壓W及牙輪鉆頭的轉(zhuǎn)速計(jì)算所述牙輪鉆頭的鉆井速 度；
[0046](C)、響應(yīng)所述牙輪鉆頭的鉆井速度計(jì)算規(guī)定鉆井時(shí)間；
[0047] 值)、判斷所述的鉆井時(shí)間是否達(dá)到規(guī)定鉆井時(shí)間；
[0048] 巧)、當(dāng)所述的鉆井時(shí)間到達(dá)規(guī)定鉆井時(shí)間時(shí)即發(fā)出終止牙輪鉆頭信號(hào)。
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