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《全井钻头序列优化组合及参数优选①》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、第18卷第3期西南石油学院学报Vol.18No.31996年8月JournalofSouthwesternPetroleumInstituteAug1996①全井钻头序列优化组合及参数优选周开吉袁其骥(西南石油学院)郭文才梁夏坤陈加明陈怀高(川中油气勘探开发公司)摘要钻井过程中,全井钻头类型的优化是一个多阶段决策问题。本文根据系统工程理论,生成全井钻头序列优化组合多阶段决策树,并构造出全井钻头动态规划的状态转移方程、指标函数、由最小化理论寻求最优树枝途径,以此获得全井钻头序列优化组合及工作参数优选,这是深井、超深井钻井,缩短
2、钻(建)井周期,获得高钻速、低成本的重要途径。主题词钻头程序;钻头工作指标;参数优选;优化设计中图法分类号TE22引言优化钻井技术中,人们研究最多的是单只钻头优化叠加方法,即采用如成本法、比能法、三步法等选定钻头类型,利用有关钻速方程、钻头牙齿(轴承)磨损方程,选定目标函数对单只钻头进行目标值的最优求解,以此获得全局的或局部的最优工作参数解,然后再将所有钻头累加,得到全井钻头类型和工作参数方案。显然这样的方案不一定保证全井获得最优目标解。即:2〔(minCi)õFi〕≠min2CiõFi钻井工程中,对于某一层段,如选用钻头类
3、型A的每米成本指标最低,但在钻井工程设计和施工中,我们宁愿选择钻头类型B,虽然A比B每米成本低,但B能钻穿地层,为下一只钻头合理选择和使用创造良好条件,最终可导致全井钻头成本最低。全井钻头序列优化中,目标函数中各参变量是离散的,每个钻头有各自的集合,因此全井钻头序列优化组合方案的确定是一个多阶段决策问题。即钻井过程依据钻头钻进井段可将全井划分为若干个互相联系的阶段,在各个阶段(某一个钻头对应的井段)钻井工程师都需要作出决策(钻头类型和工作参数),并且当某一井段的钻头类型和工作参数确定后,常常影响下一只钻头的选型和工作参数的确
4、定,从而影响全井钻井指标函数。这样各个钻头(不同阶段)所确定的决策就构造成一个全井钻头优化组合的决策序列,由于各个井段可供选择的决策(钻头类型)往往不止一个,因而可能对某一个井段有多种策略(钻头类型)供选择,这①1996—01—10收稿第3期周开吉等:全井钻头序列优化组合及参数优选45些可供选择的不同钻头类型构成一个允许策略集合,每一种策略都相应的确定一种指标(成本、机械钻速、进尺)。由于不同的策略导致不同的指标值,因此,钻井工程师必须在允许策略集中选择一种最佳策略,使其获得最优钻井指标值,解决多阶段优化决策问题中的一种有效
5、方法是运筹学和系统工程分析中的动态规划方法,即利用一种递推关系,一个阶段接一个阶段依次作出最优决策,最终使全过程获得最优效果。1钻头类型初选(生成初始决策树)钻头类型初选一般情况可采用以下方法和步骤:(1)建立钻头数据库,将目前国内外各种类型钻头(油田使用或非使用的全部类型)存入该库,已使用的钻头将参数指标标注。(2)根据钻遇层段岩石力学性能(岩石硬度、塑性系数、研磨性、可钻性),从钻头库中选择所有适合该地层层段岩石力学性能的钻头类型。(3)第二步选中的钻头类型中,有些可能是该层段已使用过的钻头,对这类钻头,根据使用指标(钻
6、速、进尺、纯钻时间、成本等),选择高指标的钻头。即使通过以上步骤的选择,也可能在同一层段适用的钻头类型太多,使得初始决策树太茂,假使每一个井段都有m个钻头类型可选择,而全井若需N个钻头,则生成的树枝路径N总数可达m条。要从如此众多的路径中寻找最短的那一条是十分复杂的工作,因此到了第3步,还应采用诸如比能法、成本法、优先数法等进一步筛选,应使初始决策树尽量少。2模拟钻进(最终决策树生成)2.1基本方程钻井过程中,影响钻速的因素很多,但影响钻速的可控参数,经过国内外学者的大量理论和实验研究认为:钻压、转速、钻头水功率、井底压差是
7、影响钻速的主要可控因素,由此建立了4元钻速方程:dKf-b$PVm=KfWRNc10(1)式中:Vm——机械钻速möhW——钻压kNR——转速römin2Nc——钻头比水功率Wömm$P——压差MPaKf——钻速系数无因次d——钻压指数无因次K——转速指数无因次f——水力可钻指数无因次b——地层压实系数无因次钻头牙齿和轴承磨损方程采用AMOCO公司由现场实钻统计资料求得的经验方程。46西南石油学院学报1996年牙齿磨损方程:189.2CtTb=(2)exp(0.01R+0.2722WöDb)轴承磨损方程:11755Db0.8
8、507WTb=CB-(3)WõRDb式中:Tb——纯钻时间hCt——牙齿磨损系数无因次CB——轴承磨损系数无因次db——钻头尺寸mmexp——自然对数的底,取2.718目标函数:Bc+Rc(Tb+Tr)C=(4)F式中:C——每米直接成本元ömBc——钻头成本元ö只Rc——钻机运转费元öm
