优化钻井技术的应用研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)2008年l0目第3o卷第5期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)Oct．2008Vo1．30No．5优化钻井技术的应用研究魏春禺，李海庆，张庆良(河南油田分公司石油工程技术研究院，河南南阳473132)杨金山，潘华枫(河南石油勘探局钻井工程公司，河南南阳473132)[摘要]结合目前广泛采用的钻进基本方程，对钻时录井资料、钻头磨损资料进行处理，运用优化反演法求取钻进方程中的各项系数，开发出基

2、于系数反演法的钻井参数优化计算系统。应用该计算系统对河南油田南88井的钻进参数和水力参数进行了优化计算，进而对钻进过程的累计进尺和钻进时间进行了预溯，计算结果与实际钻井数据基本符合。[关键词]优化钻井；钻速方程；钻井参数；参数优化；方程系数；优化反演；河南油田[中图分类号]TE22[文献标识码]A[文章编号]i000—9752(2008)05—0110—03钻井工程技术人员从长期的钻井生产中总结出了描述钻进过程的基本规律，这些规律是在一定条件下通过试验和数学分析处理而得到的。目前广泛采用的基本方

3、程主要有钻速方程、钻头牙齿磨损方程和钻头轴承磨损方程。这些方程是进行钻进参数优化的依据，因此对这些基本方程的研究尤为重要。但是，长期以来由于方程中的系数的确定主要依据现场试验，要耗费大量的人力、物力，而且试验成功率也不高。笔者针对这种情况．运用优化反演算法，利用对钻时录井资料处理的结果，结合钻头的工作资料来求取钻进方程中各项系数。以现场实钻资料为例，验证了这种方法求得的结果可以满足钻井工程的实际需要。1钻进基本方程1．1钻速方程修正的杨格钻速方程[1]的形式为：1啦一KR(W—M)TCPCH(1

4、)j_T-Lv2凡式中，uec为钻速，m／h；W、M分别为钻压和门限钻压，kN；为转速，r／min；K为地层可钻性系数；为转速指数；C2为钻头牙齿磨损系数；C为水力净化系数；Cp为压差影响系数；^为牙齿磨损量，无因次量，以牙齿的相对磨损高度表示，新钻头时h一0，牙齿全部磨损时h一1。1．2钻头牙齿磨损方程，钻头牙齿磨损方程口]的形式为：--1+％／至1+2C簟~Af(PnD2--+D1Qn3)tfw(2)、1式中，h。为钻头钻进t小时后的牙齿磨损量，无因次量；为钻进时间，h；Ar为地层研磨性系数

5、；P、Q为由钻头类型决定的系数，其具体数值可查表得到嘲；D。、D：为钻压影响系数，与钻头尺寸有关，其值可查表得到。；C1为钻头磨损减慢系数。1．3钻头轴承磨损方程钻头轴承磨损方程的形式为：[收稿日期]2008—03—23[作者简介】魏春禺(1974一)。男．1997年江汉石油学院毕业。工程师．现主要从事钻井科研与钻井技术服务工作。学兔兔www.xuetutu.com第3O卷第5期魏春禺等：优化钻井技术的应用研究B一丛!(3)b式中，B为钻头轴承的磨损量，无因次量，新钻头时B一0，轴承全部磨损时B

6、f=1；T为钻头工作时间，h；b为钻头轴承的工作系数。1．4钻进每米成本目标方程衡量钻井整体技术经济效果的标准有多种，目前一般以单位进尺成本作为标准，其表达式口为：r一±!±(4)“H式中，C。m为单位进尺成本，元／m；C为钻头成本，元；C为钻机作业费，元／h；￡为起下钻、接单根时间，h；t为钻头工作时问，h；H为钻头进尺，rn。综合利用钻速方程(1)与钻头磨损方程(2)可得目标函数l1]为：r—c[：．一一(5)￡E一+tL／式中，t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，

7、它仅与起下钻、接单根时间有关，而与各钻进参数无关Ⅲ。2优化反演法2．1反演计算模型反演是近几十年来迅速发展起来的一门学科，它是研究各种物理现象的逆过程。反演是相对正演而言的，正演是根据已知的数学模型求取结果；反演是根据实际提供的结果，来准确地给出描述具体物理问题的数学模型，从而求取数学模型中的待定参数；正演是反演的前提和基础。利用最优化原理求解反问题的方法，称为优化反演法。在钻井工程中，可应用反演方法对实钻地层的钻井特性参数进行评估计算引。目前广泛采用的基本方程主要有钻速方程、钻头牙齿磨损方程和

8、钻头轴承磨损方程，对其进行反演计算，就是根据测得的钻速、牙齿磨损、轴承磨损来求取对应方程中的各参数，即方程(1)中的待反演参数为K、M、、C。、C、C；方程(2)中的待反演参数为Af；方程(3)中的待反演参数为b。一般而言，首先应确定优化反演的目标函数为：NE一(F0(x)一Fc(x))(6)式中，N为测点数量；Fo为第个测点观测值；F为根据正演方程计算的第i个测点计算值；E为测点观测值与测点计算值的差值；X为组反演参数。2．2反演计算流程图1参数反演流程图给定要反演参数的一组初值和误差要求，采