一种实时钻头优选方法及系统与流程

1.本发明涉及钻井技术领域，尤其是涉及一种实时钻头优选方法及系统。


背景技术：

2.在石油钻井工程中，钻头是破岩的主要工具，钻头和地层不匹配会造成钻井效率低、钻头寿命短等问题，因此钻头的合理选型对提高钻进速度、降低钻井综合成本具有重要作用，特别是近年来的钻井实践证明，钻头是钻井提速最主要手段之一，也是安全钻井减少事故复杂的重要保证。
3.钻头优选的目的是使钻头和地层匹配，因此，需要根据岩石可钻性对地层分层、并对岩石可钻性分层的各层段选用适配的钻头，现有技术中，通常使用声波测井资料对地层进行岩石可钻性分层，但是，测井须实施于钻井后，因此，声波测井资料所反映的岩石可钻性分层结果仅仅针对的是已有钻井，加之国内产油地层以陆相沉积地层为主，而陆相沉积地层在横向上连续性差，因此，在钻井时，并不能直接套用邻井的岩石可钻性分层表，从而导致现有的钻头优选方法仅适用于针对大区的钻头选型参考，不能指导具体钻井的实时钻进，钻头和各个层段的匹配程度不高。


技术实现要素：

4.有鉴于此，有必要提供一种实时钻头优选方法及系统，用以解决现有的钻头优选方法仅适用于针对大区的钻头选型参考，不能指导具体钻井的实时钻进，钻头和各个层段的匹配程度不高的技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种实时钻头优选方法，包括：
6.s1、获取钻井地质参数，其中，钻井地质参数至少包括待钻井的位置、待钻井所在区域的地震资料以及待钻井所在区域的已有钻井的声波测井数据及钻井数据；
7.s2、根据待钻井所在区域的地震资料提取待钻井所在位置的地震速度谱，并根据所述地震速度谱对待钻井所在位置下方的地层进行分层并计算各层段的层速度，再根据待钻井所在区域的已有钻井的声波测井数据，获取岩石可钻性与层速度的关系，以确定各层段的岩石可钻性；
8.s3、建立钻头参数数据库，其中，钻头参数数据库至少包括若干个钻头型号；
9.s4、根据待钻井所在区域的已有钻井的声波测井数据及钻井数据，建立钻头型号与岩石可钻性匹配程度数据库；
10.s5、根据钻头型号与岩石可钻性匹配程度以及岩石可钻性分层结果，确定各层段使用的钻头的型号。
11.优选地，所述实时钻头优选方法还包括：s6、在钻井过程中，实时检测录井岩屑的矿物组分，并根据所述录井岩屑的矿物组分更新岩石可钻性分层的各层段的岩石可钻性。
12.优选地，所述步骤s6中，根据所述录井岩屑的石英、长石及方解石的含量，更新岩石可钻性分层的各层段的岩石可钻性。
13.优选地，所述实时钻头优选方法还包括：s7、在钻井过程中，实时检测钻头使用状态参数，并根据钻头使用状态参数及所钻层段的岩石可钻性，更新钻头型号与岩石可钻性匹配程度数据，其中，所述钻头使用状态参数至少包括钻头的机械钻速。
14.优选地，所述钻头参数数据库还包括各个钻头的编号及各个钻头在不同岩石可钻性条件下的预计钻头剩余进尺；所述步骤s5还包括：根据待钻层段的岩石可钻性、各个钻头在不同岩石可钻性条件下的预计钻头剩余进尺及各层段的厚度，确定各层段使用的钻头的编号。
15.优选地，根据待钻层段的岩石可钻性、各个钻头在不同岩石可钻性条件下的预计钻头剩余进尺及各层段的厚度，确定各层段使用的钻头的编号的具体方法包括如下步骤：s511、比较下一待钻层段的厚度与各个钻头在该待钻层段的预计钻头剩余进尺的关系；s512、若钻头在该待钻层段的预计钻头剩余进尺与下一待钻层段的厚度之比小于1，则将该钻头标定为最低优先级；s513、若钻头在该待钻层段的预计钻头剩余进尺与下一待钻层段的厚度之比介于1～1.1，则将该钻头标定为最高优先级；s514、若钻头在该待钻层段的预计钻头剩余进尺与下一待钻层段的厚度之比大于1.1，则将该钻头标定为中等优先级；s515、根据各个钻头的优先级，选择优先级最高的钻头下钻。
16.优选地，所述实时钻头优选方法还包括：s8、在起钻后，确定上一使用钻头的进尺及磨损程度，并根据上一使用钻头的进尺及磨损程度，更新各个钻头在不同岩石可钻性条件下的预计钻头剩余进尺。
17.本发明还提供了一种实时钻头优选系统，包括钻井地质参数获取模块、岩石可钻性分层模块、钻头参数数据库、钻头型号与岩石可钻性匹配程度数据库及钻头优选模块；
18.所述钻井地质参数获取模块用于获取钻井地质参数，其中，钻井地质参数至少包括待钻井的位置、待钻井所在区域的地震资料以及待钻井所在区域的已有钻井的声波测井数据及钻井数据；
19.所述岩石可钻性分层模块用于根据待钻井所在区域的地震资料提取待钻井所在位置的地震层速度谱，并根据待钻井所在区域的已有钻井的声波测井数据，获取岩石可钻性与层速度的关系，以建立待钻井所在位置的岩石可钻性随深度的关系，并根据岩石可钻性随深度的关系对待钻井所在位置下方的地层进行岩石可钻性分层；
20.所述钻头参数数据库至少包括若干个钻头型号；
21.所述钻头优选模块用于根据钻头型号与岩石可钻性匹配程度数据库以及岩石可钻性分层结果，确定各层段使用的钻头的型号。
22.优选地，所述实时钻头优选系统还包括录井岩屑数据获取模块，所述录井岩屑数据获取模块用于实时检测录井岩屑的矿物组分，并根据所述录井岩屑的矿物组分更新岩石可钻性分层的各层段的岩石可钻性。
23.优选地，所述实时钻头优选系统还包括钻头使用状态检测模块，所述钻头使用状态检测模块用于在钻井过程中，实时检测钻头使用状态参数，并根据钻头使用状态参数及所钻层段的岩石可钻性，更新钻头型号与岩石可钻性匹配程度数据，其中，所述钻头使用状态参数至少包括钻头的机械钻速。
24.与现有技术相比，本发明提出的技术方案的有益效果是：通过地震资料中提取的地震速度谱对待钻井进行岩石可钻性分层，根据邻井的声波测井资料与工区的地震资料的
结合来计算得到待钻井各个层段的岩石可钻性级别，再根据待钻井各个层段的岩石可钻性级别来指导该井的实时钻进施工，从而可提高钻头和各个层段的匹配程度。
附图说明
25.图1是本发明提供的实时钻头优选方法的一实施例的流程示意图；
26.图2是图1中步骤s5的流程示意图；；
27.图3是本发明提供的实时钻头优选系统的一实施例的结构示意图。
具体实施方式
28.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
29.实施例1：
30.请参照图1，本发明提供了一种实时钻头优选方法，包括：
31.s1、获取钻井地质参数，其中，钻井地质参数至少包括待钻井的位置、待钻井所在区域的地震资料以及待钻井所在区域的已有钻井的声波测井数据及钻井数据。
32.s2、根据待钻井所在区域的地震资料提取待钻井所在位置的地震速度谱，并根据所述地震速度谱对待钻井所在位置下方的地层进行分层并计算各层段的层速度，再根据待钻井所在区域的已有钻井的声波测井数据，获取岩石可钻性与层速度的关系，以确定各层段的岩石可钻性。步骤s2的具体操作步骤如下：
33.首先，根据待钻井所在区域的地震资料提取待钻井所在位置的地震速度谱，并根据所述地震速度谱对待钻井所在位置下方的地层进行分层并计算各层段的层速度，具体方法如下：制作一地震剖面，该地震剖面需要经过待钻井所在位置及至少一口已有钻井；在该地震剖面上根据地震速度谱分层，由于地震速度与声波测井中的声波时差关联度较大，而声波时差与岩石可钻性关联度较大，因此，地震资料中提取的地震速度与岩石可钻性关联度较大，因此，可根据地震速度谱对地层进行分层，分层完毕后，求取各层段的平均地震速度。需要指出的是，在分层时，须保证每个层段的厚度至少大于50米以上。
34.接着，再根据待钻井所在区域的已有钻井的声波测井数据，获取岩石可钻性与层速度的关系，以确定各层段的岩石可钻性，具体方法如下：提取上述地震剖面中各层段的已有钻井的纵波时差δtp，根据以下公式计算该层段的岩石可钻性：
35.k
d
＝ae
bδt
p
36.式中，k
d
为岩石可钻性，a、b为线性回归系数。
37.各层段的岩石可钻性k
d
求解出来后，还需要根据岩石可钻性值的大小进行岩石可钻性级别赋值，以确定岩石可钻性级别。本实施例中，根据岩石可钻性值的大小，将岩石可钻性级别赋值为1～10之间的整数，以便于后续处理。
38.s3、建立钻头参数数据库，其中，钻头参数数据库至少包括若干个钻头型号。
39.s4、根据待钻井所在区域的已有钻井的声波测井数据及钻井数据，建立钻头型号与岩石可钻性匹配程度数据库。具体方法如下：
40.首先获取区域内已有钻井的声波测井数据，根据步骤s2中的方法对已有钻井剖面进行分层，并计算各个层段的岩石可钻性级别；
41.接着获取该钻井的钻井数据，主要包括各个层段使用的钻头类型、对应的机械钻速及单位进尺成本，然后根据各个层段的岩石可钻性级别、机械钻速及单位进尺成本确定钻头型号与岩石可钻性级别的匹配程度，具体来说，匹配程度按从好到坏可分为a、b、c、d四档，须尽可能搜集到各个钻头型号与各个岩石可钻性级别的匹配程度，若缺乏部分数据，则标记为空值，从而可建立钻头型号与岩石可钻性级别匹配程度数据库。
42.s5、在钻井时，根据钻头型号与岩石可钻性匹配程度以及岩石可钻性分层结果，确定各层段使用的钻头的型号。
43.本发明通过地震资料中提取的地震速度谱对待钻井进行岩石可钻性分层，根据邻井的声波测井资料与工区的地震资料的结合来计算得到待钻井各个层段的岩石可钻性级别，再根据待钻井各个层段的岩石可钻性级别来指导该井的实时钻进施工，从而可提高钻头和各个层段的匹配程度。
44.优选地，为了提高各层段的岩石可钻性级别的准确性，步骤s5之后还包括：
45.s6、在钻井过程中，实时检测录井岩屑的矿物组分，并根据所述录井岩屑的矿物组分更新岩石可钻性分层的各层段的岩石可钻性，由于钻井液携带出的岩屑可直接反映所钻层段的岩石性质，因此通过检测录井岩屑的矿物组分确定出的各层段的岩石可钻性级别相对于地震资料和测井资料来说准确性更高，因此可据此更新各层段的岩石可钻性级别，从而提高了岩石可钻性级别的准确性。
46.具体地，根据所述录井岩屑的石英、长石及方解石的含量，更新岩石可钻性分层的各层段的岩石可钻性，石英、长石及方解石为常见的硬质矿物，三者的总含量可反映地层的岩石硬度，从而反映岩石的岩石可钻性级数，应当理解，为了通过录井岩屑的石英、长石及方解石的含量得到岩石可钻性级数，需要根据石英、长石及方解石的总含量进行岩石可钻性级别赋值，以确定岩石可钻性级别，具体赋值比例系数可通过岩心试验确定。
47.优选地，为了提高钻头型号与岩石可钻性匹配程度数据的准确性，请参照图1，本发明提供的实时钻头优选方法还包括：
48.s7、在钻井过程中，实时检测钻头使用状态参数，并根据钻头使用状态参数及所钻层段的岩石可钻性，更新钻头型号与岩石可钻性匹配程度数据，其中，所述钻头使用状态参数至少包括钻头的机械钻速及单位进尺成本。通过实时更新钻头型号与岩石可钻性匹配程度数据库，并且在每次下钻前，均需重新根据更新后的数据库匹配最优钻头类型，从而可在钻井过程中，不断纠错，使钻头型号与岩石可钻性匹配程度数据库与实际情况吻合度不断提高。
49.优选地，为了减少因钻头损坏造成的钻井工期延误，请参照图1，所述钻头参数数据库还包括各个钻头的编号及各个钻头在不同岩石可钻性条件下的预计钻头剩余进尺；
50.所述步骤s5还包括：根据待钻层段的岩石可钻性、各个钻头在不同岩石可钻性条件下的预计钻头剩余进尺及各层段的厚度，确定各层段使用的钻头的编号。
51.现有技术中，经常会因为钻头因磨损到达极限导致不得不停止钻进、然后起钻更换钻头、接着将钻具重新放入井下，此过程会耗费大量时间，造成工期延误。
52.鉴于此，本发明中，对所有钻头均进行编号，并在钻头参数数据库中记录各个钻头在不同岩石可钻性条件下的预计钻头剩余进尺，从而在下钻时，在钻头型号与岩石可钻性匹配的前提下，尽可能选择预计钻头剩余进尺大于下一待钻层段的厚度，从而避免因钻头
损坏造成的钻井工期延误。
53.应当理解，钻头在不同岩石可钻性条件下的预计钻头剩余进尺可根据厂家提供的数据及实际钻井中的数据进行推断。
54.优选地，为了最大化地利用各个钻头，请参照图2，根据待钻层段的岩石可钻性、各个钻头在不同岩石可钻性条件下的预计钻头剩余进尺及各层段的厚度，确定各层段使用的钻头的编号的具体方法包括如下步骤：
55.s511、比较下一待钻层段的厚度与各个钻头在该待钻层段的预计钻头剩余进尺的关系；
56.s512、若钻头在该待钻层段的预计钻头剩余进尺与下一待钻层段的厚度之比小于1，则将该钻头标定为最低优先级，从而优先使用预计钻头剩余进尺略大于下一待钻层段的厚度的钻头，待钻头钻完该层段后，直接报废处理，从而可避免钻头在层段的中段损坏而延误工期；
57.s513、若钻头在该待钻层段的预计钻头剩余进尺与下一待钻层段的厚度之比介于1～1.1，则将该钻头标定为最高优先级
58.s514、若钻头在该待钻层段的预计钻头剩余进尺与下一待钻层段的厚度之比大于1.1，则将该钻头标定为中等优先级；
59.s515、根据各个钻头的优先级，选择优先级最高的钻头下钻。
60.优选地，为了提高预计钻头剩余进尺的准确性，请参照图1，本发明提供的实时钻头优选方法还包括：
61.s8、在起钻后，确定上一使用钻头的进尺及磨损程度，并根据上一使用钻头的进尺及磨损程度，更新各个钻头在不同岩石可钻性条件下的预计钻头剩余进尺。
62.具体来说，首先，确定上一使用钻头的进尺，并在钻头参数数据库中相应减少该钻头的在不同岩石可钻性条件下的预计钻头剩余进尺，需要指出的是，由于不同岩石可钻性条件下的预计钻头剩余进尺不同，因此，在核减钻头的在不同岩石可钻性条件下的预计钻头剩余进尺，需要根据一定的比例换算出钻头在不同岩石可钻性条件下的预计钻头剩余进尺的减少值。
63.其次，还需要确定上一使用钻头的磨损程度，钻头的磨损程度可根据现有技术进行定量化表征，通过钻头的进尺与钻头的磨损程度变化可计算出钻头在相应岩石可钻性级别条件下的预计钻头剩余进尺，据此可以对钻头参数数据库中的该钻头的在不同岩石可钻性条件下的预计钻头剩余进尺进行修订，同时，通过钻头的进尺与钻头的磨损程度变化可计算出该型号的钻头在出厂时的预计钻头剩余进尺，从而可对钻头参数数据库中该型号的钻头的预计钻头剩余进尺全部进行修订，以提高预计钻头剩余进尺的准确性。
64.实施例2：
65.请参照图3，本发明还提供了一种实时钻头优选系统，包括钻井地质参数获取模块100、岩石可钻性分层模块200、钻头参数数据库300、钻头型号与岩石可钻性匹配程度数据库400、钻头优选模块500、录井岩屑数据获取模块600、钻头使用状态检测模块700以及钻头进尺及磨损检测模块800。
66.所述钻井地质参数获取模块100用于获取钻井地质参数，其中，钻井地质参数至少包括待钻井的位置、待钻井所在区域的地震资料以及待钻井所在区域的已有钻井的声波测
井数据及钻井数据。
67.所述岩石可钻性分层模块200用于根据待钻井所在区域的地震资料提取待钻井所在位置的地震层速度谱，并根据待钻井所在区域的已有钻井的声波测井数据，获取岩石可钻性与层速度的关系，以建立待钻井所在位置的岩石可钻性随深度的关系，并根据岩石可钻性随深度的关系对待钻井所在位置下方的地层进行岩石可钻性分层。
68.所述钻头参数数据库300至少包括若干个钻头的编号、型号及各个钻头在不同岩石可钻性条件下的预计钻头剩余进尺。
69.所述钻头优选模块500用于根据钻头型号与岩石可钻性匹配程度数据库400以及岩石可钻性分层结果，确定各层段使用的钻头的型号。
70.所述录井岩屑数据获取模块600用于实时检测录井岩屑的矿物组分，并根据所述录井岩屑的矿物组分更新岩石可钻性分层的各层段的岩石可钻性。
71.所述钻头使用状态检测模块700用于在钻井过程中，实时检测钻头使用状态参数，并根据钻头使用状态参数及所钻层段的岩石可钻性，更新钻头型号与岩石可钻性匹配程度数据，其中，所述钻头使用状态参数至少包括钻头的机械钻速。
72.所述钻头进尺及磨损检测模块800用于在起钻后，确定上一使用钻头的进尺及磨损程度，并根据上一使用钻头的进尺及磨损程度，更新各个钻头在不同岩石可钻性条件下的预计钻头剩余进尺。
73.以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。