基于模糊理论的钻井参数模型研究与应用

论文摘要

钻井参数的优化过程包括瞬时和平均钻速,钻进进尺,钻头在井底的旋转时间等参数。必须创建与钻井条件相适应的钻井参数优化数学模型。为了表示在这一领域的一些新的发展,我们针对上述问题进行了综合与深入的研究。本文研究了钻井参数优化理论,其中包括鲍格恩和扬格、麦德拉和欧哈瑞的无因次钻井参数优化模式,总结了影响钻井效率的因素,在总结早期钻井模型的基础上,运用模糊优化理论建立了随机钻井优化模型,并对钻进模型进行可靠性分析,使得参数更加符合现场施工需求。在钻进成本一定的前提下,建立了钻井速度随机模型,分别给出了随机影响项的具体数值,通过数据对比,总结出模型中各参数的对钻速的影响规律,并给出了钻速随机模型的解法。应用模糊决策中的层次分析方法,对PDC钻头进行优选,这种方法的优点在于把定性与定量的计算方法相结合,定性即通过现场工程师对钻头的几个性能进行打分,定量即对性能参数进行范围限制,通过两项相结合的方式,得出优选钻头序列。通过收集大庆中深井长垣地区的地层,机械参数等数据,通过拟合的方法,得出了影响钻进效率的因素,即钻压、转速、泵压、排量、压差、极限高剪切粘度等,并根据随机钻速模型进行计算,并给出设计参数的对照表以及预测钻速,通过现场验证效果明显。对优选后的PDC钻头进行水力模拟,对钻头周围流场模拟,分析了泥包的原因和流场压力变化,水功率变化以及喷嘴的方向等问题,即证明了优选钻头的合理性也同时说明水力因素的重要性。本文首次把模糊优化设计理论运用到钻井过程中,并把该理论应用到大庆油田中深井钻进过程中,通过在大庆油田中深井的应用,达到钻速提高20%,钻进成本节省18%以上。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外发展动向和发展趋势
• 1.2.1 优选参数钻井发展的历史
• 1.2.2 优选参数钻井的发展状况
• 第二章 钻井优化理论基础和方法
• 2.1 优选参数钻井基本数学模式
• 2.1.1 钻井速度模式
• 2.1.2 钻井参数目标函数模式
• 2.2 目标函数的优化与求解
• 2.2.1 目标函数的最优性条件
• 2.2.2 优化结果对目标函数的影响分析
• 第三章 钻井参数的随机模糊优化理论
• 3.1 钻井过程中的随机影响因素
• 3.2 多元随机钻井模型的建立与求解
• 3.2.1 牙轮钻头的随机模式
• 3.2.2 多元随机模型的解法
• 3.3 钻井参数的模糊优化理论与模型建立
• 3.3.1 模糊数学原理
• 3.3.2 具有模糊可靠性约束的钻井机械参数优化模型的建立与求解
• 3.4 用模糊决策理论进行钻头优选
• 第四章 优选技术在大庆油田中深井应用
• 4.1 地质因素分析
• 4.2 大庆中深井钻井参数因素对机械钻速的影响规律分析
• 4.2.1 钻压对机械钻速的影响规律
• 4.2.2 转速对机械钻速的影响规律
• 4.2.3 井底实际水功率对机械钻速的影响规律
• 4.2.4 排量、泵压以及喷嘴组合对机械钻速的影响规律
• 4.2.5 压差因素对机械钻速的影响
• 4.2.6 极限高剪切粘度对机械钻速的影响规律
• 4.3 随机钻速模式各影响系数
• 4.4 钻头优选结果及钻头水力结构数值模拟
• 4.4.1 PDC 钻头优选结果
• 4.4.2 PDC 钻头水力结构数值模拟
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要