一种预测PDC切削齿磨蚀寿命的方法与流程

本发明涉及pdc切削齿(pdc全称polycrystalline diamond compact，又名聚晶金刚石复合片)，更具体的说，它涉及一种预测pdc切削齿磨蚀寿命的方法。

背景技术：

1、以天山南三道桥北、新和工区、亚肯北等区块为例，该含气层系主要为白垩系巴什基奇克组，钻井过程中面临复杂地层多、钻井效率低、井下复杂事故多，缺少有效的应对措施和手段。特别是第四系的巨厚砾石岩：砾石以花岗岩为主，使得机械钻速慢，漏失、卡钻事故频发。因为地层较硬，对钻头切削齿磨损极大，因此对钻头切削齿磨蚀寿命的准确预测，是合理安排钻头选型和钻头使用时间的重要依据，对钻速的提升有着重要的作用。

2、中国专利cn102900372a，公开了一种pdc钻头合理使用寿命预测方法，其基于现场大量的pdc钻头实际使用资料，应用统计分析的理论系统研究了岩石内摩擦角、钻井操作参数对pdc钻头寿命的影响规律，建立起静态载荷作用下pdc钻头寿命的计算模型。然后在此基础上，根据机件的线性累积损伤理论建立起综合考虑地层研磨性变化和钻井操作参数变化的动载荷作用下的pdc钻头剩余新度预测模型，用于预测pdc钻头合理使用寿命。

3、上述专利在岩石研磨性上采用岩石内摩擦角进行定量表达。通过选取同型号的钻头在相同操作参数下(钻压、转速相同、水力参数相同)，在不同研磨性地层钻进时的数据进行统计分析，才可获得不同研磨性地层的岩石内摩擦角数据，测试工作量较大。

4、因此本发明希望在上述专利的基础上进行改进，采用研磨性级值cai进行岩石研磨性的表达，并提供一种深度层位岩石研磨性级值cai的预测公式，减少pdc切削齿磨蚀寿命预测的工作量。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种预测pdc切削齿磨蚀寿命的方法，其通过正交实验分别测定出钻压、转速和研磨性级值与pdc切削齿磨蚀寿命的关系式，在此基础上综合考虑钻压、转速和研磨性对切削齿寿命的影响，建立出预测pdc切削齿磨蚀寿命的数学模型，同时将实验测试获取的岩石研磨性指数和所需深度层位的现场测井数据岩石研磨性指数结合，使预测结果更加真实可信。本发明的思路流程完整且清晰，容易理解，具有操作简便和计算快捷的优势，有效减少了pdc切削齿磨蚀寿命预测的工作量。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种预测pdc切削齿磨蚀寿命的方法，其包括如下步骤：

3、s1、建立pdc切削齿磨蚀寿命t与转速n的第一关系式：t＝a1nb，a1、b均为常数；

4、建立pdc切削齿磨蚀寿命t与钻压w的第二关系式：t＝a2wc，a2、c均为常数；

5、建立pdc切削齿磨蚀寿命t与研磨性级值cai的第三关系式：t＝a3caid，a3、d均为常数；

6、s2、联立第一关系式、第二关系式和第三关系式，建立pdc切削齿磨蚀寿命预测的数学模型：t＝anbwccaid，a为常数；

7、s3、利用测井数据，获取单轴抗压强度ucs、纵波速度vp、弹性模量e数据，建立岩石研磨性级值cai预测的数学模型：cai＝k1+k2ucs+k3vp+k4e，其中k1、k2、k3、k4均为常数；

8、s4、根据测井数据获取所需深度层位的单轴抗压强度ucs、纵波速度vp、弹性模量e；将所需深度层位的单轴抗压强度ucs、纵波速度vp、弹性模量e带入s3中的数学模型，获得所需深度层位的岩石研磨性级值cai；将所需深度层位的岩石研磨性级值cai带入s2中的数学模型，获得pdc切削齿在所需深度层位的磨蚀寿命t。

9、本发明进一步设置为：s3中k1、k2、k4的精度为0.01，k3的精度为0.0001。

10、本发明进一步设置为：s3中岩石研磨性级值cai预测的数学模型为cai＝-0.05+

11、0.03ucs-8×10-4vp+0.08e。

12、本发明进一步设置为：s1的具体步骤如下：

13、s11、获取所需深度层位的标准岩石样品，测出所有标准岩石样品的研磨性级值cai，选定待预测的pdc切削齿；

14、s12、固定钻压w，改变转速n，选取研磨性级值cai相同的标准岩石样品，测定不同转速n下，待预测的pdc切削齿被标准岩石样品磨损xmm所花费的时间，即pdc切削齿磨蚀寿命t；建立t＝a1nb，a1、b根据测定结果求出；

15、s13、固定转速n，改变钻压w，选取研磨性级值cai相同的标准岩石样品，测定不同钻压w下，待预测的pdc切削齿被标准岩石样品磨损xmm所花费的时间，即pdc切削齿磨蚀寿命t；建立t＝a2wc，a2、c根据测定结果求出；

16、s14、固定转速n，固定钻压w，选取研磨性级值cai不同的标准岩石样品，测定不同研磨性级值cai下，待预测的pdc切削齿被标准岩石样品磨损xmm所花费的时间，即pdc切削齿磨蚀寿命t；建立t＝a3caid，a3、d根据测定结果求出。

17、本发明进一步设置为：s12、s14中固定的钻压w相同，s13、s14中固定的转速n相同，s12、s13中选取的标准岩石样品研磨性级值cai相同。

18、本发明进一步设置为：s12、s14中固定的钻压w为500n，s13、s14中固定的转速n为60r/min。

19、本发明进一步设置为：s12中转速n的改变范围为30-200r/min。

20、本发明进一步设置为：s13中钻压w的改变范围为200-1000n。

21、本发明进一步设置为：s11中标准岩石样品的研磨性级值cai通过cerchar法实验测试获得。

22、本发明进一步设置为：s12、s13、s14中的xmm为2mm。

23、综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：本发明依据s12-s14的正交实验结果，综合考虑钻压、转速和研磨性对切削齿寿命的影响，建立出预测pdc切削齿磨蚀寿命的数学模型，同时将实验测试获取的岩石研磨性指数和所需深度层位的现场测井数据岩石研磨性指数结合，使预测结果更加真实可信。在此基础上，本发明的思路流程完整且清晰，容易理解，具有操作简便和计算快捷的优势，有效减少了pdc切削齿磨蚀寿命预测的工作量。

技术特征：

1.一种预测pdc切削齿磨蚀寿命的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种预测pdc切削齿磨蚀寿命的方法，其特征在于：s3中k1、k2、k4的精度为0.01，k3的精度为0.0001。

3.根据权利要求2所述的一种预测pdc切削齿磨蚀寿命的方法，其特征在于：s3中岩石研磨性级值cai预测的数学模型为cai＝-0.05+0.03ucs-8×10-4vp+0.08e。

4.根据权利要求1所述的一种预测pdc切削齿磨蚀寿命的方法，其特征在于：s1的具体步骤如下：

5.根据权利要求4所述的一种预测pdc切削齿磨蚀寿命的方法，其特征在于：s12、s14中固定的钻压w相同，s13、s14中固定的转速n相同，s12、s13中选取的标准岩石样品研磨性级值cai相同。

6.根据权利要求5所述的一种预测pdc切削齿磨蚀寿命的方法，其特征在于：s12、s14中固定的钻压w为500n，s13、s14中固定的转速n为60r/min。

7.根据权利要求4所述的一种预测pdc切削齿磨蚀寿命的方法，其特征在于：s12中转速n的改变范围为30-200r/min。

8.根据权利要求4所述的一种预测pdc切削齿磨蚀寿命的方法，其特征在于：s13中钻压w的改变范围为200-1000n。

9.根据权利要求4所述的一种预测pdc切削齿磨蚀寿命的方法，其特征在于：s11中标准岩石样品的研磨性级值cai通过cerchar法实验测试获得。

10.根据权利要求4所述的一种预测pdc切削齿磨蚀寿命的方法，其特征在于：s12、s13、s14中的xmm为2mm。

技术总结本发明公开了一种预测PDC切削齿磨蚀寿命的方法，其技术方案要点在于通过正交实验分别测定出钻压、转速和研磨性级值与PDC切削齿磨蚀寿命的关系式，在此基础上综合考虑钻压、转速和研磨性对切削齿寿命的影响，建立出预测PDC切削齿磨蚀寿命的数学模型，同时将实验测试获取的岩石研磨性指数和所需深度层位的现场测井数据岩石研磨性指数结合，使预测结果更加真实可信。本发明的思路流程完整且清晰，容易理解，具有操作简便和计算快捷的优势，有效减少了PDC切削齿磨蚀寿命预测的工作量。技术研发人员：于洋,李少安,刘湘华,陈修平,李文霞,韩正波受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12