[发明专利]一种PDC钻头各向异性评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻头评价方法，特别是一种PDC钻头各向异性评价方法。

背景技术

钻头各向异性表征了钻头轴向、侧向钻进时钻井效率的差异，是影响钻头定向钻进能力的重要因素。目前，随着PDC钻头在石油钻井领域的大量推广使用，开展PDC钻头各向异性的定量评价研究对于井眼轨迹控制、PDC钻头优化设计具有重要意义。国内外学者对钻头各向异性进行了一系列研究，但却始终无法实现PDC钻头各向异性的定量评估，并且无法克服室内试验工作量大、试验条件高、通用性差的缺点。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足，提供一种PDC钻头各向异性评价方法，该方法通过反演方式得到作为常量的钻头各向异性系数，而后通过所得到的钻头各向异性系数和不同钻头的钻头结构参数确定不同钻头的钻头各项异性指数，从而完成对PDC钻头各向异性的评价。该方法实现了PDC钻头各向异性的定量评估，并且克服了室内试验工作量大、试验条件高、通用性差的缺点。

钻头各向异性是指钻头结构本身在不同方向上钻进能力的差异。无论是牙轮钻头还是PDC钻头，其结构都是有利于向前即沿轴向钻进的。因此，钻头沿轴向的钻进效率优于沿侧向的钻进效率，即存在钻进效率的各向异性。钻头的各向异性可用钻头各向异性指数来表征。假设各向异性钻头在各向同性地层里钻进，则钻井效率和钻头各向异性指数可以定义为：

Da=Ra/FaDl=Rl/FlIb=Dl/Da]]>

式中：I_b为钻头各向异性指数；F_a、F_l为钻头轴向及侧向作用力，kN；R_a、R_l为钻头轴向及侧向钻速，m/h；D_a、D_l分别为钻头轴向和侧向的钻井效率，m·(h·kN)^-1。

本发明的目的是这样实现的：一种PDC钻头各向异性评价方法，所述方法包括如下步骤：

1)通过参数反演法确定钻头各向异性系数K_b：

所述参数反演法包括以下步骤：(a)给定K_b初值和迭代精度ε；(b)将K_b值带入目标函数E_i中得到计算结果；(c)如果计算结果的绝对值|E_i|满足迭代精度，反演结束，输出此时的K_b值；(d)如果计算结果的绝对值|E_i|不满足迭代精度，采用二分法调整K_b值，重新执行步骤(b)直至满足迭代精度要求；(e)输出K_b值；

所述目标函数E_i为：E_i=f_αi-F_αi(K_b)

其中：f_αi为第i个测点处的钻头井斜力，kN；F_αi为第i个测点处的地层变井斜力，kN；E_i表示钻头井斜力与地层变井斜力之间的差值；

其中，所述地层变井斜力的计算公式1为：