[发明专利]井下钻井工具与岩层之间的相互作用的基于形状建模

权利要求书

1.一种设计井下钻孔工具的方法，所述方法包括：

生成包括多个刀片上的多个切割元件的三维(3D)井下钻井工具模型；

模拟所述3D井下钻井工具模型与钻孔底部的3D模型的接合；

基于第一切割元件的接合所述钻孔底部的面积确定第一切割元件的第一切割区域，所述第一切割区域具有第一切割区域形状；

确定与所述第一切割元件相关联的所述第一切割区域的圆弧长度；

基于第二切割元件的接合所述钻孔底部的面积确定第二切割元件的第二切割区域，所述第二切割区域具有第二切割区域形状；

确定与所述第二切割元件相关联的所述第二切割区域的圆弧长度；

基于包括所述第一切割区域的圆弧长度的所述第一切割区域形状计算出所述第一切割元件的第一切割力；

基于包括所述第二切割区域的圆弧长度的所述第二切割区域形状计算出所述第二切割元件的第二切割力；

至少基于所述第一切割力和所述第二切割力对所述3D井下钻井工具模型的钻井效率进行建模；以及

基于所述3D井下钻井工具模型的所述钻井效率对所述3D井下钻井工具模型的设计参数进行修改。

2.如权利要求1所述的方法，其中修改所述3D井下钻井工具模型的所述设计参数包括修改所述第一切割元件的所述第一切割区域形状。

3.如权利要求1所述的方法，其还包括：

基于第三切割元件的接合所述钻孔底部的面积确定第三切割元件的第三切割区域，所述第三切割区域具有第三切割区域形状；以及

基于所述第三切割区域形状计算出所述第三切割元件的第三切割力。

4.如权利要求1所述的方法，其还包括：

基于所述第一切割区域的所述圆弧长度和所述第一切割区域的面积计算出所述第一切割区域的等效切割高度；以及

基于所述第二切割区域的所述圆弧长度和所述第二切割区域的面积计算出所述第二切割区域的等效切割高度。

5.如权利要求1所述的方法，其还包括基于所述第一切割力的所述计算结果和所述第二切割力的所述计算结果计算所述3D井下钻井工具模型的组合的钻井力。

6.如权利要求1所述的方法，其还包括：

识别与每个切割元件相关联的多个小片中的每一个的位置；

基于每个小片的所述位置和所述钻孔底部的所述3D模型计算所述小片的切割深度；

响应于与所述切割元件相关联的所述多个小片中的至少一个的所述切割深度大于临界切割深度来生成每个切割元件的3D岩屑模型，每个3D岩屑模型包括与每个小片相关联的岩屑的二维(2D)模型；以及

通过移除所述3D岩屑模型中的每一个来更新所述钻孔底部的所述3D模型；

其中所述3D井下钻井工具模型的所述钻井效率的所述建模进一步基于移除了所述3D岩屑模型中的每一个的所述钻孔底部的经更新3D模型。

7.如权利要求6所述的方法，其中对所述3D井下钻井工具模型的所述钻井效率进行建模包括计算所述3D井下钻井工具模型的机械比能量。