[发明专利]一种钻井分析方法

说明书

本申请公开了一种钻井分析方法，包括步骤：S100、建立基于钻速‑钻齿‑地层钻进模拟的有限元模型；S200、采用显示积分算法对所述有限元模型进行求解分析，得出钻齿在相应破岩速度下所受的钻压和扭矩；S300、根据钻齿在相应破岩速度下所受的钻压和扭矩给出钻井现场所用的钻具组合所匹配的破岩速度或给出钻井现场预想达到的破岩速度所匹配的钻具组合。由于该钻井分析方法直接研究了为达到一定的机械钻速钻齿所需的钻压和扭矩，更能真实地模拟钻井工程中实时钻进破岩的过程，更能准确地反映现场实际钻井工况条件，进而得到更合理的计算结果，能够为钻井提速评价提供参考，且为现场实际钻井工程解决钻井设计、钻具组合优化和钻井参数优化等提供参考依据。

技术领域

本发明涉及石油天然气和煤层气的勘探开发技术领域，特别涉及一种钻井分析方法。

背景技术

在石油天然气和煤勘探开发过程中，钻井费用占总勘探开发费用的50％～80％，然而随着油气资源勘探开发的不断深入、复杂钻井工艺的使用和井身结构及复杂情况越来越严重，井下事故的发生以及较低的机械钻速成为增加钻井成本的关键因素。怎样减小井下事故发生的概率和提高钻井的机械钻速来降低钻井成本一直是现场工程师们迫切想解决的技术难题，因此钻头破岩规律的研究一直都是热门的研究课题。从现场实际钻井资料表明，采用合理的钻井设计、合理的钻具组合、恰当的钻井参数和合适的钻具能大幅度提高钻井的机械钻速，缩短钻井周期，节约钻井成本。

现有的关于钻井的分析研究方法是，通过对钻齿与地层的交互作用进行研究，往往是通过建立钻齿与岩石的力学模型，其研究重点在门限钻压和门限扭矩上面，这种分析研究方法无法在考虑岩石在累计损伤的情况下，得出钻齿快速破岩所需的真实钻压和扭矩，导致不能给出合理的钻具组合、恰当的钻井参数和合适的钻具。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钻井分析方法，以模拟出与真实钻井情况更为接近的结果，并根据模拟结果给出合理的钻具组合、钻井参数和合适的钻具。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种钻井分析方法，包括步骤：

S100、建立基于钻速-钻齿-地层钻进模拟的有限元模型；

S200、采用显示积分算法对所述有限元模型进行求解分析，得出钻齿在相应破岩速度下所受的钻压和扭矩；

S300、根据所述步骤S200中的钻齿在相应破岩速度下所受的钻压和扭矩给出钻井现场所用的钻具组合所匹配的破岩速度或给出钻井现场预想达到的破岩速度所匹配的钻具组合。

优选地，在上述的钻井分析方法中，所述步骤S100中的建立基于钻速-钻齿-地层钻进模拟的有限元模型的具体方法包括步骤：

S101、建立包括钻齿和地层的有限元仿真网格模型；

S102、根据现场实际钻井工况条件定义所述有限元仿真网格模型中的钻齿的物理属性以及地层的破碎失效准则，并根据现场的地层实测数据定义地层的本构关系；

S103、建立钻齿与地层之间的相互作用模型；

S104、根据设定的破岩速度，定义所述有限元模型的边界条件。

优选地，在上述的钻井分析方法中，所述步骤S101中的有限元仿真网格模型使用六面体单元划分网格。

优选地，在上述的钻井分析方法中，所述步骤S102中的现场的地层实测数据包括地层的杨氏模量、泊松比、屈服应力比、屈服应力、摩擦角和膨胀角。

优选地，在上述的钻井分析方法中，所述步骤S102中的地层的本构关系采用Drucker-Prager模型，地层的破碎失效准则采用岩石的等效塑性应变判据。