[发明专利]用于监测岩石抗压强度和可钻性的方法及装置

说明书

本发明提供一种用于监测岩石抗压强度和可钻性的方法，其包含：收集待钻井邻井的井身结构数据、钻具组合数据、岩石抗压强度数据、岩石可钻性数据、录井资料、井眼轨迹测量数据以及钻头信息；计算得到待钻井附近的每口邻井每个深度点所对应的井底钻压；构建特征集，将特征集中的特征对齐至同一深度轴，并按照深度随机打乱数据集；确定随机森林回归器的超参数，训练建立岩石抗压强度预测模型以及岩石可钻性预测模型；采集待钻井的实时录井数据，输入建立的岩石抗压强度预测模型以及岩石可钻性预测模型，实现对待钻井的岩石抗压强度以及可钻性的实时计算。本发明综合考虑多种因素同岩石抗压强度和可钻性的映射关系，具有更高的计算精度。

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探开发技术领域，具体地说，涉及一种用于监测岩石抗压强度和可钻性的方法及装置。

背景技术

石油钻井过程中对钻头处地质信息进行实时监测对于钻井施工参数优化、钻井措施制定、钻井工具优选具有重要意义。目前对于地层岩石强度和可钻性的评价主要依赖随钻声波测井数据的实时解释，但是由于测量仪器价格或服务费用高昂，非关键井或非储层一般不配备随钻测井工具，无法获取岩石强度和可钻性的实时数据。

传统基于录井参数的井底岩石强度表征，主要基于解析公式，考虑因素较少，主要为钻压、转速、钻头尺寸，且忽略了钻井过程中摩阻对井底钻压的影响，导致计算精度较低，尤其不适用于深井、定向井和水平井段的岩石强度和可钻性监测。

因此，本发明提供了一种用于监测岩石抗压强度和可钻性的方法及装置。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于监测岩石抗压强度和可钻性的方法，所述方法包含以下步骤：

步骤一：收集待钻井邻井的井身结构数据、钻具组合数据、岩石抗压强度数据、岩石可钻性数据、录井资料、井眼轨迹测量数据以及钻头信息；

步骤二：依据所述录井资料中的大钩载荷数据以及钻井液密度数据，结合所述井眼轨迹测量数据以及所述钻具组合数据，计算得到待钻井附近的每口邻井每个深度点所对应的井底钻压；

步骤三：构建用于在钻井过程中实时计算岩石抗压强度和可钻性的特征集，将所述特征集中的特征对齐至同一深度轴，并按照深度随机打乱数据集；

步骤四：建立随机森林算法回归器，将所述特征集中的特征作为输入参数，将对应深度的所述岩石抗压强度数据以及所述岩石可钻性数据作为输出参数，确定随机森林回归器的超参数，训练建立岩石抗压强度预测模型以及岩石可钻性预测模型；

步骤五：采集待钻井的实时录井数据，计算得到所对应的井底钻压，将计算得到的所述井底钻压与实时录井数据中的其他特征输入建立的所述岩石抗压强度预测模型以及所述岩石可钻性预测模型，实现对待钻井的岩石抗压强度以及可钻性的实时计算。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤二中，通过三维井眼轴向力软杆计算模型确定待钻井附近的每口邻井每个深度点所对应的井底钻压。

根据本发明的一个实施例，通过以下公式计算斜直井段轴向力：

其中，F₂为井段单元上端轴向力，KN；F₁为井段单元下端轴向力，KN；β为浮力系数；w为钻具单元线重，kg/m；ΔL为计算单元长度，m；α为井斜角，rad；μ为摩擦系数；为钻具轴向和切向运动方向的夹角，rad。

根据本发明的一个实施例，通过以下公式计算弯曲井段轴向力：

其中，θ₂为井段单元上端方位角，rad；θ₁为井段单元下端方位角，rad；α₂为井段单元上端井斜角，rad；α₁为井段单元下端井斜角，rad。