[发明专利]地球地层破碎模型

说明书

发明背景

本公开涉及地球钻头刀具与地球地层之间的相互作用的建模，并且更具体地讲，涉及破碎模型。

地球地层或岩石由于地球钻头的切削元件与地球地层接合时出现的破碎、剪切或剥落而断裂。在一些情况下，当地球钻头的刀具的切削深度较浅时或对于软地层来说，地球地层主要由于破碎而断裂。单刀具建模通常被用作地球钻头和地层之间的相互作用建模的基础。单刀具的二维破碎模型通常用于针对各种各样的岩石地层而依靠经验预测刀具上的切削力。

附图简述

图1是示例性井系统的示意性局部横截面视图。

图2是示例性钻头的示意性透视图。

图3A和图3B是地球地层破碎期间的刀具表面的示意图。

图4A是摩擦系数范围内的切削力变化的数值例的图。

图4B是两个示例性石灰岩类型的切削深度范围内的应力强度因子的数值例的图。

图4C是若干示例性岩石类型的切削深度范围内的应力强度因子的数值例的图。

图4D是后倾角范围内的摩擦系数的数值例的图。

图5示出了示例性计算系统的示例性体系结构。

图6是描述了用于确定地球钻头切削特征的示例性过程的流程图。

不同附图中相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

本公开涉及地球钻头刀具与地球地层之间的相互作用的建模，并且更具体地讲，涉及固定钻头刀具的破碎模型。本文中的概念包括实现刀具前部(即，地球钻头刀具与地球地层之间的界面上)的应力的经验确定和分析确定的混合的模型，而不是完全经验模型。在某些情况下，所述模型以以下为基础：在三个相互垂直的轴的第一轴中在刀具与地球地层之间的界面上的应力的经验确定；以及在剩余两个相互垂直的轴中在界面上的应力的确定，这两个确定为基于应力经验确定的数学函数。在某些情况下，确定剩余两个相互垂直的轴中的应力的数学函数是第一轴中的应力与剩余两个轴中的应力之间的第一原理关系。

图1是示例性井系统10的示意性局部横截面视图，所述井系统一般包括大体圆柱形井筒12，所述大体圆柱形井筒正被钻探、在表面16上从井口14向下延伸到地球中进入感兴趣的一个或多个地下区(示出了感兴趣的一个地下区18)。地下区18可对应于单个地层、地层的一部分或井系统10访问的超过一个地层，并且给定的井系统10可访问一个或超过一个地下区18。在钻出井筒12的部分或全部后，井筒12的从井口14延伸到地下区18的一部分以不同长度的油管作衬里，称为套管20。所显示的井系统10为垂直井，其中井筒12从表面16基本上垂直地延伸到地下区18。然而，本文的概念适用于井的许多其他不同构型，包括水平井、倾斜井或以其他方式偏斜的井以及具有从入口井偏斜的支腿的多分支井。

钻柱22被示为已经从表面16下降到井筒12。在一些情况下，钻柱22是端对端耦接在一起的一系列联结长度的油管和/或连续的(即，不是联结的)连续油管。钻柱22包括一个或多个井工具，包括井底钻具组合件24。井底钻具组合件24可包括，例如，地球钻头。在示出的例子中，井筒12正由地球钻头钻出。井筒12可被分段钻探，并且可将套管20安装在各段之间。