[发明专利]一种地面、井下一体化的钻井实时优化系统

说明书

本发明公开了一种地面、井下一体化的钻井实时优化系统，涉及石油与天然气、矿石等资源勘探开发领域，包括井下数据测量系统、井下安全监测系统、井下钻井优化系统、地面数据系统、地面决策系统和控制及执行系统，井下数据测量系统用于对井下的地质参数、工程参数和井眼轨迹参数进行测量得到测量数据；井下安全监测系统，其用于对井下的地质故障、循环系统故障和钻头钻具故障进行监测得到监测数据；井下钻井优化系统，其用于对测量数据和监测数据进行融合，并分析得到钻井优化方案，并对方案进行编码后上传；地面数据系统，其用于为地面决策系统提供历史数据、钻井知识数据和地面测量数据。本发明能够有效提升钻井优化效果。

技术领域

本发明涉及石油与天然气、矿石等资源勘探开发领域，具体涉及一种地面、井下一体化的钻井实时优化系统。

背景技术

在石油天然气、矿石等资源开采过程中，对钻井成本的追求是持续不断的，其中，通过钻井优化提高钻井效率，降低能量消耗是降低钻井成本的重要方向。为此，国内外众多研究机构和企业都在不遗余力地开展钻井优化的工作。

常规钻井采用邻井参数或通过试钻进行钻井优化。邻井地层相近甚至相同，钻头类型及钻具组合也非常相近，因此，直接采用邻井参数可以取得事半功倍的效果，而在没有邻井、邻井数据参考性不强或采用新的工具组合、钻井工艺等措施时，可以通过试钻确定最优工作参数，即固定钻压，调整转速或固定转速调整钻压，经过一段时间的试钻，得到最优的钻井参数。试钻法实用性较强，但耗时较长；如果地层变化，之前最优的钻井参数不适用，需要人工再进行调整。

随着资源开采技术的发展，定向井、大斜度井、水平井技术广泛应用，给常规试钻式的钻井优化法带来很大困难：地面传感器测量数据与井下实际情况相差巨大，比如水平井由于钻具托压，虽然地面显示加了很大的钻压，但实际加在钻头上的钻压并不大，出现钻机能力范围内无法进一步优化钻进，提高效率的情况；参数强化，导致井下工况恶劣，钻头钻具工作寿命缩短，起下钻更换钻头钻具的次数增加，影响总的钻井周期；水平井由于地质构造问题，对着陆点把控不准，导致提前着陆或延后着陆，随后需要再次定向，增加了钻井周期；提高单井采收率，需要井眼轨迹精确控制，使井眼轨迹始终处于优质储层中，井眼轨迹控制不好，导致出层，需要纠回到储层，增加了钻进时间，减小了泄油面积；钻头技术的提高，一趟钻要钻多个层段，钻井参数不能及时调整，导致钻头提前失效或效能发挥不佳。

近年来，钻井技术发展迅猛，推出了能够控制钻柱转速的顶驱、控制钻压的自动送钻系统、能够实现井眼轨迹闭环控制的旋转导向工具、随钻测量岩石性能的随钻测井仪器、井下工况测量及分析的软硬件系统、减小托压或有害振动的专用工具(如水力振荡器、扭力冲击器等)，同时钻井优化算法也有较大的发展和应用。虽然各家油服企业都在不同程度地开展钻井优化工作，但至今还没有能够全面地考虑钻井工具、环境、钻井设计要求的综合型钻井优化系统，特别是现有的钻井优化系统都没有充分考虑钻头钻具的健康状态，导致钻井优化的实际效果欠佳，影响其推广应用。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种地面、井下一体化的钻井实时优化系统，能够有效提升钻井优化效果。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案包括：

井下数据测量系统，其用于对井下的地质参数、工程参数和井眼轨迹参数进行测量得到测量数据；

井下安全监测系统，其用于对井下的地质故障、循环系统故障和钻头钻具故障进行监测得到监测数据；

井下钻井优化系统，其用于对测量数据和监测数据进行融合，并分析得到钻井优化方案，并对方案进行编码后上传；

地面数据系统，其用于为地面决策系统提供历史数据、钻井知识数据和地面测量数据；