[发明专利]一种PDC钻头各向异性评价方法

摘要

本发明涉及一种PDC钻头各向异性评价方法，该方法通过反演方式得到作为常量的钻头各向异性系数，而后通过所得到的钻头各向异性系数和不同钻头的钻头结构参数确定不同钻头的钻头各项异性指数，从而完成对PDC钻头各向异性的评价。该方法实现了PDC钻头各向异性的定量评估，并且克服了室内试验工作量大、试验条件高、通用性差的缺点。

主权项

一种PDC钻头各向异性评价方法，所述方法包括如下步骤：1)通过参数反演法确定钻头各向异性系数Kb：所述参数反演法包括以下步骤：(a)给定Kb初值和迭代精度ε；(b)将Kb值带入目标函数Ei中得到计算结果；(c)如果计算结果的绝对值|Ei|满足迭代精度，反演结束，输出此时的Kb值；(d)如果计算结果的绝对值|Ei|不满足迭代精度，采用二分法调整Kb值，重新执行步骤(b)直至满足迭代精度要求；(e)输出Kb值；所述目标函数Ei为：Ei＝fαi‑Fαi(Kb)，其中：fαi为第i个测点处的钻头井斜力，kN；Fαi为第i个测点处的地层变井斜力，kN；Ei表示钻头井斜力与地层变井斜力之间的差值；其中，所述地层变井斜力的计算公式1为：Fα=M1N1+M2N2+M3N3-M1N3-M2N5-M3N6WOB,]]>其中：N1=θx2(Ib+θy2)+(θy2+1)2N2=(Ib-θx2-θy2-2)θxθyN3=(Ib-1)θxN4=θy2(Ib+θx2)+(θx2+1)2N5=(Ib-1)θyN6=Ib+θx2+θy2,]]>其中：α为井斜角，°；β为地层倾角，°；WOB为钻头钻压，kN；Ir为地层各向异性指数；为井眼方位与地层下倾方位的差，°；Ib为钻头各向异性指数；θx、θy为钻头转角在井底坐标系下XdOZd平面和YdOZd平面上的投影角，°，所述钻头各向异性指数Ib的计算公式2为：Ib=Kb8D2tan(ωc+θf)(C2+D216-1+G2+D216-1)tan2(ωc+θf)4(C+G)2+(G-C)2+4(SfAG2+SfPG2)π2(1+tan2θf),]]>其中：D为钻头直径，mm；C为内锥深度，mm，G为外锥高度，mm；ωc为切削齿后倾角，°；θf为钻头与岩石间的摩擦角，°；SfAG为主动保径上每个切削齿平均摩擦面积总和，mm2；SfPG为由保径块表面粗糙度、镶嵌于保径块的碳化物或者金刚石类型、保径长度LPG共同决定的摩擦面积，mm2；2)获取不同PDC钻头的结构参数：所述结构参数包括：钻头直径D，mm；内锥深度C，mm，外锥高度G，mm；切削齿后倾角ωc，°；钻头与岩石间的摩擦角θf，°；主动保径上每个切削齿平均摩擦面积总和SfAG，mm2；由保径块表面粗糙度、镶嵌于保径块的碳化物或者金刚石类型、保径长度LPG共同决定的摩擦面积SfPG，mm2；3)将输出的所述Kb值和所述不同PDC钻头的结构参数分别代入所述计算公式2中，确定不同PDC钻头的钻头各项异性指数Ib。