发明内容
本发明实施例提供了一种PDC钻头的数据处理方法和装置,以至少解决现有技术中钻井设计方式无法满足用户需求的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面,提供了一种PDC钻头的数据处理方法,包括:使用PDC钻头对目标层进行钻井作业,并获取所述PDC钻头上的数据传感器在钻井作业过程中所采集到的钻井运动数据;在所述PDC钻头对目标层的钻井作业进行完毕后,确定所述PDC钻头的磨损数据;根据所述钻井运动数据和所述磨损数据,对所述PDC钻头的结构特征进行调整以得到目标结构特征,并采用所述目标结构特征的PDC钻头执行钻井作业。
可选的,根据所述钻井运动数据和所述磨损数据,对所述PDC钻头的结构特征进行调整以得到目标结构特征,包括:根据所述钻井运动数据和所述磨损数据,判断所述PDC钻头是否满足预设条件;在所述PDC钻头满足所述预设条件的情况下,确定所述PDC钻头的结构特征为目标结构特征;在所述PDC钻头未满足所述预设条件的情况下,基于所述钻井运动数据和所述磨损数据对所述PDC钻头的结构特征进行调整,直至所述PDC钻头满足所述预设条件。
可选的,根据所述钻井运动数据和所述磨损数据,判断所述PDC钻头是否满足预设条件,包括:对所述钻井运动数据进行大数据处理,建立所述钻井运动数据与所述目标层的地层参数、所述目标层的钻井参数、钻具组合之间的关联关系;结合所述磨损数据对所述关联关系进行分析处理,以确定所述PDC钻头是否满足预设条件。
可选的,在所述PDC钻头未满足预设条件的情况下,基于所述钻井运动数据和所述磨损数据对所述PDC钻头的特征参数进行调整,包括:基于分析结果对所述PDC钻头的特征参数进行调整处理,其中,所述分析结果是基于所述磨损数据对所述关联关系进行分析处理所获得的。
可选的,在使用PDC钻头对目标层进行钻井作业之前,所述方法还包括:获取所述目标层的指定特征参数,其中,所述指定特征参数至少包括以下任一:所述目标层的至少部分井段的可钻性剖面的数据、所述目标层的历史钝钻头的磨损数据和所述目标层的井况需求;基于所述目标层的指定特征参数确定所述PDC钻头的结构特征,以生成具有所述结构特征的PDC钻头,进而对所述目标层进行钻井作业,其中,所述结构特征至少包括以下任一:钻头主要切削结构、冠部形状类型、水力结构、保径结构、检测系统、密封参数。
可选的,所述数据传感器至少包括以下任一:三轴加速度传感器、三轴陀螺仪和轴磁通门传感器。
根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种PDC钻头的数据处理装置,包括:获取单元,用于使用PDC钻头对目标层进行钻井作业,并获取所述PDC钻头上的数据传感器在钻井作业过程中所采集到的钻井运动数据;确定单元,用于在所述PDC钻头对目标层的钻井作业进行完毕后,确定所述PDC钻头的磨损数据;调整单元50,用于根据所述钻井运动数据和所述磨损数据,对所述PDC钻头的结构特征进行调整以得到目标结构特征,并采用所述目标结构特征的PDC钻头执行钻井作业。
可选的,调整单元50包括:判断模块,用于根据所述钻井运动数据和所述磨损数据,判断所述PDC钻头是否满足预设条件;确定模块,用于在所述PDC钻头满足所述预设条件的情况下,确定所述PDC钻头的结构特征为目标结构特征;调整模块,用于在所述PDC钻头未满足所述预设条件的情况下,基于所述钻井运动数据和所述磨损数据对所述PDC钻头的结构特征进行调整,直至所述PDC钻头满足所述预设条件。
可选的,判断模块包括:建立子模块,用于对所述钻井运动数据进行大数据处理,建立所述钻井运动数据与所述目标层的地层参数、所述目标层的钻井参数、钻具组合之间的关联关系;判断子模块,用于结合所述磨损数据对所述关联关系进行分析处理,以确定所述PDC钻头是否满足预设条件。
可选的,调整模块包括:调整子模块,用于基于分析结果对所述PDC钻头的特征参数进行调整处理,其中,所述分析结果是基于所述磨损数据对所述关联关系进行分析处理所获得的。
也即,本申请是在PDC钻头现场应用环节,以取得PDC钻头在井下的真实运动状态的数字参数为基础,建立钻头动力学与实钻参数的关系,继而科学有针对性的完善PDC钻头优化设计的一种方法。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本发明实施例,提供了一种PDC钻头的数据处理方法实施例,需要说明的是,在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行,并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本发明实施例的PDC钻头的数据处理方法,如图1所示,该方法包括如下步骤:
步骤S102,使用PDC钻头对目标层进行钻井作业,并获取所述PDC钻头上的数据传感器在钻井作业过程中所采集到的钻井运动数据。
需要说明的是:所述目标层是指PDC钻头所钻的地层。
还需要说明的是:所述数据传感器至少包括以下任一:三轴加速度传感器、三轴陀螺仪和轴磁通门传感器。也即,该PDC钻头可携带多种传感器,检测钻头自身的振动、井斜、转速等参数,并实现井下大数据存储。
此外,在一个可选的示例中,在使用PDC钻头对目标层进行钻井作业之前,所述方法还包括:获取所述目标层的指定特征参数,其中,所述指定特征参数至少包括以下任一:所述目标层的至少部分井段的可钻性剖面的数据、所述目标层的历史钝钻头的磨损数据和所述目标层的井况需求;基于所述目标层的指定特征参数确定所述PDC钻头的结构特征,以生成具有所述结构特征的PDC钻头,进而对所述目标层进行钻井作业,其中,所述结构特征至少包括以下任一:钻头主要切削结构、冠部形状类型、水力结构、保径结构、检测系统、密封参数。
也即,在使用PDC钻头对目标层进行钻井作业之前,先根据相关数据制定PDC钻头,以进行初始钻井处理。
步骤S104,在所述PDC钻头对目标层的钻井作业进行完毕后,确定所述PDC钻头的磨损数据。
此外,在一个可选的示例中,根据所述钻井运动数据和所述磨损数据,对所述PDC钻头的结构特征进行调整以得到目标结构特征,包括:根据所述钻井运动数据和所述磨损数据,判断所述PDC钻头是否满足预设条件;在所述PDC钻头满足所述预设条件的情况下,确定所述PDC钻头的结构特征为目标结构特征;在所述PDC钻头未满足所述预设条件的情况下,基于所述钻井运动数据和所述磨损数据对所述PDC钻头的结构特征进行调整,直至所述PDC钻头满足所述预设条件。
也即,如图2所示,在得到钻井运动数据和磨损数据之后,建立钻头动力学与实钻参数的关系(即,统计分析钻头动态数据,建立PDC钻头运动状态与地层,钻具组合及钻井参数的关系);进而根据钻头动力学与实钻参数的关系,结合钻头磨损数据,分析原设计的不足之处,有针对性的对钻头进行综合优化,进一步提升钻头性能。
进一步的,在一个可选的示例中,根据所述钻井运动数据和所述磨损数据,判断所述PDC钻头是否满足预设条件,包括:对所述钻井运动数据进行大数据处理,建立所述钻井运动数据与所述目标层的地层参数、所述目标层的钻井参数、钻具组合之间的关联关系;结合所述磨损数据对所述关联关系进行分析处理,以确定所述PDC钻头是否满足预设条件。
进一步的,在一个可选的示例中,在所述PDC钻头未满足预设条件的情况下,基于所述钻井运动数据和所述磨损数据对所述PDC钻头的特征参数进行调整,包括:基于分析结果对所述PDC钻头的特征参数进行调整处理,其中,所述分析结果是基于所述磨损数据对所述关联关系进行分析处理所获得的。
也即,建立钻头动力学与实钻参数的关系是通过实钻地层参数、钻具组合及钻井参数作为数据输入,以PDC钻头在井底的粘滑振动,跳钻振动以及涡动等PDC动力学为理论基础,经过统计分析钻头的运动数据,建立钻头在井底的运动方式与地层、钻具组合和钻井参数的关系。进而根据大数据分析所建立的钻头运动和地层、钻具组合和钻井参数的关系,分析PDC钻头设计不足,有针对性的优化完善钻头设计,降低钻头在井底的不良运动,提高钻头性能。
步骤S106,根据所述钻井运动数据和所述磨损数据,对所述PDC钻头的结构特征进行调整以得到目标结构特征,并采用所述目标结构特征的PDC钻头执行钻井作业。
也即,本申请是在PDC钻头现场应用环节,以取得PDC钻头在井下的真实运动状态的数字参数为基础,建立钻头动力学与实钻参数的关系,继而科学有针对性的完善PDC钻头优化设计的一种方法。
下面结合另一种实施例对本发明做出说明。
一种智能PDC钻头设计方法,其流程如下:
S1:获取所钻地层岩性组分及可钻性分析、已钻井的钝钻头研究报告和特殊井况需求数据。
需要说明的是:所钻地层岩性组分及可钻性分析可以通过如下任意种方式获取:其一、收集所钻地层的岩心,进行岩石组分分析及可钻性分析,建立井段的可钻性剖面;其二、根据测井数据进行岩石力学分析及可钻性评价,建立全井段的可钻性剖面。
需要说明的是:已钻井的钝钻头研究报告可以通过如下方式获取:确定对个已钻井,收集多个已钻井的钝钻头研究,评价钻头损坏形式,判断钻头设计的重点。
还需要说明的是:特殊井况需求数据是指目标层的待进行钻井的特殊井况需求(即,所钻井的特殊井况需求),而该特殊井况需求是用于指引后续钻头设计的。
S2:根据经验判断选择钻头特征。即,根据所钻地层的岩性特征、前期应用的钝钻头分析和井况需求,确定钻头主要切削结构,例如:冠部形状类型,水力结构,保径结构等主要参数。
需要说明的是:所钻地层的岩性特征、前期应用的钝钻头分析和井况需求是用来确定PDC钻头的整体结构参数的(例如:切削结构,钻头的刀翼个数、切削齿规格和数量、单排或是双排齿结构;冠部形状类型,短抛物线结构或长抛物线结构;水力结构,固定水眼或可调水眼、水眼大小及个数;钻头的保径结构,短保径结构、长保径结构或者螺旋保径结构;检测系统设计,传感器安装位置设计、密封设计等)。
其中,冠部形状类型至少由地层可钻性和井型需求确定;水力结构至少由井深、刀翼个数和现场工况确定;钻头保径结构至少由钻头应用的井段结构和地层性质确定。
S3:对PDC钻头进行智能设计,例如:冠部形状设计,布齿设计,刀翼结构设计,水力设计,力平衡优化设计,检测系统设计。
S4:对智能PDC钻头进行建模和图纸绘制处理,以便加工生产。
S5:将生产出的智能PDC钻头进行现场应用,并跟踪记录其应用数据,例如:钻头磨损数据和钻头运动数据。
需要说明的是:进行现场应用的智能PDC钻头携带有多种传感器(例如:三轴加速度传感器,三轴磁通门传感器等),用于检测钻头自身的振动、井斜、转速等参数,进而实现井下大数据存储,以便钻头出井后可通过相应接口提取数据,进行分析整理。
S6:进行数据分析,例如:建立钻头动力学与实钻参数的关系,统计分析钻头动态数据,建立PDC钻头运动状态与地层,钻具组合及钻井参数的关系。
需要说明的是:建立钻头动力学与实钻参数的关系是以PDC钻头动力学为基础的统计分析软件。该统计分析软件通过实钻地层参数、钻具组合及钻井参数作为数据输入,以PDC钻头在井底的粘滑振动、跳钻振动以及涡动等PDC动力学为理论基础,经过统计分析钻头的运动数据,建立钻头在井底的运动方式与地层、钻具组合和钻井参数的关系,开展多种分析。如钻压、转速与钻头的机械钻速、横向振动、扭转振动、粘滑振动等之间的关系,井眼形状随井深的连续变化规律等。
S7:综合优化智能PDC钻头。根据钻头动力学与实钻参数的关系,结合钻头的磨损数据,分析原设计的不足之处,有针对性的对钻头进行综合优化,进一步提升钻头性能。
也即,上述设计方法是在PDC钻头现场应用环节,以取得PDC钻头在井下的真实运动状态的数字参数为基础,建立钻头动力学与实钻参数的关系,继而科学有针对性的完善PDC钻头优化设计(如调整钻头切削深度,优化钻头力平衡,优化钻头保径长度等参数),降低钻头在井底的不良运动,进一步提升钻头性能的一种方法。
需要说明的是:该智能PDC钻头设计方法具有以下优点:
1、本申请针对现有PDC钻头设计流程,引入了井下真实钻头运动数据分析。为PDC钻头优化设计,提供动态分析,建立钻头运动和实钻参数的关系,能进一步有针对性的优化钻头性能。
2、本申请采用具有检测功能的智能化钻头,可实现井下钻头运动状态的数据采集和存储,对钻头优化及井下钻具组合优化也有重要意义。
3、本申请可实现PDC钻头设计的数字闭环,缩短PDC钻头优化迭代次数,大幅提高钻头性能,降低钻井成本。
需要说明的是,在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行,并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本申请实施例还提供了一种PDC钻头的数据处理装置,需要说明的是,本申请实施例的PDC钻头的数据处理装置可以用于执行本申请实施例所提供的用于PDC钻头的数据处理方法。以下对本申请实施例提供的PDC钻头的数据处理装置进行介绍。
图3是根据本申请实施例的PDC钻头的数据处理装置的示意图。如图3所示,该装置包括:
获取单元10,用于使用PDC钻头对目标层进行钻井作业,并获取所述PDC钻头上的数据传感器在钻井作业过程中所采集到的钻井运动数据。
确定单元30,用于在所述PDC钻头对目标层的钻井作业进行完毕后,确定所述PDC钻头的磨损数据。
调整单元50,用于根据所述钻井运动数据和所述磨损数据,对所述PDC钻头的结构特征进行调整以得到目标结构特征,并采用所述目标结构特征的PDC钻头执行钻井作业。
可选地,在本申请实施例提供的PDC钻头的数据处理装置中,调整单元50包括:判断模块,用于根据所述钻井运动数据和所述磨损数据,判断所述PDC钻头是否满足预设条件;确定模块,用于在所述PDC钻头满足所述预设条件的情况下,确定所述PDC钻头的结构特征为目标结构特征;调整模块,用于在所述PDC钻头未满足所述预设条件的情况下,基于所述钻井运动数据和所述磨损数据对所述PDC钻头的结构特征进行调整,直至所述PDC钻头满足所述预设条件。
可选的,判断模块包括:建立子模块,用于对所述钻井运动数据进行大数据处理,建立所述钻井运动数据与所述目标层的地层参数、所述目标层的钻井参数、钻具组合之间的关联关系;判断子模块,用于结合所述磨损数据对所述关联关系进行分析处理,以确定所述PDC钻头是否满足预设条件;
可选的,调整模块包括:调整子模块,用于基于分析结果对所述PDC钻头的特征参数进行调整处理,其中,所述分析结果是基于所述磨损数据对所述关联关系进行分析处理所获得的。
可选的,所述装置还包括:获取子单元,用于在使用PDC钻头对目标层进行钻井作业之前,获取所述目标层的指定特征参数,其中,所述指定特征参数至少包括以下任一:所述目标层的至少部分井段的可钻性剖面的数据、所述目标层的历史钝钻头的磨损数据和所述目标层的井况需求;生成子单元,用于基于所述目标层的指定特征参数确定所述PDC钻头的结构特征,以生成具有所述结构特征的PDC钻头,进而对所述目标层进行钻井作业,其中,所述结构特征至少包括以下任一:钻头主要切削结构、冠部形状类型、水力结构、保径结构、检测系统、密封参数。
本申请实施例提供的PDC钻头的数据处理装置,通过获取单元10使用PDC钻头对目标层进行钻井作业,并获取所述PDC钻头上的数据传感器在钻井作业过程中所采集到的钻井运动数据;确定单元30在所述PDC钻头对目标层的钻井作业进行完毕后,确定所述PDC钻头的磨损数据;调整单元50根据所述钻井运动数据和所述磨损数据,对所述PDC钻头的结构特征进行调整以得到目标结构特征,并采用所述目标结构特征的PDC钻头执行钻井作业,来实现在PDC钻头现场应用环节,以取得PDC钻头在井下的真实运动状态的数字参数为基础,建立钻头动力学与实钻参数的关系,继而科学有针对性的完善PDC钻头优化设计的技术效果。
所述PDC钻头的数据处理装置包括处理器和存储器,上述获取单元10、确定单元30、调整单元50等均作为程序单元存储在存储器中,由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。
处理器中包含内核,由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上,通过调整内核参数来在PDC钻头现场应用环节,以取得PDC钻头在井下的真实运动状态的数字参数为基础,建立钻头动力学与实钻参数的关系,继而科学有针对性的完善PDC钻头优化设计。
本发明实施例提供了一种存储介质,其上存储有程序,该程序被处理器执行时实现所述PDC钻头的数据处理方法。
本发明实施例提供了一种处理器,所述处理器用于运行程序,其中,所述程序运行时执行所述PDC钻头的数据处理方法。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的技术内容,可通过其它的方式实现。其中,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如所述单元的划分,可以为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,单元或模块的间接耦合或通信连接,可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。