專利名稱：可用于反循環(huán)鉆頭引射孔與底噴孔結構參數(shù)優(yōu)選的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鉆探領域，涉及一項適用于空氣反循環(huán)鉆頭重要結構參數(shù)優(yōu)選 的方法。
背景技術：
鉆頭設計是一門探索性和經驗性很強的工作，反循環(huán)鉆頭體結構參數(shù)的優(yōu) 選是潛孔錘反循環(huán)技術中非常重要的一個環(huán)節(jié)，在設計反循環(huán)鉆頭時，為達到 好的反循環(huán)效果和好的冷卻效果，設計人員需要從大量豐富的經驗中，根據(jù)鉆 頭的結構參數(shù)估計另一些參數(shù)。獲得這些專業(yè)知識不僅需要有實踐中的長期積 累，而且還需要不斷更新，以掌握新知識。另一方面，隨著長期積累的經驗以 及新知識的產生，專業(yè)知識顯得混亂而繁多，在應用時可能一時又找不到最適 合的方案。有關反循環(huán)鉆頭的設計，反循環(huán)鉆頭參數(shù)優(yōu)化(RBPO: Reverse Bit Parameters Optimized),反循環(huán)鉆頭引射孔與底噴孔結構參數(shù)優(yōu)選方法具有重要意義， 引射孔與底噴孔的加入，使反循環(huán)形成穩(wěn)定，如何快速準確地設計并確定這兩 個重要部件的結構參數(shù)，對于提高鉆進效率有重要的現(xiàn)實意義，并將節(jié)約鉆頭 設計工作者的設計時間，產生巨大的經濟效益。然而，引射孔與底噴孔結構參 數(shù)的確定，長期以來都是靠經驗來獲取的，所給出的引射孔與底噴孔結構參數(shù) 的值都是經驗值， 一直沒有一個普遍適用的工具來指導反循環(huán)鉆頭設計引射孔與底噴孔。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一項可用于反循環(huán)鉆頭引射孔與底噴孔結構參數(shù)優(yōu) 化的方法，按方法規(guī)則輸入鉆頭結構參數(shù)，便可迅速獲得鉆頭相應的引射孔及 底噴孔結構參數(shù)最優(yōu)取值。為達到以上目的，本發(fā)明的解決方案是-通過對鉆頭體引射孔與底噴孔進行理論求解、數(shù)值模擬與實驗研究設計得 到的規(guī)律和數(shù)據(jù)，通過編寫程序，產生出優(yōu)選反循環(huán)鉆頭引射孔及底噴孔結構 參數(shù)方案，從而快速得到鉆頭引射孔及底噴孔的設計方案。該方法的設計將為鉆探人員在設計反循環(huán)鉆頭中涉及到的引射孔和底部排 風孔參數(shù)優(yōu)選很快找到參考依據(jù)。該方法能夠在鉆頭引射孔及底噴孔設計上根據(jù)所提供的鉆頭情況(鉆頭直徑為377,以下)及直徑大小、中心通道直徑等初始條件，通過計算機綜合處理， 利用內置求解程序，綜合考慮解決問題從而通過推理得出可供選擇的設計方案。 本方法能實用地解決反循環(huán)鉆頭引射孔與底噴孔參數(shù)優(yōu)選上的問題，是一個智 能化方法。在用戶界面內通過在一個求解表(如圖5)中輸入鉆頭直徑和鉆頭中心通道 直徑兩個初始條件，直接得到該鉆頭中引射孔與底噴孔的參數(shù)優(yōu)選方案。從而 使得處理過程變得簡單，并且快速確定了專家模塊中的參數(shù)值。而在處理某些 相近參數(shù)時，方法則用經驗法來描述對應方案。經驗法是行業(yè)普通技術人員所 知曉的，此不贅述。所述"某些相近參數(shù)"包括一、底噴孔個數(shù)， 一般取為3 個；二、底噴孔到引射孔的垂直距離，根據(jù)經驗，取110mm是合適的。該系統(tǒng)具有交互能力，共由三個主模塊及友好的用戶界面組成，每個模塊 之間可以交換信息。簡單的流程其過程可包括首先，用戶根據(jù)用戶界面的提示，簡要地輸入 反循環(huán)鉆頭的類型(即框圖中提到的"相關數(shù)據(jù)輸入")，系統(tǒng)內部將對參數(shù)方 案進行優(yōu)選，會列出可供選擇的"方案一"與"方案二"。輸入初選主案所需參 數(shù)，得到方案的優(yōu)化設計結果清單。接著，專家模塊通過搜索相關資料，通過 內置輔助求解程序求解，對各種方案進行排隊，給出一種認為最好的方案，同 時還會列出一種參考方案。下一步是送入模塊進行設計。設計模塊可以對用戶 根據(jù)專家模塊的建議所選擇的參數(shù)方案進行詳細的設計。本模塊最終將對用戶 所選擇的方案給出一個詳細的參數(shù)設計方案。本發(fā)明具有以下有益效果該方法能夠在鉆頭引射孔及底噴孔設計上根據(jù) 所提供的鉆頭情況及直徑大小、中心通道直徑等初始條件，通過計算機綜合處 理，利用內置求解程序，綜合考慮解決問題從而通過推理得出可供選擇的鉆頭 設計方案，節(jié)約設計鉆頭時間，減短設計周期，提高鉆頭生產率，產生較大的 經濟效益。參數(shù)優(yōu)化設計過程，通過理論計算、數(shù)值模擬與試驗研究相結合的手段， 對不同規(guī)格鉆頭上的引射孔與底噴孔結構參數(shù)進行優(yōu)選，對研究結果進行統(tǒng)計 分析，得到結構參數(shù)優(yōu)選方程。(1)引射孔參數(shù)優(yōu)選首先以中心通道直徑(A)為30mm的鉆頭為例來 分析，結果表明當引射孔直徑為7mm、弓l射孔傾角為15。、 6孔均布或者各孔 橫截面積達到250mm2時，對反循環(huán)形成最有利；運用同樣的分析手段，研究了多種中心通道直徑下的引射孔參數(shù)，運用統(tǒng) 計分析手段進行回歸分析，得出結論對不同直徑鉆頭，其中心通道直徑(D》大小對引射孔參數(shù)影響較大，相對可以忽略鉆頭直徑(A)對引射孔參數(shù)的影 響，只考慮鉆頭中心通道直徑(A)的影響即可，引射孔參數(shù)主要考慮三個， 引射孔傾角(《)、引射孔直徑(《)、引射孔數(shù)目(A)與分布方式，三個參數(shù) 中，只有引射孔直徑受鉆頭直徑的影響比較大，弓l射孔傾角(《)與數(shù)目(A)及分布方式則是按15°與6孔均布為比較好的方案。接著通過大量的仿真分析與實驗研究，得到數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行回歸分析，得到引射孔直徑(rf,)與鉆頭中心通道直徑(A)之間的回歸方程為"廣Z)j):《=3.98987+0.09523D3 PO.01(2)底噴孔參數(shù)優(yōu)選以鉆頭直徑(Z):)為配20mm，中心通道直徑(D3 ) 為44mm的鉆頭為例，運用仿真與實驗相結合的方法，分析得到結論當?shù)讎?孔直徑(J2)為13mm、底噴孔傾角(《)為7°時，對反循環(huán)形成最有利；隨 后運用同樣的分析手段，對常規(guī)尺寸鉆頭不同直徑(A )、不同中心通道直徑(D3 ) 等多種情形反復分析，得出結論:不同中心通道直徑(D3)大小對底噴孔參數(shù)優(yōu)選影響不大，故可以忽略，可以只考慮鉆頭直徑(D,)對底噴孔參數(shù)優(yōu)選的 影響，底噴孔參數(shù)主要考慮兩個，底噴孔傾角(《)和底噴孔直徑(4)，而底噴孔數(shù)H—般根據(jù)鉆頭底部結構設計為3個。 將計算所得數(shù)據(jù)進行回歸分析得到規(guī)律 底噴孔直徑(《)與鉆頭直徑(Z),)之間的回歸方程為(^-A): t/2= 7.88830+0.01199D' P<0.01底噴孔傾角(《)與鉆頭直徑(A)之間的回歸方程為(0廣A):《=4.63271 +0.00865A P<0.01(4)通過計算得到底噴孔中性軸線與鉆頭中心通道軸線之間距離的最佳值":"的大小與鉆頭直徑(A)大小有直接關系，其回歸方程為<formula>formula see original document page 8</formula>


圖l是本發(fā)明的方法流程圖。圖2是本發(fā)明實施例在計算機屏幕上顯示的歡迎界面示意圖。圖3是本發(fā)明實施例的要求輸入鉆頭基本情況的界面示意圖。圖4是本發(fā)明實施例的不同直徑鉆頭引射孔與底噴孔參數(shù)設計方案的定性描述界面示意圖。圖5是本發(fā)明實施例的反循環(huán)鉆頭引射孔與底噴孔參數(shù)優(yōu)選方案一與方案二的 顯示界面示意圖。圖6是本發(fā)明實施例的方案效果評價參數(shù)輸入窗口界面示意圖。圖7是本發(fā)明實施例的仿真分析結論界面示意圖。圖8是本發(fā)明實施例的進行不同類型的效果評價界面示意圖。圖9是本發(fā)明實施例的實驗數(shù)據(jù)及效果評價界面示意圖。圖10是本發(fā)明實施例的關于引射孔傾角實驗效果評價界面示意圖。圖11是本發(fā)明實施例的現(xiàn)場試驗應用效果界面示意圖。圖12是本發(fā)明實施例的最終方案的確定與原理結構圖界面示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明，具體來說，是對在計 算機上實施的過程進行說明。在歡迎界面之后，通過輸入鉆頭基本類型來獲得方案。具體的，按圖2提 示，輸入"CG"[常規(guī)直徑(CG)，大直徑]可以進入下一個操作界面，程序給出對于常規(guī)鉆頭中引射孔及底噴孔結構參數(shù)的定性描述(如圖3)。按圖3點擊"下一步"進入圖4，圖4中輸入鉆頭直徑、鉆頭中心通道直徑，點擊"求解"，可以得到該鉆頭所對應的引射孔、底噴孔及鉆頭底噴孔距鉆頭中 心通道距離a、引射孔與底噴孔之間垂直距離A的精確值。圖4中，點擊"方案一效果評價"進入"方案效果評價參數(shù)輸入窗口"，如 圖5，在圖5中點擊"仿真結果"輸入對應參數(shù)可通過點擊"仿真結果"到圖6， 圖5中通過點擊"實驗結果"到圖8，圖5中通過點擊"試驗結果"到圖10?？梢缘玫皆撊≈迪碌你@頭實驗結果、仿真結果云圖及現(xiàn)場應用效果評價。點擊圖5或圖6中的"下一步"可獲得該鉆頭的CAD圖，如圖12。相對而言，本方法對于常規(guī)直徑鉆頭處理效果更好些。進入方法給出的方案的定性描寫(如圖4所示)。在這個過程中，方法默認 兩種方案給出定性的粗略描述。點擊界面中的"下一步"按紐進入圖5所示界面，在所示界面中通過輸入 鉆頭直徑與貫通孔直徑這兩個基本的鉆頭參數(shù)，點擊界面中的"求解"按紐 得到該反循環(huán)鉆頭中引射孔與底噴孔對應的孔徑、傾角和數(shù)目及分布方式、引 射孔與底噴孔之間距離、底噴孔距中心通道的距離等參數(shù)的可供選擇的設計方 案。此處設有內置程序，通過程序求解可以得到具體的參數(shù)優(yōu)選方案。程序編 寫之前進行了大量針對反循環(huán)鉆頭引射孔與底噴孔孔徑、傾角和數(shù)目及分布方 式、引射孔與底噴孔之間距離、底噴孔距中心通道的距離等參數(shù)的優(yōu)化設計， 并將結論進行規(guī)律統(tǒng)計，得到適合于常規(guī)鉆頭引射孔及底噴孔結構參數(shù)優(yōu)選的 方程。此處通過編寫程序在系統(tǒng)中獲得可供鉆頭參數(shù)優(yōu)選的設計方案。如圖5所示界面中，在鉆頭直徑后面輸入值"95"，同時在中心通道直徑后 面框內輸入"44"，點擊""求解"按紐就會直接得出各個參數(shù)值如圖5。點擊界面中的"方案一效果評價"按紐，進入方案一效果評價頁面(如 圖6所示)可以對所列出的方案進行效果評價，效果評價包括仿真分析效果評 價、實驗效果評價、現(xiàn)場試驗評價三種，這些評價是預先輸入方法知識庫中已經獲得的值。以下列出鉆頭直徑為95mm、中心通道直徑為44腿時的數(shù)據(jù)庫中已 有的仿真、實驗和現(xiàn)場應用結論。仿真分析結論如圖7所示。點擊圖6所示界面中的"實驗結果"按紐，打開圖8所示界面中窗口，通過點擊不同的按鈕可以得到相應模擬試驗臺上所得的實驗數(shù)據(jù)及對應結論。圖 9、10所示界面為不同傾角引射孔在試驗臺上所得到的實驗值、對應曲線及結論。 點擊圖6所示界面中的"試驗結果"按紐，打開圖ll所示界面中的窗口， 描述了該鉆頭在解決生產難題時所起到的突破性成果。點擊"退出"按紐將回到圖8所示界面窗口，點擊"不同分布方式"按紐 進入最終方案確定窗口，如圖12所示。點擊圖5所示界面中"清空"按紐可以進行下一個求解。 上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用 本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改， 并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此， 本發(fā)明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明 做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1. 一種可用于常規(guī)鉆頭結構參數(shù)精確確定的方法，其特征在于包括依據(jù)通過理論求解、數(shù)值模擬與實驗研究設計得到的規(guī)律和數(shù)據(jù)，建立鉆頭結構參數(shù)與優(yōu)選的設計方案之間的對應關系；將上述對應關系匯集為一個數(shù)據(jù)庫；通過提供某鉆頭結構參數(shù)在該數(shù)據(jù)庫中尋找與該鉆頭結構參數(shù)對應的可供選擇的設計方案。
2、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于是通過計算機綜合處理、利 用內置求解程序、綜合考慮解決問題從而通過推理得出可供選擇的設計方案。
3、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于是用于空氣鉆進用反循環(huán)鉆 頭引射孔及底噴孔結構參數(shù)精確確定的方法。
4、 根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于是根據(jù)所提供的鉆頭情況及 直徑大小、中心通道直徑初始條件，通過計算機綜合處理，利用內置求解程序， 綜合考慮解決問題從而通過推理得出可供選擇的反循環(huán)鉆頭引射孔與底噴孔參 數(shù)設計方案。
5、 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于該方法通過計算機實現(xiàn)的步 驟包括在計算機內建立一個具有交互能力及友好的用戶界面的系統(tǒng)，包括專家 模塊、設計模塊、評價模塊，每個模塊之間可以交換信息。
6、 根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于在用戶界面內通過在一個求 解表中輸入鉆頭直徑和鉆頭中心通道直徑兩個初始條件，直接得到該鉆頭中引射 孔與底噴孔的參數(shù)優(yōu)選方案，從而使得處理過程變得簡單，并且快速確定了專家 模塊中的參數(shù)值；在處理相近參數(shù)時，方法則用經驗法來描述對應方案。
7、 根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于首先，用戶根據(jù)用戶界面的提示，簡要地輸入反循環(huán)鉆頭的類型；系統(tǒng)內部將對參數(shù)方案進行優(yōu)選，會列出可供選擇的至少兩個方案； 輸入初選主案所需參數(shù)，得到方案的優(yōu)化設計結果清單；接著，專家模塊通過搜索相關資料，通過內置輔助求解程序求解，對各種方 案進行排隊，給出一種認為最好的方案，同時還會列出一種參考方案；之后是送入設計模塊進行設計，可以對用戶根據(jù)專家模塊的建議所選擇的參 數(shù)方案進行詳細的設計，最終由設計模塊對用戶所選擇的方案給出一個詳細的參 數(shù)設計方案。
8、 根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于還包括根據(jù)輸入對應參數(shù)提供該取值下的鉆頭實驗結果、仿真結果云圖及現(xiàn) 場應用效果評價。
9、 根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于還包括提供所得到的設計 方案所對應的鉆頭的CAD圖。
全文摘要
一種可用于空氣鉆進用反循環(huán)鉆頭引射孔及底噴孔結構參數(shù)精確確定的方法，是根據(jù)所提供的鉆頭情況及直徑大小、中心通道直徑初始條件，通過計算機綜合處理，利用內置求解程序，綜合考慮解決問題從而通過推理得出可供選擇的反循環(huán)鉆頭引射孔與底噴孔參數(shù)設計方案，步驟包括在計算機內建立一個具有交互能力及友好的用戶界面的系統(tǒng)，在用戶界面內通過在一個求解表中輸入鉆頭直徑和鉆頭中心通道直徑兩個初始條件，直接得到該鉆頭中引射孔與底噴孔的參數(shù)優(yōu)選方案。該方法有助于設計人員很快找到參考依據(jù)，確定相關優(yōu)選參數(shù)。
文檔編號G06F17/50GK101290638SQ20081003844
公開日2008年10月22日 申請日期2008年6月3日 優(yōu)先權日2008年6月3日
發(fā)明者郝樹青 申請人:同濟大學