钻井是石油的勘探与开发中的各个阶段都不可或缺的重要方式与环节。当前油气开采的施工难度与井深逐渐增加,导致目前钻井整体工程量与施工难度显著增大,在当前不断波动的低油价趋势下,钻井工程对于整体钻井效率与综合经济效益尤为敏感。钻头低效是造成钻井低效的重要原因,而牙轮钻头作为石油钻井中应用非常广泛的主要工具,其磨损失效后的持续作业必然导致钻井低效。而准确判识牙轮钻头的磨损更换时机,可以有效减少失效钻头更换不及时造成的钻井低效。因此,本文开发了一套能够利用地测钻井工程参数进行磨损牙轮钻头更换判识的钻井低效监测系统,并取得以下成果:1.对牙轮钻头工作方式与磨损机理以及机械比能理论进行研究,确定了牙轮钻头磨损失效与钻井低效间的直接关联性,并基于对经典最优化钻井理论的分析研究,建立了牙轮钻头实时切削齿磨损量计算模型与最优牙齿磨损量实时计算模型;2.分析工程实际,确定了经典最优化钻井理论中不适用于工程实际的缺陷,并结合机械比能理论加以改进:计算实时机械比能变化率,通过与设定阈值的对比,替代原理论中的切削极限磨损量;根据钻头轴承严重磨损时的实时机械比能趋势与转盘扭矩曲线特征,结合支持向量机算法,建立轴承失效预警模型,替代经典最优化钻井理论中对轴承磨损量的计算。完成对经典最优化钻井理论用于牙轮钻头磨损更换判识的工程适应性改进;3.基于改进后的最优化理论,分析确定了磨损牙轮钻头更换的判识流程,完成了监测参数的选取,结合工程实际,设计适配了钻井低效实时监测系统的数据采集系统,为钻井低效实时监测系统实现对牙轮钻头磨损更换实时判识提供了数据支持;4.根据磨损钻头更换判识的计算模型,完成了钻井低效实时监测系统的整体架构设计,开发了系统数据库与客户端的软件部分,完成系统软硬件的集成并进行了现场应用测试。测试表明系统能够实现对磨损牙轮钻头更换的实时判识,有效解决了因失效钻头更换判滞后的持续作业造成的钻井低效问题。本文开发的钻井低效实时监测系统,在仅依靠地面测量的钻井工程实时数据的低成本条件下,能够为现场施工人员提供牙轮钻头磨损更换判识的有效数据支撑,具有良好的工程适用性。