不同钻井方式下的井底岩石可钻性研究

岩石可钻性指标是钻井工程中的一项基本数据,当前计算岩石可钻性的方法很少考虑井底围压对岩石可钻性的影响。首先,论述了围压对井底岩石强度的影响,分析了不同渗透性条件下求取井底围压的差异;其次,建立了围压下的岩石可钻性计算模型,并对液体测井数据进行了校正以获取气体钻井的岩石力学参数;最后,应用MathCAD软件编程分析了不同钻井方式下的可钻性级值。分析表明,气体钻井与常规钻井方式相比,泥岩地层可钻性级值能减小1~2个级别,而砂岩地层可钻性级值可减小2~4个级别。理论分析与试验分析结果吻合度高,有助于钻前预测机械钻速。      

西湖凹陷中央洼陷区下部地层岩石力学特征与可钻性实验研究

东海西湖凹陷中央洼陷区下部地层(玉泉组及以下地层)钻进速度低,严重影响了建井周期,因此认识该地区下部地层岩石力学特征是解决钻头优选、井壁稳定评价、钻井优化等关键问题的基础。开展了东海西湖凹陷中央洼陷区下部地层岩石力学特征与可钻性实验,并根据岩石强度、可钻性与声波时差的关系建立了井底围压条件下岩石强度与可钻性剖面。实验结果表明,该地区井深大于3 000 m的地层岩石单轴抗压强度50~80 MPa,无围压条件下岩石可钻性级值5.7~6.5。模型计算结果表明,无围压条件下该地区井深小于2 500 m的地层岩石可钻性级值小于4,井深3 600 m时岩石可钻性级值达到6以上;井底围压条件下该地区井深大于3 600 m的地层岩石可钻性级值达到8~10。上述结果对于认识东海西湖凹陷中央洼陷区下部地层难以钻进的原因以及解决钻头选型和深井钻速提升等问题具有指导意义。     

川西低渗气藏气体钻井提速潜力评价

根据川西须家河组地层井底岩石应力状态分析,井底岩石侧向应力与钻井液条件下的差别为35％,是影响气体钻井提高钻速的主要因素.结合须家河组工程地质特征,开展须家河组地层坍塌密度、气体钻井强度和气体钻井井眼扩大率进行井壁稳定性评价,通过川西须家河组气体钻井井底岩石可钻性级值模型量化,进行了该地区气体钻井提速潜力评价.     

岩石可钻性井底卸载效应研究与实践

本文用试验方法研究了石油钻井过程中井底岩石零孔隙压力条件下的岩石可钻性。试验结果表明,随着井深的增加,井底岩石卸载量亦增加,岩石可钻性级值存在一个由增加变为减少的趋势。变化的全过程是级值开始呈缓慢上升趋势,继之趋于平缓,往后呈下降趋势,最后急剧下降,直至井底岩石失去稳定性。该过程反映了井底岩石的卸载效应,是深井岩石可钻性的一个新概念。塔里木钻井界运用这一规律优选钻头类型.成效显著。     

钻头优选新方法及其应用

针对大港油田X区块地层特点、钻头选型的难题，利用现场测井资料及岩心实验结果建立了该区块岩石可钻性与声波时差、岩石可钻性与地层密度的单因素计算模型及岩石可钻性与多元测井参数计算模型，并利用多元测井参数与岩石可钻性的关系模型，对单一测井参数计算得到的岩石可钻性级值的误差进行了修正，建立了该区块横向地层岩石可钻性剖面及整个区块岩石可钻性纵向剖面，找出了该区块地层岩石横向及纵向可钻性变化规律，根据计算结果优选出适合于该区块的钻头类型，解决了钻井速度慢、钻井周期长的问题。     

用自组织法确定岩石可钻性的研究

钻头是直接破碎岩石的工具,钻头类型通常用岩石可钻性级值的大小来选择,文中选用数据组合处理方法（GMDH)建立央石可钻性与各岩石力学特性参数的函数关系,编制了该方法确定可钻性的计算机软件,文中给出了计算实例,通过试算表明,该方法运算简便,结果可靠,可用于计算岩石可钻性。     

基于分形理论的岩石可钻性分级方法

为满足优质高速钻井的要求，需要对岩石可钻性做出更加精确的测定。为此，利用分形几何理论，研究了钻井过程中岩石破碎机理及形成过程，提出了一种以井底返出的岩屑为对象的岩石可钻性测试方法。室内实验表明：微钻头岩石可钻性级值和岩石压入硬度值与破碎岩屑分形维数存在着明显的相关性，由此制定了一个基于岩屑粒度分布分形维数表示的岩石可钻性预测指标。经现场试验检验，分形法确定岩石可钻性级值具有很高的精度。这表明钻井过程中上返岩屑的分形维数能反映岩石可钻性程度，可以用分形维数衡量岩石可钻性的大小。     

高压水射流井底切槽应力卸载特性

深井/超深井岩石应力大造成的岩石强度升高是导致钻头磨损快、钻井效率低的主要原因之一。高压水射流技术由于可以大幅度提高机械钻速而被广泛应用于钻井工程领域。传统高压水射流破岩理论认为水射流能够起到清岩和辅助破岩的作用,但水射流形成的凹槽对井底岩石应力状态分布的影响一直没有引起足够的重视。结合钻头与高压水射流联合破岩过程,提出了高压水射流井底切槽应力卸载方法。基于Biot多孔弹性力学理论,建立了深部岩层物理模型,分析了不同井深、地应力状态、井底压差条件下岩石有效应力的分布形态和切槽应力的卸载程度;结合不同围压条件下花岗岩的力学特性,使用自定义岩石抗压强度函数分析了井底切槽对岩石强度分布特征的影响规律。研究结果表明:随着井深的增加,应力卸载效率不断升高,井底轴线处有效应力卸载效率在70 %以上,井底周围有效应力卸载效率约为50 %;钻井液压力的升高减小了应力卸载效率,且井底轴线处应力卸载效率受钻井液压力的影响较大;水射流切槽显著降低了井底轴线处岩石的强度,卸载效率达50 %以上,井底周围岩石强度卸载效率约为30 %;井底凹槽的存在释放了岩石的有效应力,并将井底岩石应力集中于区域推离切削面,从而降低了钻头作用区域的应力值,在一定程度上降低了岩石的强度,进而提高机械钻速。     

利用岩屑元素含量评价岩石可钻性方法研究

岩石可钻性是指导地质分层及钻头选型工作的重要参数,是决定钻进效率的基本因素。本文探讨了岩石可钻性与岩屑元素含量之间的关系,开展了利用岩屑元素含量预测岩石可钻性的方法研究,通过多元回归分析的方法得出了计算岩石可钻性级值的计算模型,可用以实时评价地层岩石可钻性。     

中原油田岩石可钻性与声波时差关系研究

选取中原油田的大量岩心，采用常规岩石力学测试方法测定了岩石的可钻性、声波测试方法测定了岩石和岩屑声波时差，通过对测得的岩石可钻性级值和声波时差进行回归拟合，得出了中原油田岩石可钻性与声波时差的关系式。现场应用表明，该关系式较好地反映了中原油田地层岩石可钻性与声波时差的关系，可以在优选钻头时作为参考或直接应用。     

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对井剖面地层岩石可钻性的确定直接影响到钻头选型和钻速预测,然而,现有的研究岩石可钻性的微可钻实验存在较多问题。现有的岩石微可钻性实验一般通过取心在室内常温常压下进行,脱离了地下高温高压环境后的岩心不仅不能代表地层的可钻性,而且这样的可钻性数据离散、随机、有限、成本高。但若能建立基于岩石物理参数的岩石可钻性预测模型,必将能缓解可钻性评价中存在的这些矛盾。尽管利用测井资料估算岩石可钻性时,由于岩石结构的复杂性以及不适当的参数化工作使测井估算的可钻性也存在不少问题,但利用测井资料获取岩石可钻性的方法能够提供逐点可钻性数值,既能反映出整个钻井剖面岩石可钻性变化的趋势,又能反映出不同地层间的变化规律,而且成本低。鉴于此,推导了利用声波测井资料预测岩石可钻性的计算模型,并结合 Ｓ油田实际资料开展了钻速预测方法研究。     

牙轮钻头的岩屑破碎机理及可钻性的分形法

为满足优质高速钻井的要求,需要对岩石可钻性做出快捷、精确的判断。利用分形几何理论,研究了钻井过程中牙轮钻头的破岩机理以及岩屑的等破碎概率问题;依据Bond裂纹学说,提出了一种以井底返出的岩屑为对象的岩石可钻性测试方法,并建立了岩石可钻性极值和岩屑分形维数的关系模型。室内实验表明:微钻头岩石可钻性级值与破碎岩屑分形维数存在明显的相关性,由此制定了一个基于岩屑粒度分布分形维数表示的岩石可钻性预测指标。经现场检验,分形法确定岩石可钻性级值具有较高的精度。这表明钻井过程中上返岩屑的分形维数能反映岩石可钻性程度,可以用分形维数衡量岩石可钻性大小。     

地层岩石可钻性的分形表示方法

石油钻井中测量岩石可钻性的主要方法是以井下取心为对象来测量岩石的力学性能和进行微钻法可钻性试验,但这种方法采样费用高,试验周期长,不能在现场直接应用.对石油钻井过程中岩石破碎的分形机理及形成过程进行了研究,提出了一种以井底返出的岩屑为对象测试岩石可钻性的新方法.在室内实验基础上,确定了不同井深岩石破碎后的块度分布函数,计算了岩石破碎的分形维数,分形维数的相关性系数在0.95以上.结合岩石硬度、强度和可钻性级值的实验结果,确定了岩石强度、硬度及可钻性与岩石分形维数的统计模型.     

压差下实钻岩石可钻性模型及破岩机理分析

为满足不同钻井条件下对可钻性评价方法适用性的要求，需要对岩石破碎机理进行深入的研究。在充分研究旋转钻井特点下，基于岩石破碎比功建立了一种使用钻井参数来计算可钻性的评价方法。用该方法可随钻建立岩石可钻性随深度变化的剖面，分析当前地层可钻性随深度的变化规律；且能评价过平衡和欠平衡钻井条件下的岩石的抗破碎能力的差异，弥补了可钻性国家标准的不足。实例计算结果显示，该模型可以描述不同压差下岩石在抗破碎能力上的差异。并进一步分析压差对岩石抗钻能力的影响，从压持效应、岩石强度、岩石的宏观破碎比功等几个方面剖析了两种钻井条件下的岩石破碎机理的差异。     

利用测井、压裂资料求取储层地应力的方法

地应力和破裂压力是十分重要的工程基础参数.文中利用声波、密度和自然伽马等测井资料计算出地层岩石动态力学参数;由于实际工程中采用的是岩石静态力学参数,故通过拟合的动静态参数转换关系式计算出了岩石力学静态参数;实际工程应用必须考虑构造应力,结合典型井段的压裂资料和测井资料反算出地层构造应力系数,结合地应力计算模型和破裂压力计算模型,使用VB6.0编程计算地应力.以×井3 590～3 920 m层段为例,计算出岩石力学参数、地应力和破裂压力连续剖面.该层段构造应力系数为0.462和0.586;最小水平主应力62.417～84.565MPa;最大水平主应力67.651～94.474 MPa;破裂压力75.346～93.241MPa.文中所使用的方法计算结果精度高、实用性强.     

分层地应力描述及其在胜利油田的应用

以侧向约束应力状态作为地应力的参考应力状态，利用常规测井资料对岩石力学参数进行分析处理，采用葛氏地层应力经验关系式，建立地应力的计算模型。滨670井、滨660-665区块进行了单井分层地应力及地层岩石力学参数分析计算，用于滨670井限流压裂设计以及滨660-665区块极限注水压力的确定，取得了理想的效果。     

Formation drillability prediction based on multi-source information fusion

Various information sources in petroleum exploration and exploitation, such as seismic, well logging, mud logging and drilling data, are the comprehensive reflection of the same geological body underground and have a strong correlation with each other. A multi-dimensional heterogeneous space model is presented for a range of geological characteristic parameters prediction, such as formation pore pressure, formation drillability, rock strength, lithology and so on. Then the model is applied to the formation drillability prediction with the parameter of seismic layer velocity, acoustic velocity, formation density, shale content, drilling pressure, rotary speed, hydraulic horsepower, bottom hole differential pressure, rate of penetration and formation depth. Firstly, Kernel principal component analysis (KPCA) is used to extract the feature of the parameters, and then Quantum Particle Swarm Optimization-Support Vector Machine (QPSO-SVM) is utilized as the information fusion algorithm. The comparison of the prediction results with the results of backpropagation neural network (BP-NN) indicates that this method is better than BP neural network in a variety of performance and has the advantages of higher accuracy and better generalization ability. In addition, the stronger robustness and more reliable result can be obtained from the multi-source information fusion prediction in contrast with the single source prediction. The experimental results show that the model constructed is effective to predict the formation drillability, and its accuracy reaches as high as 95%.     

射孔完井高压气层出砂三维预测方法

针对射孔完井高压气层地层出砂问题,根据有效应力定律,建立了三维应力场弹塑性地层出砂模型,并运用弹塑性有限元方法进行求解。根据编制的计算程序,研究了射孔井筒附近应力、有效塑性应变的分布规律。研究发现,最大有效塑性应变位置是在射孔起始部位的上下端,因而是最容易出砂的位置;同时,地层压力越高、临界生产压力越低,就越不易出砂。临界生产压差是由岩石性质、流体性质、地应力、地层压力等条件综合确定的。尽量维持较高且稳定的地层压力和采用合理的油井生产制度,可以减少出砂量。模型适用于不同地应力条件、不同几何参数与射孔方案、不同岩石和流体参数等条件下射孔完井的气层出砂预测。