利用测井资料预测地层岩石可钻性

岩石力学特性不仅是岩石分类定级的依据,而且可以指导钻井过程中的钻头选型和参数匹配,岩石力学特性预测是现场急需解决的技术难题。本文寻求一种采用弹性力学原理,利用测井资料预测地层岩石的牙轮钻头可钻性、PDC钻头可钻性、硬度、塑性及抗剪强度等钻井岩石力学特性的方法。运用这一方法建立起吐哈油田部分区块的钻井岩石力学特性连续剖面。     

利用测井资料预测地层岩石可钻性

岩石对学特性不仅是岩石分类定好的依据，而且可以指导钻井过程中的钻头造型和参数匹配，岩石力学特性预测是现场急需解决的技术难题。本上寻求一种采用弹性力学原理．利用测井资料预测地层岩石的牙轮钻头可钻性、PDC钻头可钻性、硬度、塑性及抗剪强度等钻井岩石力学特性的方法。运用这一方法建立起吐哈油田部分区块的钻井岩石力学特性连续剖面。     

钻井岩石力学特性预测及应用系统的开发

钻井岩石力学特性预测及应用系统是利用测井资料预测岩石的牙轮钻头可钻性、PDC钻头可钻性、塑性系数、抗剪强度和硬度等力学特性,建立单井的钻井岩石力学特性剖面,用灰色聚类分析方法将岩石力学特性参数根据聚类权重有机的结合起来,选择出适用的合理的钻头类型。该系统具有数据管理、钻井岩石力学特性预测、钻井岩石力学特性聚类分析、分层钻头选型、随钻钻头选型、钻井岩石力学特性剖面制作等功能。该系统是一个具有独创性的计算机软件系统。应用该系统,具有经济性、可靠性、科学性、先进性及实用性。因此,具有极高的推广应用价值。     

鄂尔多斯盆地北部工区测井优选钻头技术与应用

利用已完钻测井资料和地质资料对工区地层强度特性进行评价,建立地层声波时差和岩石可钻性的定量关系,估算各层段的岩石可钻性级值,并对地层岩石可钻性进行分级与对比。根据可钻性级值和地层硬度、抗压强度等岩石力学参数及钻井工程情况,利用钻头优选方法,选择适应研究工区的钻头型号,对不同层位使用的钻头型号进行可行性分析和评价。通过几口井实际钻头选型的试验研究和应用,达到了提高机械钻速及钻头进尺,缩短钻井周期,降低钻井成本的目的。     

大庆油田深层岩石力学特性参数的试验研究

通过对岩石可钻性、硬度、抗压强度等参数的测量 ,对大庆油田深井不同深度、不同层位、不同岩性的具有广泛代表性的岩心进行试验。并通过线性回归分析 ,建立了适用性较广的钻井岩石力学特性参数预测模型 ,为深井钻头选型提供了依据。     

区域三维空间岩石可钻性预测方法研究与应用

在已钻井资料较少的情况下,合理、高效、低成本地预测岩石可钻性在地层空间的分布对钻井工作十分重要。分析了单一测井、录井及地震资料预测方法的不足,提出了预测三维空间岩石可钻性的新方法,即利用测井约束地震反演技术对三维地震数据进行反演,生成全频带高分辨率的岩石纵波速度体,通过室内微钻头岩心可钻性试验,建立了考虑岩石声波时差与密度属性的可钻性预测模型,并据此开发了三维岩石可钻性预测软件。在吐哈盆地某区块两口井进行的实例分析表明,可钻性平均误差约10%,研究区块牙轮钻头对应的岩石可钻性级值约2.8~6.3,PDC钻头对应的岩石可钻性级值约2.0~5.0;软件三维显示结果表明,局部地层存在异常高可钻性级值带,与钻井资料显示该地层存在砾岩层结论相符。该区块PDC钻头的三维空间地层岩石可钻性整体优于牙轮钻头对应的可钻性。研究表明:建立的岩石可钻性预测模型同时考虑了岩石声波与密度属性,能合理预测岩石可钻性,反映不同类型钻头的可钻性差异;新方法能较真实地反映出岩石可钻性的三维空间分布情况,可为制定钻井提速方案提供参考。      

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。     

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。     

葡北构造钻井岩石力学特性预测及钻头选型研究

钻井岩石力学特性预测及灰色聚类法优选钻头技术是日趋完善的一项新技术，本文介绍了利用该项新技术在吐哈地区葡北构造的应用，对葡北构造已钻四口探井进行了钻井岩石力学特性预测，在建立钻井岩石力学特性全剖面的基础上，利用灰色聚类法优选出适合开发井的牙钻头类型，并根据其特性变化规律推荐了ＰＤＣ钻头使用井段，并成功利用邻井特性预测了待钻井－葡北２０井的钻井岩石力学特性并推荐了钻头选型。     

乌夏断裂带二叠系岩石力学特性与钻头优选

准噶尔盆地西北缘乌夏断裂带二叠系地层埋藏深度较大,岩性较复杂,岩石研磨性强、可钻性差。为解决在该地层机械钻速低、进尺短及钻头使用寿命短等诸多问题,根据已完钻井的钻井及测井资料,结合室内微钻头可钻性实验,对二叠系地层岩石力学特性进行了分析评价,确立了将单轴抗压强度、内聚力、内摩擦角和可钻性级值作为牙轮和PDC钻头选型的基础参数和选用标准,形成了适合于乌夏断裂带二叠系地层的钻头优选技术。     

A New Approach for Predrilling the Unconfined Rock Compressive Strength Prediction

Abstract

A reasonable knowledge of rock's physical and mechanical properties could save the cost of drilling and production of a reservoir to a large extent by selection of proper operating parameters. In addition, a master development plan (MDP) for each oilfield may contain many enhanced oil recovery procedures that take advantage of rock mechanical data and principles. Thus, an integrated rock mechanical study can be considered an investment in field development.

The unconfined compressive strength (UCS) of rocks is the important rock mechanical parameter and plays a crucial role when drilling an oil or gas well. A drilling operation is an interaction between the rock and the bit and the rock will fail when the resultant stress is greater than the rock strength. UCS is actually the stress level at which rock is broken down when it is under a uniaxial stress. It can be used for bit selection, real-time wellbore stability analysis, estimation an optimized time for pulling up the bit, design of enhanced oil recovery (EOR) procedures, and reservoir subsidence studies.

Rock strength can be estimated along a drilled wellbore using different approaches, including laboratory tests, core–log relationships, and penetration model approaches. Although this rock strength profile can be used for future investigation of formations around the wellbore, they are actually dead information. Dead rock strength data may not be useful for designing a well in a blind location (infill drilling). Rock strength should be predicted prior to drilling operations. These sort of data are helpful in proposing a drilling program for a new well.

In this research, new equations for estimation of rock strength in Ahwaz oilfield are formulated based on statistical analysis. Then, they are utilized for estimation of the rock strength profile of 36 wells in a Middle Eastern oilfield. An artificial neural network is then utilized for prediction of UCS in any predefined well trajectory. Cross-validation tests showed that the results of the network were compatible with reality. This approach has proven to be useful for estimation of any designed well trajectory prior to drilling.     

徐深气田气体钻井破岩机理的初步研究

根据气体钻井实钻情况及其与常规钻井方式的差异,借鉴前人研究成果,提出了一种新的破岩机理——内能释放破碎机理,即气体钻井依靠岩石脱离巨大压持作用而将岩石内积聚的巨大内能进行释放的破碎理论。岩石破碎过程为:原始岩石内能积聚;径向岩石受力变化产生的内能膨胀;径向岩石膨胀及微裂纹产生;钻头敲击裂纹扩展及延伸阶段;钻头齿吃入岩石并旋转使裂纹延伸;剪切岩石使其产生脆性炸裂。因此,使岩石破碎由常规钻井的塑性破碎转变为脆性炸裂。在徐深气田进行了现场实钻,初步验证了该机理的准确性。依据该机理可以进行气体钻井的优化设计以及实钻中钻头和钻井参数的优选。     

钻头选型方法综述

钻头的合理选型对提高钻进速度、降低钻井综合成本起着重要作用。对近年来国内外钻头选型的主要方法进行了比较全面的总结与评述。目前,钻头选型方法大致可概括为3种:一是钻头使用效果评价法;二是岩石力学参数法;三是综合法。钻头使用效果评价法把反映钻头使用效果的一个或多个指标作为钻头选型的依据;岩石力学参数法根据待钻地层的某一个或几个岩石力学参数,结合钻头厂家的使用说明进行钻头选型;综合法把钻头使用效果和地层岩石力学性质结合起来进行选型。详细介绍了各种选型方法的基本原理,并分析其不足之处。最后指出PDC钻头合理选型方法研究是今后钻头选型领域研究的重点。     

流花油田地层岩石力学参数评价及钻头选型技术

钻头的合理选型对提高钻进速度、降低钻井成本起着重要作用。应用改进的经济效益指数法对流花LH11-1区块的钻头使用效果进行了评价,结合地层岩石力学参数评价结果优选出了与流花LH11-1区块地层相适应的钻头型号。改进的经济效益指数法考虑了钻头磨损的影响,从而使评价结果更加客观合理。由于没有搜集到按垂深进行地层划分的数据,提出了按照地层岩石力学性质进行地层分层的新方法,该地层分层方法首先将地层的多种岩石力学性质进行聚类分析,然后根据层内离差平方和最小,层间离差平方和最大的原理进行地层划分,此种地层划分方法对于钻头优选、钻进参数优化以及合理制定钻进措施等具有重要意义。现场应用结果表明,文中给出的钻头选型结果和地层分层方法是合理的,能够在大位移井中应用。     

利用地层综合系数法评价及优选钻头

常规钻头选型或者通过钻头的实际使用效果(如钻头进尺、每米成本、机械钻速等参数)，或者通过地层岩石力学的一个或几个参数来进行，但由于钻头在井下受多种地层力学参数的影响，常规方法难以选出最适合本地区的钻头型号。阐述了一种既考虑钻头的经济效益又考虑钻头钻遇地层的岩石力学特性来进行钻头评价和选型的方法，即“地层综合系数法”，并给出了该方法的计算步骤。应用该方法既可以对钻头的预期表现进行评价，也可以进行钻头优选。     

岩石抗钻能力界定新方法——五参数法

准确评价地层岩石力学特征参数是钻头优选的基础。对现场岩心进行室内实验,利用回归分析法建立岩石抗钻特性参数计算模型,考虑岩石物理性质、力学性质及孔隙特征对岩石抗钻特性参数的影响,兼顾钻头攻击性和耐磨性,根据不同声波时差与地层岩石硬度、内摩擦角、单轴抗压强度、研磨性级值及岩石可钻性级值之间的关系,应用归一化处理方法,建立了地层抗钻特性五参数雷达图,绘制并应用雷达图对X 油田渔洋组层段进行了钻头选型。结果表明:应用雷达图选出的钻头,平均进尺提高188%,平均机械钻速提高7%,平均纯钻时间提高160%,应用该方法进行钻头优选能够指导现场施工。     

焦石坝区块?311.2mm井眼定向段钻头优选与应用

针对焦石坝区块页岩气水平井?311.2 mm井眼定向段长、钻遇地层复杂、非均质性强,易导致钻头失效快、机械钻速低等问题,建立了基于地层可钻性和实钻效果评价的钻头选型方法。利用测井资料获取地层岩石力学参数,建立了岩石可钻性剖面,确定了合理的钻头类型;基于虚拟强度指数原理建立了综合考虑地层破岩效率和进尺的钻头性能评价指数,对完钻井钻头使用效果进行了定量评价。利用该方法分地层推荐了焦石坝?311.2 mm井眼定向段钻头选型方案,并在焦页49-1HF等5口井进行了应用,平均机械钻速同比提高了207%,单只钻头平均进尺提高了139.2 m。应用效果表明,基于地层可钻性和实钻效果的钻头选型方法能够定性地优选钻头类型、定量地评价钻头性能,有效提高了钻头与地层的匹配性。     

钻头地层适应性评价及选型理论研究

钻头类型的选择对提高钻井速度、降低钻井成本有重要的意义。在总结国内外选型方法的基础上,分析了目前普遍采用的基于邻井测井数据计算岩石力学性质并指导钻头选型的理论方法和软件。阐述了2类选型方法的理论模型:①根据测井资料解释岩石力学性质,基于钻头的地层适应性关系,采用规则约束建立专家系统,进行钻头特征及型号推荐;②基于钻头使用数据建立仿真模型,利用仿真虚拟钻进对不同钻头的钻井成本进行对比并选型。在比较国外目前较为成熟的3种选型软件的基础上,指出国内进行钻头选型研究的必要性,并提出适用的选型理论及软件实现方法。     

超高压射流辅助钻井技术研究进展

超高压射流辅助机械破岩钻井是提高深井钻井速度的一项前沿技术，关键技术包括井下增压器、超高压射流辅助破岩机理和钻头、超高压射流钻井参数和工艺等。主要介绍了超高压射流破岩机理、井底流场和辅助破岩钻头研究进展，在此基础上提出了超高压水射流辅助钻井技术的研究方向。