岩石可钻性和钻速预测

合集下载

鲁迈拉石膏夹层岩石可钻性预测

鲁迈拉石膏夹层岩石可钻性预测

常规的岩石力学试验方法是以井下取心为对 象, 测量岩石的力学性能和微钻法可钻性试验, 但这 [1-4] 种方法费用高、 周期长 。伊拉克鲁迈拉油田由于 战争、 经济等多种原因, 岩心数量少, 主要集中在底 部井段的储层。而鲁迈拉油田 Rus 至 Umm 地层软
硬交互频繁, 导致 PDC 钻头硬地层易崩齿, 牙轮钻 头软地层无法有效吃入, 且不能准确计算其合理下 入深度。为了解决该问题, 笔者以钻速方程为基础, 确定了岩石强度、 硬度及可钻性与岩石的这些分形 维数的统计模型, 为该区块钻头选型提供理论依据,
鲁迈拉石膏夹3
1. 大庆钻探工程公司国际事业部;2. 大庆油田有限责任公司勘探事业部;3 大庆钻探工程公司钻井工程研究院
引用格式:邸百英, 韩福彬, 陈绍云 . 鲁迈拉石膏夹层岩石可钻性预测[J]. 石油钻采工艺, 2017, 39 (2) :176-179. 摘要:鲁迈拉油田岩心数量少, 钻头优选主要依靠施工和设计人员的经验。针对这一问题, 以钻速方程为基础, 通过逆推 回归和数据拟合的方式, 建立起鲁迈拉地区岩石可钻性与测井数据对应关系, 并以岩屑分形理论为依据对结果进行验证, 找出 最能反映岩石破碎难易的特征量, 确定岩石强度、 硬度及可钻性与岩石的这些分形维数的统计模型。 根据岩石可钻性预测结果, 开展了 KM533X 复合钻头现场提速试验, 单只钻头平均进尺提高 214.70%, 机械钻速提高 29.90%, 从而保障了该地区钻井作业 顺利高效完成。 关键词:鲁迈拉;数据拟合;岩屑分形;岩石可钻性;复合钻头 中图分类号:TE21 文献标识码:A
Citation: DI Baiying, HAN Fubin, CHEN Shaoyun. Prediction on rock drillability of gypsum interbeds in Rumaila[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2017, 39(2): 176-179. Abstract: In Rumaila Oilfield, there are a small number of cores, so drilling bit optimization is mainly based on the experience of construction and design staff. To solve this problem, the correspondence relationship between rock drillability and log data of Rumaila area was established based on drilling rate equation by means of backstepping regression and data fitting. Then, the results were verified according to cutting fractal theory. Furthermore, the characteristic parameter which can reflect rock breaking difficulty best was determined and the statistical model on rock strength, hardness, drillability and their fractal dimensions was developed. Finally, ROP improvement test was carried out specifically on KM533X composite drilling bit on site according to the prediction results of rock drillability. It is shown that the average drilling footage and ROP of each bit is increased by 214.70% and 29.90%, respectively. And thus, the drilling operation in this area is completed smoothly and efficiently. Key words: Rumaila; data fitting; cutting fractal; rock drillability; composite bit

解释岩石可钻性的概念

解释岩石可钻性的概念

解释岩石可钻性的概念岩石可钻性是指钻井作业过程中所遇到的岩层对钻头钻进的难易程度。

钻井是一种获取地下天然资源、地质勘探和地质工程调查的重要技术手段,而岩石可钻性是决定钻探技术是否顺利开展的关键因素之一。

岩石可钻性受多种因素的影响。

首先是岩石的物理性质,如岩石的硬度、密度、强度、压缩性和耐磨性等。

硬度是指岩石抵抗外力压力的能力,对于柔软的岩石来说,可钻性较高,相对易于钻入;而对于坚硬的岩石,则相对困难。

岩石的密度决定了钻井液的压力所需的能量大小,密度大的岩石需要更大的能量才能钻入。

岩石的强度是指抵抗外力破坏的能力,其取决于岩石的粘结结构和韧性。

强度大的岩石通常较难钻入,需要选用更强的钻具。

岩石的压缩性是指岩石在受到压力作用下发生体积变化的能力,而耐磨性则是指岩石表面抵抗磨损的能力。

这些物理性质对钻井作业过程中的摩擦、切削和磨损等有直接影响,进而影响钻头在岩层中的钻进难易程度。

其次,岩石的岩性和结构也会影响岩石的可钻性。

不同的岩石种类具有不同的物理性质,例如,片麻岩、花岗岩等较坚硬的岩石通常难以钻进,而砂岩、泥岩等相对柔软的岩石则较易钻进。

而岩石的结构特征,如层理、节理、破碎带等,也会对其可钻性产生重要影响。

岩石中的节理和破碎带可导致岩石断裂和塌方,从而降低了岩石的可钻性。

另外,岩石中的岩浆岩、粉砂岩等特殊类型的岩石也具有较低的可钻性。

第三,岩石与钻具的匹配度也会影响可钻性。

钻具的选择包括钻杆、钻头和钻井液等,在不同的岩石环境下需要选择不同的钻具。

正确选用合适的钻具可以减少钻具的磨损,提高钻进速度,从而改善岩石的可钻性。

此外,钻井液作为钻井过程中的重要流体介质,对岩石的可钻性也有直接影响。

钻井液的密度、黏度、清洁度、过滤性能等都会直接影响到岩石的可钻性。

合理选择和调配钻井液的性能参数,可以减小钻井液与岩石之间的摩擦,减少井壁塌方和堵塞等问题,提高钻进速度和可钻性。

最后,还有其他因素也会影响岩石的可钻性,如地温、压力、地层流体等。

岩石的可钻性的概念及影响的因素

岩石的可钻性的概念及影响的因素

岩石的可钻性的概念及影响的因素
可钻性是指在岩石钻探过程中,岩石能够形成稳定的钻眼并且黏附在钻探工具上的程度。

岩石的可钻性受到许多影响因素,以下是其中的一些。

1. 岩石的物理特性
岩石的硬度、密度、结构和断口等物理特性是影响可钻性的关键因素。

通常来说,硬度越高的岩石越难以钻探,因为钻探工具需要更多的能量才能穿过岩石表面。

而岩石的密度和结构则指向它的稳定性,也就是在钻探过程中岩石是否会坍塌。

这些特性还会影响岩层中孔隙的大小和数量,因此,不同的岩石类型会有不同的可钻性。

2. 地下水和水压力
地下水是指岩石中的水分分布。

地下水的存在会增加钻探的难度和成本,因为钻掘物需要对水压进行相应的处理,同时,水分也会对岩石的强度产生影响。

3. 粘结力和摩擦力
在钻探过程中,钻头需要用力拉伸钢杆并在岩石表面打压而引起粘结力和摩擦力。

这些力量决定了岩石是否能够黏附在钻头上并进行钻探。

如果钻探工具和岩石之间的摩擦力较大,则可能导致钻掘工具损坏或卡住。

4. 钻杆的使用情况
钻杆是钻探的基本工具,影响钻探的深度和方向。

钻杆的质量以及上下移动的速度和角度,直接影响可钻性。

如果钻杆的角度和深度不当,则可能导致钻掘物断裂或钻掘工具卡住。

可钻性是岩石钻掘的一个关键因素,许多因素都会影响它。

理解这些因素对于决定钻掘计划和预测钻掘效果至关重要。

岩石可钻性的测定 中国石油大学(华东)

岩石可钻性的测定  中国石油大学(华东)

中国石油大学(岩石可钻性的测定)实验报告实验日期: 成绩:班级: 学号: 姓名: 教师: 同组者:岩石可钻性的测定一、实验目的1.了解岩石的可钻性;2.掌握岩石可钻性的测量方法。

二、实验原理1.实验设备实验中使用岩石可钻性测试仪来测量岩石的可钻性,如下图 1 所示。

设备的具体技术指标参见《岩石可钻性测定及分级方法-SY/T 5426-2000》。

图1 岩石可钻性测试仪2.测量原理使用特制微钻头(牙轮钻头或PDC 钻头),以一定的钻压(牙轮钻头为890N ±20NPDC 钻头为500N ±10N )和转速(55r/min ±1r/min )在岩样上钻三个特定深度的孔(牙轮钻头为2.4mm ,PDC 钻头为3mm ),取三个孔钻进时间的平均值为岩样的钻时(t d ),对t d 取以2 为底的对数值作为该岩样的可钻性级值K d 计算公式如下所示:K d =log 2 t求得可钻性级值后,再查岩石可钻性分级标准对照表(如下表1 所示)进行定级。

表1 岩石可钻性分级对照表三、实验步骤1. 试样用石油钻井所取井下岩心或地面采的岩石,岩样制备成圆柱体(直径40-100mm,高度30-80mm)或长方体(长宽各100mm,高度20-100mm),端面平行度公差值≤0.2mm,试验前将试样放在温度设定为105-110℃的干燥箱内烘烤24 小时;2. 将手轮上移至最上端,取下岩心支架、钻头和接屑盘并清扫干净;3. 装上接屑盘,将所选的微型钻头安装在花键轴上端(注意:钻头上键槽应对准花键轴上端的键!),安装好钻头后,将岩心支架回归原位;4. 关闭所有钻进模式(牙轮模式和PDC 模式),打开总电源,打开相应的钻进模式开关(牙轮模式或PDC 模式,开关如图2 所示),打开电机调速器上的电机开关,开动电机,调电机至规定转速55 转/分(注意:教师进行此项调速操作,学生请不要调电机转速,避免产生危险!),然后关闭电机开关;图2 钻进模式开关示意图5. 选择好相应的钻压砝码(牙轮钻头用两个砝码,PDC 钻头只用一个下部大砝码),放在砝码支架上;6. 将准备好的试样放在岩心支架上,手轮下移,稍用力夹紧岩样,如果钻头高出岩心支架,应在轻轻夹紧岩样的同时,逆时针转动小手摇泵手轮,卸掉液压系统压力(注意:要确保岩样的钻进面一定为平面!)。

岩石可钻性名词解释

岩石可钻性名词解释

岩石可钻性名词解释岩石的可钻性是指岩石的属性及其受敲击后,可以用钻头、钻头或其他螺丝钻等手段施加推力,切割出钻孔的能力。

岩石有一些不同的状态,它们可以根据矿物组成特征和结构特征来判断其可钻性。

岩石可钻性是指以钻头或其他钻头将岩石分割开来,并制成不同类型和形状的矿物粉末或砂粒的能力。

岩石可钻性与岩石结构有密切关系。

对于任何一种岩石,其可钻性取决于其矿物组成和结构特征。

通常情况下,岩石的结构决定岩石的可钻性。

例如,普通的岩石,其晶粒体态单质或结晶体态细小时,其可钻性就较高;而岩石的孔隙率、细粒含量、粘土矿物含量及其结构所具有的破裂性都会影响其可钻性。

岩石可钻性的大致分类是根据其矿物结构特征及其受敲击后所表现出的可钻性程度来做出的,按照结构特征和可钻性程度,常见的岩石可钻性分为大家常见的四种:破碎性可钻性、粉碎性可钻性、坚硬可钻性和软可钻性。

破碎性可钻性指岩石具有较强的破坏性,当施加推力时,会轻易地产生碎片,但由于其碎片受到擦切原理的影响,钻头的钻深会受到限制,孔壁也会被撞击而形成比较不平整的表面。

破碎性可钻性的岩石主要有:碎屑岩、砂岩、粉砂岩、火山岩等。

粉碎性可钻性指岩石具有一定的韧性,当施加推力时,岩石会产生破碎性及屈服性的半粉状,因而可以更有效地将其吸入钻头内。

粉碎性可钻性的岩石主要有:页岩、砂岩、火山岩等带有一定韧性的岩石,以及特殊矿物的片岩和砂岩。

坚硬可钻性指岩石的矿物组成及破坏性较低,在施加推力的过程中产生破碎性很小,且能把大量钻头磨损所需要的矿物研磨成粉末,从而形成完整钻孔。

坚硬可钻性的岩石主要有:砂质岩、片岩、花岗岩等硬质岩类。

软可钻性指岩石具有很强的碎裂性,施加推力会将岩石破裂成粉末,但由于矿物结构太软、具有自润滑性、能抵抗磨损,使得钻头具有较高的耐用度。

软可钻性的岩石主要有:薄片岩、表面层状岩及其他自润滑性岩石类型。

可钻性是一个复杂的系统,其特征受到岩石矿物结构特征和组成特征的多方面影响,因而岩石的可钻性也因其构造、地下结构、地表构造及矿物结构特征等因素而异。

岩石可钻性研究

岩石可钻性研究

岩石可钻性研究摘要: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观测。

本文对岩石力学参数和可钻性级值通过多元回归的方法得出了围压下岩石可钻性级值的相关模型,通过该模型,可以更准确的预测地层岩石可钻性。

关键词:钻井岩石可钻性级值岩石力学性质1 引言岩石可钻性的概念是在生产实践中形成,用以说明破碎岩石的工具与岩石之间的关系。

现代的岩石可钻性概念有以下几种提法[1]:(1)所谓岩石的可钻性,是指在一定技术条件下钻进岩石的难易程度;(2)可钻性可理解为钻井过程中岩石抗破碎强度的程度,它表征岩石破碎的难易程度;(3)岩石坚固性的钻孔方面的表现称为可钻性。

2 岩石可钻性及力学参数实验2.1 牙轮钻头与PDC岩石可钻性的关系对于岩石可钻性来讲,牙轮钻头的岩石可钻性同PDC钻头的岩石可钻性所反映的都是破岩工具破碎岩石的难易程度,所不同的只是使用的破岩工具不同而已,破岩方式及对不同地层的破岩速度也不同,但是牙轮钻头和PDC钻头的可钻性二者是紧密相连的,牙轮钻头可钻性级值高的地层,用PDC进行钻进可钻性级值同样高,根据实验结果对二者进行回归分析得到相关模型如下[2]:式中:KPDC为PDC钻头岩石可钻性级值;KD为牙轮钻头可钻性级值。

该式的相关系数为0.90。

从相关性模型中可以知道,二者的相关性很强,因此在后面的的研究中只研究牙轮钻头的可钻性,PDC钻头的可钻性与牙轮钻头相似。

2.2 岩石可钻性级值(微钻速/与岩石抗压强度的关系)(如表1)将表1中的岩石可钻性级值与抗压强度进行统计回归分析,可得到用抗压强度表示岩石可钻性级值,回归方程为:式中Kd为可钻性级值,бc为抗压强度(mPa),Vm为微钻速(m/H)式(1)的相关因数为:0.824,式(2)的相关系数为0.726(如图1图2)2.3 岩石可钻性级值与岩石力学参数的关系岩石可钻性级值与岩石物理性质的单元回归分析表明,可钻性和岩石抗压强度和硬度的关系较密切,而与朔性系数关系较差,即硬度和抗压强度是可钻性的综合反应,以下是把岩石的多种力学性质参数(其中包括岩石的抗压强度、硬度、泊松比、朔性系数、杨氏模量)通过多元逐步回归分析得到相关性模型[3、4、5]:式中Kd为牙轮钻头可钻性;бC为岩石抗压强度;Py为岩石硬度;E为杨氏模量;μ为泊松比;k为朔性系数。

岩石可钻性

岩石可钻性

岩石可钻性岩石可钻性(drillability of rock)钻进时岩石抵抗机械破碎能力的量化指标。

岩石可钻性是工程钻探中选择钻进方法、钻头结构类型、钻进工艺参数,衡量钻进速度和实行定额管理的主要依据。

影响因素岩石可钻性不是岩石固有的性质,它不仅取决于岩石的特性,而且还取决于采用的钻进技术工艺条件:(1)岩石的特性。

包括岩石的矿物组分、组织结构特征、物理性质和力学性质。

其中直接影响因素是岩石的力学性质,而岩石的物理性质、矿物组分和组织结构特征等主要是通过影响其力学性质而间接影响可钻性的。

在影响岩石可钻性的力学性质中,起主要作用的是岩石的硬度、弹塑性和研磨性。

岩石硬度影响钻进初始的碎岩难易程度;弹塑性影响碎岩工具作用F岩石的变形和裂纹发展导致破碎的特征;研磨性决定了碎岩工具的持久性和机械钻速(纯钻进时间内的单位时间进尺,m/h)的递减速率。

一般规律是岩石可钻性随压入硬度和研磨性的增大而降低,随塑性系数的增大而提高。

(2)钻进技术工艺条件。

包括钻进切削研磨材料、钻头类型、钻探设备、钻探冲洗介质、钻进工艺的完善程度,以及钻孔的深度、直径、倾斜度等。

分级在一定的技术工艺条件下,岩石按被钻头破碎的难易程度的分级。

根据钻进方法的不同,岩石可钻性分别有岩心钻探的岩石可钻性、手动回转钻进的岩石可钻性、螺旋钻进的岩石可钻性、钢丝绳冲击钻进的岩石可钻性、冲击振动钻进的岩石可钻性和石油钻井的岩石可钻性等。

中国冶金工程钻探采用岩心钻探的岩石可钻性。

岩心钻探的岩石可钻性分为12级。

表1为1958年中国地质部颁布的《岩石十二级分级表》,此表是以对于在规定的设备、工具和技术规程的条件下进行实际钻进所获得的大量资料的统计分析为定级基础的。

随着对岩石物理力学性质的深入研究、测试技术方法和仪器的进步、钻探设备和工艺技术的发展,为适应金刚石钻探工艺应用的需要,并使岩石可钻性分级更趋科学、准确、合理,1984年中国地质矿产部颁布了《金刚石岩心钻探岩石可钻性分级表》。

东海深部地层岩石可钻性预测方法研究

东海深部地层岩石可钻性预测方法研究

犚犲狊犲犪狉犮犺狅狀狋犺犲狉狅犮犽犱狉犻犾犾犪犫犻犾犻狋狔狆狉犲犱犻犮狋犻狅狀犿犲狋犺狅犱狊狅犳犱犲犲狆狊狋狉犪狋犪犻狀狋犺犲犈犪狊狋犆犺犻狀犪犛犲犪
LIQian1 ZHANGHaishan2 QIUKang1 WANGXiaoshan1 HUANGZhao2 DUPeng1 SUZhibo1 LEILei2
犃犫狊狋狉犪犮狋:InviewofthechallengesinthedeepstratadrillingofsomewellsintheEastChinaSea,suchas lowROPandseriousbitwearcausedbythepoormatchingbetweenPDCbitandtheformationproperties, itisurgentlyneededtoconductresearchonrockdrillabilityofdeepstrataintheEastChinaSea.Basedon theindoorcoremicrodrillingexperimentaldata,anonlinearmultipleregressionmodelforpredictingthe rockdrillabilitybasedonloggingparameterswasfirstestablished,andmultipleartificialneuralnetwork methodswereusedtopredictrockdrillability.Theresultsshowthatalltherockdrillabilitypredictions withthenonlinearmultipleregressionmodelandtheconventionalBPneuralnetwork,cascadeBPneural network,radialbasisRBFneuralnetwork,andBPRBFdoublecascadeneuralnetworkcanachievegood reliability.However,theBPRBFdoublecascadeneuralnetworkmodelcanobtainthebestprediction effect,whichismoresuitableforpredictingtherockdrillabilityofdeepstrataintheEastChinaSea.The researchresultsinthispapercanprovidereferencesforthedrillabilitypredictionanddrillbitselectionof deepstrataintheEastChinaSea. 犓犲狔狑狅狉犱狊:theEastChinaSea;deepstrata;rockdrillabilityprediction;nonlinearmultipleregression;

第5章 岩石力学在钻井工程的应用

第5章  岩石力学在钻井工程的应用

五点钻速试验求门限钻压和转速指数的过程,其较适合于钻速较快的地层。
5.2 岩石可钻性 5.2.2 岩石可钻性的预测方法
(3)声波时差法
纵波速度与地层力学参数之间存在关系:
p
1 b 1 1 2
v p 纵波速度,m / s; E 弹性模量,P a;
1
5.1 岩石的研磨性与硬度 5.2 岩石可钻性
5.3 钻头优选方法研究 5.5 钻井参数优选方法研究 5.5 井壁稳定的力学机理
2
3
4
5
5.1 岩石的研磨性与硬度 5.1.1 岩石的研磨性
岩石的研磨性: 岩石磨损与之摩擦材料能力的大小称为岩石的 研磨性。
钻井工具(例如钻头、钎子等) 制造钻头的材料:淬火钢、硬质合金、金刚石
软地层 1 ≤100 2 100 ~ 200 3 200 ~ 500 5 500~ 700 5 700 ~ 1500 中硬地层 6 1500~ 2100 7 8 硬地层 9 10
岩石性质
可钻性分 级 岩石硬度 (MPa)
2100~ 2500~ 3500~ 3500~ 2500 3500 3500 3700
摩擦磨损法(史立涅尔)
1-旋转的金属环; 2-平移的岩样;P-加在圆环上的载荷
失重除以该金属的比重,再除以摩擦总路程。
5.1 岩石的研磨性与硬度 5.1.1 岩石的研磨性
摩擦磨损法(史立涅尔)结论:
1)晶质岩石的研磨性(淬火钢)
1.00 单 位 0.75 磨 损 0.50 体 积 ΔVs,0.25 10-7 cm3/m 0 P0
样本深度(m) 3270 3280 筛网尺寸 (mm) 1.0 3.525752 2.810305 1.6 20.0396 20.37571 2.0 27.76238 32.9275 5.0 73.52575 72.27166 10.0 95.52575 95.7377

岩石力学及地层抗钻特性预测研究与应用

岩石力学及地层抗钻特性预测研究与应用

岩石力学及地层抗钻特性预测研究与应用【摘要】大港油田深部地层岩性致密,研磨性强,抗压强度大,可钻性差,机械钻速较低,严重影响了油田的钻井周期和钻井成本。

本文通过实钻岩心抗钻特性试验研究、岩石力学特性参数纵横向分布规律及地层岩石抗钻特性分析、地层岩石可钻性分析、钻头动态数据库的建立及钻头优选评价等技术研究,优选了适合大港油田不同地层的钻头,并针对深部特殊地层进行了钻头个性化设计,机械钻速显著提高。

本文的研究为准确分析和预测大港油田深部地层岩石可钻性提供新的技术手段,对提高大港油田的钻井效率具有重要的促进作用。

【关键词】测井资料钻头可钻性岩石力学抗钻特性大港油田钻井过程中主要钻遇平原组、明化镇组、馆陶组、东营组和沙河街组,各区块机械钻速总体呈下降趋势,特别是深部地层岩性致密,研磨性强,抗压强度大,可钻性差。

实钻结果表明进入东营组地层后随着岩石强度的增加机械钻速迅速降低,尤其是沙河街组地层深部机械钻速明显偏低,仅为沙河街上部的一半左右,严重制约了钻井速度和勘探开发经济效益的提升。

为加快深部沙河街组地层钻井速度,提高整体经济效益,有必要针对大港油田地层岩石可钻性开展研究,分析研究出其分布规律,进而优选出适合该地区地层的钻头,以指导优快钻井技术方案的制定。

1 地层岩石力学特性参数的测定为系统开展岩石力学性质参数及可钻性的测试和分析,本文收集了17块岩心,进行了声学试验、抗压强度试验、岩石硬度试验和岩石可钻性试验,为准确掌握大港油田深部地层的岩石可钻性规律提供了基本数据参考依据。

岩石力学参数试验结果如表1所示。

2 岩石力学特性参数纵横向分布规律2.1 弹性模量及泊松比假设岩石为各向同性无限弹性体,根据纵波速度和横波速度计算动泊松比和动弹性模量的关系式为:3.3 地层岩石可钻性剖面的确定根据以上回归得到的声波时差与牙轮钻头和PDC钻头关系方程,结合声波测井资料,计算并绘制出地层岩石可钻剖面,由图可以看出,沙河街组牙轮可钻性级值主要分布在5-7 之间。

岩石可钻性和钻速预测

岩石可钻性和钻速预测

岩石可钻性和钻速预测
刘向君;孟英峰
【期刊名称】《天然气工业》
【年(卷),期】1999(019)005
【摘要】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高散,随机,有限,成本高。

【总页数】3页(P61-63)
【作者】刘向君;孟英峰
【作者单位】西南石油学院完井技术中心;西南石油学院完井技术中心
【正文语种】中文
【中图分类】TE21
【相关文献】
1.岩石可钻性钻速模式研究
2.金刚石钻进的岩石可钻性及其钻速预测
3.东海深部地层岩石可钻性预测方法研究
4.分形理论及修正钻速方程预测石膏夹层岩石可钻性
5.基于RES理论的岩石可钻性综合预测研究
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

岩石的可钻性

岩石的可钻性

岩石的可钻性在岩土钻掘工程设计与实践中,人们常常希望能事先知道所施工岩石的破碎难易程度,以便正确选择合理的钻(掘)进方法、钻(钎)头的结构及工艺规程参数,制定出切合实际的岩土钻掘工程生产定额。

岩石的可钻性及坚固性指标,在实际应用中占有重要地位。

岩石的可钻性是在一定钻进方法下岩石抵抗钻头破碎它的能力。

它反映了钻进作业中岩石破碎的难易程度,它不仅取决于岩石自身的物理力学性质,还与钻进的工艺技术措施有关,所以它是岩石在钻进过程中显示出来的综合性指标。

由于可钻性与许多因素有关,要找出它与诸影响因素之间的定量关系十分困难,目前国内外仍采用试验的方法来确定岩石的可钻性。

不同部门使用的钻进方法不同,其测定可钻性的试验手段,甚至可钻性指标的量纲也不尽相同。

例如,钻探界在回转钻进中以单位时间的钻头进尺(机械钻速)作为衡量岩石可钻性的指标,分成12个级别,级别越大的岩石越难钻进;在冲击钻进中常采用单位体积破碎功来进行可钻性分级。

而在石油钻井部门则以机械钻速与钻头进尺的乘积或微型钻头的钻时作为衡量指标,分成10个级别。

几种有代表性的划分岩石可钻性级别的方法是:1. 力学性质指标法采用单一的岩石力学性质来划分岩石的可钻性级别。

据压入硬度值把岩石分成6类12级(表1-4),据摆球的回弹次数把岩石分成12级(表1-5)。

如果用上述两种方法确定的可钻性级别不一致,可按包括压入硬度值Hy和摆球硬度值Hn的回归方程式(1-17)来确定可钻性K值。

(1-17)岩石类别软中软中硬硬坚硬极硬岩石级别1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 12硬度(MPa)≤100100~250250~500500~10001000~15001500~20002000~30003000~40004000~50005000~60006000~7000>7000岩石级别 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12回弹次数≤1415~29 30~4445~5455~6465~7475~8485~9495~104105~125≥1252. 实际钻进速度法在规定的设备工具和技术规范条件下进行实际钻进,以所得的纯钻进速度作为岩石的可钻性级别。

利用测井资料综合预测岩石可钻性的试验研究

利用测井资料综合预测岩石可钻性的试验研究
第 卷 第 期 石 油 钻 探 技 术 , V o l . 3 4 3 4 1 N o . 1 年 月 , 2 0 0 6 1 P E T R O L E U M D R I L L I N G T E C H N I Q U E S 2 0 0 6 J a n . 钻 井 与 完 井
பைடு நூலகம்
岩 石 可 钻 性 用 以 表 征 岩 石 抗 钻 强 度 的 大 小 , 是 岩 石 物 理 性 质 在 钻 进 时 的 综 合 表 现 , 是 钻 头 选 型 和 优 选 。 目 前 国 内 外 普 遍 采 用 声 参 数 钻 井 最 重 要 的 参 数 之 一 [ ] 1 7 , 但 声 波 时 差 波 时 差 测 井 资 料 来 预 测 岩 石 可 钻 性 , 主 要 包 括 岩 性 、 孔 隙 是 岩 石 声 学 特 性 的 综 合 反 映 度 、 孔 隙 流 体 类 型 , 并 不 能 完 全 反 映 岩 石 抗 钻 强 度 的 图 波 速 测 试 系 统 示 意 图 , 因 此 岩 石 可 钻 性 预 测 精 度 不 是 很 高 。 笔 者 通 过 大 小 1 , 分 别 研 究 了 岩 石 声 波 时 差 、 岩 性 、 密 度 和 1 室 内 试 验 密 度 测 定 4 3 泥 质 含 量 对 岩 石 可 钻 性 的 影 响 规 律 , 建 立 了 岩 石 可 钻 采 用 排 水 法 测 定 岩 样 密 度 ( 单 位 为 / ) 。 c m g ρ , 提 高 了 预 测 精 度 。 性 级 值 综 合 预 测 模 型 泥 质 含 量 测 定 1 5 根 据 沉 降 法 则 , 采 用 沉 降 虹 吸 分 离 法 测 S t o k e s 岩 心 试 验 1 定 砂 岩 泥 质 含 量 。

地层的分类及可钻性评价方法

地层的分类及可钻性评价方法

弹性波:
当外力对弹性介质的某一部分产生初始扰动时,由 于介质的弹性,这种扰动将从一个质点传播到另一个 质点,如此连续下去,即出现弹性波。 弹性波只有扰动的传播,而没有物质的传输,质点 只能围绕其平衡位置振动。
测井有关知识
声波在岩石中的传播特性 1 纵波和横波
声波传播方向和质点振动方向一致的波叫纵波。声波传播方向和质点振动方向 相互垂直的波叫横波。 在各向同性无限介质中,必有两种弹性波存在,即纵波和横波。由于纵波的传 播速度总是比横波的传播速度要快,因而常把纵波称为初始波或简称P波(压缩 波),把横波称作续至波(剪切波),简称为S波。这两种波可同时在地层中传播, 但液体和气体不能传播横波。
1 CPCH v pc = K R (W − M )n 1 + C2 h
λ
132.27 A B C D ( ρ w −1.15 ) V= ⋅ W N EH e A b c 5.62 × 60 × 1.026
Kd = lg V − 0.5366 lg W − 0.9205 lg N − 0.7011lg E H + 3.175( ρW − 1.15) − 0.0629 0.1993 lg W − 0.0375 lg N − 0.05682 lg E H + 0.4242( ρW − 1.15) − 0.0821
¾ 岩石可钻性级值的大小与机械钻速密切相关,机械钻速越快,可钻性级值越
小,岩石越容易破碎。
¾ 岩石可钻性参数是合理选择钻井方式、钻头类型和设计钻进参数的依据。正
确地评估地层可钻性是实现优质高效钻井的基础,对于提高钻井速度,降低 钻井成本具有十分重要的意义。
1.1 室内岩心微钻头实验求取可钻性(前述) 1.2 基于录井资料的地层可钻性评价 1.3 基于测井资料的地层可钻性评价 1.4 存在问题及研究不足

利用地震层速度预测地层可钻性和钻速的新方法

利用地震层速度预测地层可钻性和钻速的新方法

1 地 震层 速度 的提 取 .
作业时间三部分组成 , 地面作业时间和井筒作业时 间可以根据作业时间跨度定 额准确地计算 出来 , 而 进尺工作时间主要 由钻头破碎岩层的速度 即机械钻 速决定 , 所以钻井周期 的准确计算应主要取决于能 否准确地计算出机械钻速。而现在通常是凭经验估 计 钻 速 , 根据 估 计 的钻 速 计 算 钻 井 周 期 。如 果 估 并 计 的误差较大 , 那么计算 出的钻井周期就会发生大
表明 , 因素仍是影响钻速 的最 主要 因素 , 地层 它不仅直接影 响钻速 , 而且也制 约着钻井参 数对钻速 的影响 。针 对新
探区 的特点 , 可从地震资料 中提取包含 地震层速度 、 质年 代 、 质构 造 、 层产 状 、 层岩性 等信 息 , 地 地 地 地 发掘这些 信 息与地层 可钻性 以及机械钻速 间的内在联 系。在充分利用 地震 资料 的基础上 , 用数理统 计等 办法 , 运 模拟 和优选 出了层速 度与地层可钻性 以及层速度与 机械钻速间的定量计算模型 , 并最终形成一套基 于地震层 速度直接 预测机 械钻速 的新方法。通过对 HN油 田近 2 0口井的机械钻速进行钻前 预测 , 结果发现符合 率均达 7 % 以上 , 0 这充分证 明该 方法 能较科学地预测新探 区的机械速 度 , 能为钻 前钻 井周 期设计 以及钻井 招投 标价 格预算 等提 供有 益 的帮
与设计 钻 井周期 相 比 出现 较 大 的偏 差 , 般 偏 差 为 一
前特别是新探区的钻井周期设计具有十分重要的现
实意义 。

3% ~ 0 , 0 7 % 平均约为 4 %左右。其原 因为一 口井 5
的钻 井 时间是 由进尺 工作 时 间 、 井筒 作 业时 间 、 面 地

岩石的可钻性的概念及影响的因素

岩石的可钻性的概念及影响的因素

岩石的可钻性的概念及影响的因素
岩石的可钻性的概念及影响的因素
安全事关每个家庭的幸福,熟悉安全操作规程,掌握安全技术措施,制定安全计划方案,做好单位安全培训,加强安全知识学习及考试更是预防和杜绝安全事故的重要方式和手段。

您浏览的《岩石的可钻性的概念及影响的因素》正文如下:
岩石的可钻性的概念及影响的因素
岩石的可钻性是在一定的技术条件下钻进岩石的难易程度,是岩石的一种固有属性,它不是指示。

可钻性的好坏主要决定于岩石的物理机械性质,其次是钻进方法和钻进规程等。

而在相同的钻进方法和相同的钻进规程中,钻进时的机械钻速(米/时)和回次进尺可作为一种可钻性指标。

岩石可钻性和钻速预测

岩石可钻性和钻速预测

岩石可钻性和钻速预测李富摘要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。

主题词岩石可钻性声波测井资料钻头钻井速度预测测井评价岩石可钻性模型推导在对全国各类油气田的岩石可钻性进行了大量试验研究和测定工作的基础上, 原石油工业部于1987 年召开了全国岩石可钻性研究成果鉴定会,定出了岩石可钻性分级的标准(表1) 。

根据岩石软、中、硬三大类,将岩石可钻性划分10 级,一定的岩石可钻性分级对应了一定的钻头型号。

对这些数据进行处理后,作了相关分析。

回归分析结果,度指数相关,即Kd = 2. 347e- 0. 0017 x (1)相关系数R = 0. 947 1 。

图1 岩石可钻性与岩石硬度关系曲线由前人的实验测定结果已知,当地层不含天然气时,岩石的硬度( x) 随声波纵波速度(1/Δtc) 的增加而增加,即x = α/Δtc +γ ,将其代入(1) 式得:Kd = A eβ/Δtc (2)钻采工艺与装备·61·其中: A = 2. 347e- 0. 001 7γ ,β = - 0. 001 7α 。

由于岩石的纵波速度受岩石孔隙中流体性质影响,对地层是否含气尤其敏感,地层含气即使仅有5 % ,在纵波速度曲线上也会有明显变化,地层含气可能使硬地层在纵波速度(时差) 曲线上显示出弱地层的特征,而横波对地层中流体类型不敏感,通过对大量资料的统计,得到以下统计结果:化学沉积岩地层:Δt s/Δtc = 2. 26 ] Δts = 2. 26Δtc砂泥岩地层: Δts/Δtc = 1. 76 ] Δts = 1. 76Δtc岩浆岩、变质岩类:Δts/Δtc = 1. 71 ] Δts = 1. 71Δtc即Δt s = C ·Δtc该统计结果表明,地层不含气时横波时差(速度) 随纵波时差(速度) 成比例地变化,因此,岩石的硬度也将随声波横波速度(1/Δt s) 的增加而增加。

岩石可钻性预测研究

岩石可钻性预测研究

6 4・
科 技 论 坛
岩石 可钻性预测研 究
孙 祖 捷 ( 黑龙 江省 有 色金 属地 质 勘 查 局 7 0 7队 , 黑龙江 绥化 1 5 2 0 0 0 ) 摘 要: 研 究岩 石 可 钻性 有 两 个 目的 : 一 是 根 据 岩 性 合理 地 选 用钻 头和 最优 钻进 规 程 ; 二 是拟 定机 台的 生产 指 标 。只要 通 过 研 究 工 作
用压入硬度表示可钻性 之所 以出现许 多不相符合 的现 象 , 其 主 1 研 究 岩石 可 钻 ・ 陛的 意 义 和 分 类 研 究岩石可钻性有两个 目的 : 一是根据岩性合理地选用钻头和 要原 因是压入硬 度法破碎岩石与切削 巨钻 切岩石 的机 理和方式 等 获得压人 最优钻进规程 ; 二是拟定机 台的生产指标 。只要通过研究工作对岩 不 同。压入硬度法是通过压膜在静载作用下破碎岩石 的, 随着压膜上静压增大 , 开始在压 膜周 围边 沿产 石 的机械性 质进行定性分类 , 即可满足前者 的需要 ; 而解 决后一个 硬度数值 的过程是 : 造成首次小块破碎 ; 压力继续增大 , 压膜 下的载荷处于 问题 , 还需有定量的指标 , 并达到一定 的准确程度。 岩石可钻性 的研 生载荷集中 , 究不仅要反映现 阶段 的设备水平 ,而且必须考虑施工的技术条件 。 均布状态 ,当载荷增加到使模下主压力锥形体发生体积破碎时 , 压 国内外探矿界一直重视岩石可钻性 的研究 。 并研究 出了一系列测试 膜 即产生跳跃式吃入 。 此时 , 单位面积上的载荷便是压人硬度值 。 可 见, 压入硬 度法碎岩是 主压力体 四面受夹持条 件的限制 , 即在多 向 方法与仪器 。这些方法可归纳为以下四大类 : 它表现 出的抗压强度要 比一般情况下 大 a . 通 过测定岩 石的物理机械性质来确定岩石 可钻 性的方法 ( 力 应力状态下发生 的。所以 , 得 多。 此外 , 由于岩性不 同, 其压人硬度也不相同。 例如 , 具有解理面 学法 ) ; b .利用破碎岩石时消耗 能量的大小来确定岩石 可钻 性的方法 的粗粒 岩石就 比无理解 、 裂 隙的细粒致密岩石硬度低 。这是 由于岩 ( 能量法 ) ; 石被压模压人 时, 在其解理 面及微裂 隙的薄弱环节 上产 生应 力集 中 c. 然后 向外 延 展 破 碎 区 , 提 早 进 入 跳 跃 吃 人 阶段 , 从 利用现场生产实钻效果来确定 岩石可钻性 的方法 ( 现场实钻 而 首 先 发 生 破碎 , 法) ; 而 表 现 出 较 低 的压 入 硬 度 。 d .在实验室 内利用微型钻台与设备进行模 拟钻进行测定岩石 在实钻时 , 每个切削具都是在轴压 和回转两 向合力作用下斜 剪 岩石的 , 同时在切具后面还伴 随发生张力 破碎 过程。斜剪切力与岩 可钻性的方法( 微钻法 ) ; 能量法多用 于采矿 业 , 而在 较深 的钻孔里 , 由于难 以准确地测 石夹角的大小随岩性 而变化 。在一定 的轴压力下 , 随着岩石抗破碎 强度增大 , 此夹角将变小 , 即切刃碎岩吃入深度变浅 。同时 , 钻进斜 出井 底 能 量 消 耗 , 因而 能 量 法在 钻 探 上 迄 未 采 用 。 实钻法虽 曾被 广泛的用于现场生产 , 并起 到了积极作 用 , 但由 剪切 力的影响 , 使 切具下 的主压力体受 夹持条件得到 改善 , 近乎 于 于条件所限 , 及诸多不确定因素 , 所以 , 实钻法已被淘 汰。 般受力状态 。因此 , 它的碎岩不象测压入硬度那样明显地受岩石 实验证明 , 岩石在斜 剪切力 的作用下 , 其 力学 法与微钻法 已成为 目前 国内地质勘探 系统测定岩石 可钻 致密性与不均匀性 的影响。 性 的 主要 方 法 。本 文 着 重 讨论 力学 法 。 破碎强度仅为压模静载破碎强度的 l , 6 —— 1 / 1 2 。 2 压 入 硬 度 与可 钻 性 的 关 系 正是在压入硬度法的碎岩 , 在受力条件 、 受力种类 、 以及 岩性 影 才导致 可钻性 与实钻结果有差 在发现了岩石 的物理机械性质与其可钻性有密切联系后 , 许 多 响等方面与实钻过程存在上述差别 , 人便 趋向于通过测定岩石的力学性质来确定可钴 。 由于岩石 的力 异 。 3研磨・ I 生对 可钻 性 的 影 响 学性质包括强度 、 研磨性 、 塑性系数 、 压入硬度 、 弹性模量等 , 所以, 其测试方 法也有多种 , 而以硬度法 , 尤其是压入硬度法更受重视 。 在实际钻探 中, 当钻头钻取岩层 时 , 其本身也被逐 渐磨钝 , 在研 2 . 1 压人硬度与可钻性 的一致性 磨性强的岩层 中尤 为明显 。磨损过程是连续发生 的 , 即钻头开始钻 压入硬度 法是通过局部压碎岩石来测定岩石硬度的一种方法 。 岩时, 其切刃未被磨钝 , 这 时影响岩石破碎 的主要 因素是岩石 的硬 从宏观上来看 , 它与钻头钻进地层 的破碎形式相似 。特别是 它模拟 度 。继续钻进 , 钻刃被逐渐磨钝 , 致使效率发生变化 , 这 种变化后的 人们企 图通过研究 了牙轮钻头的碎岩状态 , 在 一定程度 上能 反映地质钻进 的岩 石可 钻 新效率可表征研磨性 与可钻性 间的关 系。所 以 , 性规律 , 因而比测定岩石的硬度测定法更有代表性 。 同时 , 在钻进 中 岩石 的研磨性来标定岩石 的可钻性 。 硬与硬岩 的实践 中, 发现压入硬度与可钻性有这一致性 。 研 究工作发 现 , 研磨性对可钻性 的影 响是 复杂的。不 同研磨性 我们对两批岩样进行了测试 , 也发现压入硬度能反映可钻性 的 的岩石影 响也不 同。如初钻速度同为 3 0毫米 / 分的三种岩样 , 经过 变化规律 , 即压 人硬度 越大 , 岩石越 难钻进 , 但二者 的相关性不 理 段 时间的钻进 后 , 钻刃被磨 损 , 钻速 分别 为 7 . 8 2 、 l 6 . 9 5 、 3 O . 7 8毫 想。 米/ 分, 即第一种 岩石钻速下 降最多 , 第三种 岩石钻速 反而略有 增 用数学方法对三批岩样 的测试数 据进行处理 , 发现用线性 回归 加。这主要是 由于岩石研磨性不 同而引起 的。 法, 比用对数及指数法更容易表现出规律性 。 其线性 回归方程如下 : 研究还发 现 , 研 磨性除受岩石 中石英含 量控制外 , 与石英颗 粒 Vm l =81 . 56 5— 0. 1 1 6R1 Vm 2 =5 7. 1 4-0 . 07 44 R2 的大小及其分 布方式也有密切关系 。此外 , 岩石研 磨性 还受技术条 Vm3= 42. 78 —0. 0 5 1 8R3 件 的影 响 , 尤其是 当技术 因素超过常规范 围时 , 对研磨 性的影 响则 式中 , V ml , V m 2 , V m3 分 别代表第一 , 第二 , 第 三批 岩样 的微钻 更大 。 所以 , 在测定岩石的研 磨性 时, 应尽量采用与实钻条件接近的 平均钻速( 毫米 / 分) ; R 1 , R 2 , R 3分别代表各批岩样 的压人硬度( 公 方式方法 , 才有实际意义 。 分, 毫米 ) 。它们的相关 系数分别为 0 . 5 3 , 0 . 6 1 , 0 . 6 6 , 可见 , 虽有一定 针对 上述 问题 , 我模 拟钻头胎体 的组成 , 试制 了孕 囊金 刚石切 的规律性 , 但相关性不太好 , 而且 , 只有测试大量岩样才有代表性 。 削具 , 并用这种切削具在车床上进行了研磨岩样试验 。 试验 中, 磨耗 2 . 2压 入硬 度 与 可 钻 性 的 不 一致 性 量用克拉天秤称量 , 然后计算 出模取单位体积岩样所耗孕囊切具 的 对两批 岩样进行测试还发现 , 压入硬度 相同的岩石 , 其钻 速可 重量 , 用毫克 / 厘 米 表 示 。 对 于 多参 数 测 试 实 验 台 上 获 得 的 数 据 , 能不同 , 甚 至相差很大 ; 也 有的岩石 , 当其压入硬度增大 时 , 钻 速反 用线性 回归方程求 出钻速与研磨性系数关系式 : 而变 高 、 V m= 3 8 . 8 6 — 0 . 1 5 2 W1 , 式中, V m代 表微钻 钻速 ( 毫米 / 分) ; W1 2 . 3压 入 硬 度 与可 钻 性 不 一 致 的 原 因 代表相对研磨 系数 ( 毫米 / 厘米 )பைடு நூலகம்。

基于投影寻踪回归的金刚石钻探岩石可钻性预测

基于投影寻踪回归的金刚石钻探岩石可钻性预测

文章编号:1009 ̄6825(2020)13 ̄0046 ̄02基于投影寻踪回归的金刚石钻探岩石可钻性预测收稿日期:2020 ̄04 ̄16㊀作者简介:刘存丰(1963 ̄)ꎬ男ꎬ高级工程师刘存丰(秦皇岛天元五一五钻探工程有限公司ꎬ河北秦皇岛㊀066000)摘㊀要:为了预测金刚石钻进岩石的可钻性ꎬ以岩石的压入硬度㊁肖氏硬度㊁塑性系数㊁钢针摩擦值㊁微钻时效㊁钻头摩擦值和实钻时效作为评价指标ꎬ用闪长岩㊁正长岩㊁橄长岩3组15块岩石作为已知样本ꎬ应用DPS软件建立投影寻踪回归模型ꎬ对一组斜长岩的5块标本作为未知级别进行了预测研究ꎮ研究结果表明:预测结果与实际相符ꎬ可为工程实际提供重要依据ꎮ关键词:金刚石钻探ꎬ岩石可钻性ꎬ投影寻踪回归ꎬDPS中图分类号:P634.1文献标识码:A㊀㊀岩石的可钻性是岩石的各种物理力学性质在钻进过程中的综合反映ꎬ是岩石破碎理论研究工作中最具体的内容[1]ꎮ科学地对其预测不仅是制定钻探生产定额的基础ꎬ而且为优化钻进提供理论依据[2]ꎮ由于岩石可钻性影响因素较多ꎬ不同系统所用钻进法不同ꎬ其分类方法及相应的评价指标也不同[3 ̄6]ꎮ但对硬岩中金刚石钻进岩石可钻性的研究较少ꎮ金刚石岩心钻探作为一种先进的钻进工艺ꎬ长期以来人们就企图把岩石的物理性质与其可钻性联系起来考虑[7]ꎮ根据岩石的力学性质进行岩石的可钻性分级的方法有单因素法[8]和多因素法[9]ꎮ岩石可钻性级别的预测是一个多指标的决策问题ꎬ目前已有多种方法处理这类问题ꎬ如模糊综合评判法[10]等ꎮ但这些方法大多是先对不同的判定指标进行无量纲化处理ꎬ然后再结合各指标的权重进行组合ꎮ投影寻踪回归方法因其能在一定程度上解决分类㊁函数逼近和时间序列预测等高维非线性和非正态问题ꎬ在水资源工程方案优选[11]㊁水质评价[12]㊁热带气旋年季频数预测[13]㊁边坡稳定性评价[14]和砂土液化势评价[15]等方面得到了应用ꎬ这里将其应用于岩石可钻性预测ꎮ1㊀投影寻踪回归原理[16]投影寻踪回归是对已知的资料{xkꎬYk}nk-1(xk为p元ꎬyk为一元)ꎬ建立非参数回归模型:Yk=G(xk)+εkꎬ1ɤkɤn(1)并估计其中的p元函数Gꎬ这里G(x)=E{Yk|xk=x}ꎮG是先将p元变量投影成一元变量ꎬ即取u=θᶄxkꎬ再将这个一元实数u送进一元函数G建立映像ꎬ其映像投影方向θ=(θ1ꎬθ2ꎬ ꎬθp)的选择是要使估计误差平方和最小ꎮ若解释变量集合xkꎬ1ɤkɤn是来自密度函数f的p元随机样本ꎬ对每个p元样本xkꎬ有一元yk与之对应ꎬ且E{Yk|xk=x}=G(x)ꎮ这里G为回归函数ꎬ即目标函数ꎮ但从观察{xkꎬyk}nk-1=1做出p元G(x)的估计p太大ꎬ维数太高ꎬ故作沿着θ方向的一元函数ꎮgθ(u)=E{G(x)|θ X=u}ꎬθɪΩ(2)在区域AɪRp内对G的第一次投影逼近使函数G1(x)=gθ(θ1 x)ꎮ这里θ1是极小化公式S(θ)=E{[G(x)-gθ(θ X)]2I(XɪA)}的结果ꎮ因G是未知的ꎬ要做出S(θ)与gθ(u)的估计ꎬ才能得到G1(x)的估计ꎮ设θ x的密度为fθꎬ利用样本xj但不包括xk构造fθ的核估计为:^fθ(k)(u)=1(n-1)hðj=kKu-θ xjh[](3)其中ꎬK为核函数ꎻh为窗宽ꎮ排除xk在外的Gθ的估计为:^gθ(k)(u)=1(n-1)hðjʂkYjKu-θ xjh()[]/^fθ(k)(u)(4)借助于交叉核实的思想ꎬ对式(5)极小化:^S(θ)=1nðnk=1[Yk-^gθ(k)(θ xj)]2IꎬxkɪA(5)其解就作为^θ的估计ꎮ于是^GI(k)(x)=^g^θ(θ1 x)即可作为回归函数X在区域A的第一次投影逼近ꎬ亦即投影寻踪回归ꎮ这种回归模型的计算是对方程Y=G(θ x)+ε (Y)(Y为一元ꎻx为k元ꎻG为形式未知的待定函数ꎻθ为待定的投影方向)ꎬ先做出u=θ x的密度核估计f(u)ꎬ它带有未知参数θꎬ然后用权函数方法做出G的非参数估计gꎬ最后用交叉核实方法求s(θ)=ð(Y-g)2的极小值ꎬ用单纯形算法可以确定θꎬ从而求出G的估计ꎮ2㊀应用实例金刚石钻进主要破碎形式为压入㊁张裂和剪切ꎮ岩石的物理力学参数与可钻性存在一定相关性[9]ꎮ为了预测金刚石钻进岩石的可钻性级别ꎬ以岩石的压入硬度㊁肖氏硬度㊁塑性系数㊁钢针摩擦值㊁微钻时效㊁钻头摩擦值和实钻时效作为评价指标ꎬ分别对5块闪长岩㊁正长岩和橄长岩进行了试验ꎬ按照«金刚石岩心钻探岩石可钻性分级表»[17]ꎬ将前3种岩石分别定为Ⅵ级㊁Ⅶ级和Ⅷ级(如表1所示)作为已知样本ꎬ最后一组斜长岩5块标本作为未知级别进行预测ꎮ应用DPS系统进行投影寻踪回归分析ꎮ由于DPS系统提供了投影寻踪回归分析模块ꎬ进入投影寻踪回归分析时ꎬ可给出投影寻踪回归分析的相关参数ꎮ一般情况下ꎬ取DPS系统给出的缺省值即可ꎮ如需要进行预测ꎬ则在系统弹出输入预报因子的界面时ꎬ输入各个因子的实况运行ꎬ即可得到预测值ꎮ64 第46卷第13期2020年7月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山西建筑SHANXI㊀ARCHITECTURE㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Vol.46No.13Jul.㊀2020㊀㊀㊀表1㊀4种岩石的物理力学指标名称编号压入硬度kg/mm2肖氏硬度塑性系数钢针摩擦值ˑ10-3mg/cm微钻时效mm/min钻头摩擦值kg/mm3实钻时效m/h可钻性闪长岩S1168243.12.7460.440.163.6ⅥS21762632.7460.440.163.5ⅥS3153233.22.7460.440.163.8ⅥS4149203.22.7460.440.164ⅥS51702632.7460.440.163.5Ⅵ正长岩C1350371.251.554123.61.9ⅦC2347391.321.554123.62ⅦC3363341.321.554123.61.8ⅦC4346401.351.554123.61.6ⅦC5360331.241.554123.61.5Ⅶ橄长岩G1320331.32.3731.47.122.5ⅧG2339371.252.3731.47.122.9ⅧG3317341.32.3731.47.122.7ⅧG4350391.22.3731.47.122.5ⅧG5347381.22.3731.47.122.4Ⅷ斜长岩X1308401.420.9437.066.312.2X2297361.450.9437.066.312.3X3312411.40.9437.066.312.4X4323381.380.9437.066.312.1X5304371.420.9437.066.312.5㊀㊀在本例中ꎬ选取前15个数据3种岩石的可钻性指标作为样本资料ꎬ预留后5个数据拟合检验ꎮ应用DPS系统缺省值ꎬ经过分析ꎬ首先给出各个投影的权重系数ꎻ然后给出各个变量在各投影上的投影系数㊁投影寻踪模型统计量GCV得分及对数似然估计值ꎮ最后给出了各个样本的拟合值ꎮ为对模型进行进一步诊断ꎬ进行Bootstrap抽样ꎬ给出每次抽样各个变量在各投影上的投影系数㊁均值和标准误ꎮ最后给出各样本拟合值的标准误ꎮ在系统弹出输入预报因子的界面时ꎬ依次输入5组斜长岩的各项测试指标ꎬ预测其可钻性分别为7.690ꎬ7.692ꎬ7.688ꎬ7.694ꎬ7.690ꎬ平均值为7.691ꎬ这与文献[1]用判别分析得到的结果7.84级接近ꎬ即斜长岩的可钻性为Ⅷ级ꎮ3㊀结语投影寻踪方法具有稳健性好㊁抗干扰性强和准确度高等优点ꎬ对岩石可钻性预测具有较好的适应性ꎮ但岩石可钻性受多种因素的影响ꎬ用该模型预测时有可能出现两个级别之间的中间结果ꎬ那么岩石到底属于哪一级别还不好确定ꎮ如果此法再和其他方法结合使用ꎬ综合对岩石的可钻性进行预测ꎬ则会得到更加符合实际的结果ꎮ参考文献:[1]㊀王让甲.钻探岩石分级方法的回顾和建议[J].探矿工程ꎬ1987(5):22 ̄24.[2]㊀李巨龙.判别分析在岩石可钻性分级中的应用[J].煤田地质与勘探ꎬ1997ꎬ25(4):61 ̄63.[3]㊀谷志孟ꎬ费寿林.大断面群刀破岩条件下的岩石可钻性分级[J].岩石力学与工程学报ꎬ1985ꎬ4(1):46 ̄55.[4]㊀张㊀辉ꎬ高德利.野猫井岩石可钻性钻前预测方法研究[J].岩石力学与工程学报ꎬ2005ꎬ24(S1):4755 ̄4759.[5]㊀马植侃ꎬ刘建明ꎬ刘裕国.煤系钻探岩石可钻性分级方法的研究[J].煤田地质与勘探ꎬ1993ꎬ21(1):70 ̄78.[6]㊀杨明奇.应用模糊模式识别法进行岩石可钻性分级[J].煤田地质与勘探ꎬ1994ꎬ22(4):62 ̄64.[7]㊀励美恒.金刚石钻进岩石可钻性分级的试验研究[J].地质与勘探ꎬ1984(2):62 ̄66.[8]㊀邹德永ꎬ程远方ꎬ刘洪祺.岩屑声波法评价岩石可钻性的试验研究[J].岩石力学与工程学报ꎬ2004ꎬ23(14):2439 ̄2443.[9]㊀沈世雄ꎬ樊冀安.岩石可钻性多因素分级[J].探矿工程ꎬ1986(5):8 ̄11.[10]㊀冯玉国.模糊综合评判在岩石可钻性分级中的应用[J].西部探矿工程ꎬ1989(4):28 ̄31.[11]㊀金菊良ꎬ刘永芳ꎬ丁㊀晶ꎬ等.投影寻踪模型在水资源工程方案优选中的应用[J].系统工程理论方法应用ꎬ2004ꎬ13(1):81 ̄84.[12]㊀姜㊀林ꎬ李梦龙.基于免疫算法优化的投影寻踪水质评价模型[J].四川大学学报(自然科学版)ꎬ2004ꎬ41(4):816 ̄819.[13]㊀高建芸ꎬ宋德众ꎬ林秀芳.影响福建热带气旋年季频数的投影寻踪回归模型[J].热带气象学报ꎬ2004ꎬ20(4):443 ̄448.[14]㊀倪长健ꎬ王顺久ꎬ丁㊀晶.边坡稳定性评价的投影寻踪聚类模型[J].岩石力学与工程学报ꎬ2004ꎬ23(16):2687 ̄2689.[15]㊀汪明武ꎬ金菊良ꎬ李㊀丽.基于实码加速遗传算法的投影寻踪方法在砂土液化势评价中的应用[J].岩石力学与工程学报ꎬ2004ꎬ23(4):631 ̄634.[16]㊀唐启义ꎬ冯明光.DPS数据处理系统 实验设计㊁统计分析及数据挖掘[M].北京:科学出版社ꎬ2007.[17]㊀刘广志.金刚石钻探手册[M].北京:地质出版社ꎬ1991:412 ̄424.PredictionofrockdrillabilityindiamonddrillingbasedonprojectionpursuitregressionLiuCunfeng(QinhuangdaoTianyuan515DrillingEngineeringCo.ꎬLtd.ꎬQinhuangdao066000ꎬChina)Abstract:Inordertopredicttherockdrillabilityindiamonddrillingꎬtakethepenetrationhardnessꎬscleroscopehardnessꎬplas ̄ticitycoefficientꎬfrictionvalueofwireneedleꎬmicro ̄drillingrateperhourꎬfrictionvalueofdrillbitsꎬandrateperhourofprac ̄ticedrillingofrockꎬasevaluativeindexꎬdioriteꎬsyeniteꎬandtroctoliteasknownsamplesꎬbyestablishingProjectionPursuitRe ̄gression(PPR)withDPSsoftwareꎬandthegradeofplagioclasewerepredictedasunknownsample.TheresultshowsthatthegradegivenbyPPRiscoincidedwiththefactandprovidesanimportantevidenceforprojectpractice.Keywords:diamonddrillingꎬrockdrillabilityꎬprojectionpursuitregressionꎬDPS74 ㊀㊀㊀第46卷第13期2020年7月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀刘存丰:基于投影寻踪回归的金刚石钻探岩石可钻性预测。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

岩石可钻性和钻速预测
李富
摘要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。

主题词岩石可钻性声波测井资料钻头钻井速度预测
测井评价岩石可钻性模型推导
在对全国各类油气田的岩石可钻性进行了大量试验研究和测定工作
的基础上, 原石油工业部于1987 年召开了全国岩石可钻性研究成果鉴定会,定出了岩石可钻性分级的标准(表1) 。

根据岩石软、中、硬三大类,将岩石可钻性划分10 级,一定的岩石可钻性分级对应了一定的钻头型号。

对这些数据进行处理后,作了相关分析。

回归分析结果,度指数相关,即
Kd = 2. 347e- 0. 0017 x (1)
相关系数R = 0. 947 1 。

图1 岩石可钻性与岩石硬度关系曲线
由前人的实验测定结果已知,当地层不含天然气时,岩石的硬度( x) 随声波纵波速度(1/Δtc) 的增加而增加,即x = α/Δtc +γ ,将其代入(1) 式得:Kd = A eβ/Δtc (2)
钻采工艺与装备
·61·
其中: A = 2. 347e- 0. 001 7γ ,β = - 0. 001 7α 。

由于岩石的纵波速度受岩石孔隙中流体性质影响,对地层是否含气尤其敏感,地层含气即使仅有5 % ,在纵波速度曲线上也会有明显变化,地层含气可能使硬地层在纵波速度(时差) 曲线上显示出弱地层的特征,而横波对地层中流体类型不敏感,通过对大量资料的统计,得到以下统计结果:化学沉积岩地层:Δt s/Δtc = 2. 26 ] Δts = 2. 26Δtc
砂泥岩地层: Δts/Δtc = 1. 76 ] Δts = 1. 76Δtc
岩浆岩、变质岩类:Δts/Δtc = 1. 71 ] Δts = 1. 71Δtc
即Δt s = C ·Δtc
该统计结果表明,地层不含气时横波时差(速
度) 随纵波时差(速度) 成比例地变化,因此,岩石的
硬度也将随声波横波速度(1/Δt s) 的增加而增加。


岩石硬度的研究中采用横波速度与岩石硬度相关其
相关性必然更好,即岩石硬度x = α/Δt s +γ ,将此
关系式代入(1) 得:
Kd = 2. 347e- 0. 001 7 (α/Δt s+γ)
= 2. 347e- 0. 001 7α/Δt se- 0. 001 7γ
(3)
将(2) 、(3) 两式写成通式得:
Kd = ae b/Δt s (4)

Kd = ae b/Δtc (5)
其中,Δt s、Δtc 分别为地层的横波时差和纵波时差,
与其速度互为倒数。

地矿部钻井研究所在塔里木油田通过实验数据
相关分析所得到的Kd 的预测关系式与此相似,从而
也证明了岩石可钻性与声波时差密切相关, 以及这
一形式的典型性和代表性。

其中a 、b 为系数。

可见,
只要已知横波速度(时差) 或消除了天然气影响的纵
波速度(时差) 就可以建立随井深而连续变化的岩石
可钻性剖面,为钻头选型提供依据。

若有横波测井资料,可直接利用测井资料建立
可钻性剖面,若无横波资料,则应对含气层纵波速度
进行必要的天然气校正后使用。

岩石可钻性预测模型在
钻速预测中的应用
Bourgoyne 和Young 运用多元回归分析方法,建
立了一个多元钻速方程,该方程考虑了井深、岩层特性、井底压差、钻压和转速以及水力参数等8 个主要因素对机械钻速的综合影响,即
d H/ d t =
e ( a1+ Σaj xj
) (6)
该微分方程可具体化为:
V = e a1 + a2
(10 000 - H) w - wo
14 - wo
a5 N
70
a6 Qρm
ηde
a8
e a3Δpe - a7 h
(7)
令ak = a1 + a2 (10 000 - H) 将上式简化为:
V = e ak
w - wo
14 - wo
a5 N
70
aN Qρm
ηde
a8
e a3Δpe- a7 h
(8)
考察该钻速方程,当采用近平衡钻井,且不计钻
头齿磨损时, a3Δp ≈ 0 , a7 h ≈ 0 ,上式简化为:
V = K
w - wo
14 - wo
a5 N
70
aN Qρm
ηde
a8
(9)
上述式中各参数为: a5 为钻压指数, 反映钻压对钻速的影响; w 为钻压; wo 为临界钻压; a6 为转速指数,反映转速对钻速的影响,与岩层的软硬程度有关; N 为转速; a8 为水力指数, 反映水力参数对钻速
的影响; Q 为泵速;ρm 为泥浆密度; de 为喷嘴等效直径;η为喷射粘度。

其中, K = e ak 。

考察ak = a1 + a2 (10 000 - H) , 其中, a2 ·
(10 000 - H) 反映了井深对机械钻速的影响, 并随井深增加而下降; a1 反映了岩石硬度对机械钻速的影响, 并随岩石硬度增加而减小。

由于正常情况下,地层的压实程度随埋藏深度增加而增加, 因此, 通常情况下,同一岩石随着埋藏深度的增加, a2 (10 000 -H) 和a1 都将减小。

可见,该钻速方程中的系数( K)主要与井深、岩层硬度等岩石本身性质有关,该值的大小,可以反映实际钻井条件下破碎岩石的难易程度。

与实验室微型钻头钻孔实验所得到的岩石可钻性值( Kd) 相比,钻速方程中这样得到的系数( K) 可称为实钻条件下的岩石可钻性( K) 。

K 越大,破碎岩石越容易, 反之, 破碎岩石则难。

由实验室微可钻性实验已知, Kd 越大,破碎岩石越难, Kd 越小,破碎岩石越容易, 因此, 可以认为, 实钻条件下的岩石可钻性( K) 与实验室微可钻性( Kd) 之间存在某种联系,二者可以相互转换。

经过推导得到其转换关系为:
K = α1β1
- Kd (10)
其中,α1 、β1 为方程系数。

将Kd 表达式代入上式, 可得到K 与声波时差
之间存在如下关系,即
钻采工艺与装备天然气工业1999 年9 月
·62·
K = α1β1
- ae
b/Δts (11)
或K = α1β1
- ae
b/Δtc (12)
由此,可以利用式(11) 或(12) 逐点计算实钻岩
石可钻性值。

综合国内外现有资料,钻压指数,转速指数,水
力指数的大致变化范围归纳如下: a5 = 0. 6 ~1. 4 ;
a6 = 1. 0 ~0. 4 ; a8 = 0. 6 ~0. 2 。

资料来源区S 油田的地层变化范围大致是极软—中硬,对所收集到的几口井资料处理后得到该地区这几个参数的变化范围为: a5 = 0. 8 ~1. 2 ; a6 =
0. 8 ~0. 5 ; a8 = 0. 6 ~0. 25 。

将钻井录井数据代入式(4) 不仅可以计算得到
的对应的K ,而且可以同时获得对应的参数a5 、a6 、
a8 。

将K 与a5 、a6 、a8 进行相关统计分析, 由相关分
析得到的函数形式为: a5 = 0. 414 2 K + 0. 2 ; a6 =
0. 543 6 K - 0. 473 8 ; a8 = - 0. 365 1 K + 1. 1 。

对应
的相关系数分别为: R1 = 0. 594 0 , R2 = 0. 920 8 ,R3 = - 0. 60 8 ,钻压指数与K 相关性最差。

此外,对来自另一地区的几口井的处理结果也得到了类似的结论,因此,可以认为,该钻速方程中的钻压指数、转速指数、水力指数与系数K(或实钻岩石可钻性) 之间存在较好的相关关系, 当然不同地区统计式的形式或统计式中的系数会有所不同。

在一个地区建立了测井估算岩石钻性及钻速方程中各系数a5 、a6 、a8 与可钻性的关系式后,有助于钻头的选型和评价,钻速的预测和确定设计井的最优化钻井措施。

结论
(1) 测井资料与岩心分析可钻性相结合可以建
立岩石可钻性预测模型,进而可以获得逐点的岩石
可钻性值及逐层的岩石可钻性剖面,为新井钻头选
型提供依据,为钻速预测奠定基础。

(2) 岩心分析可钻性与测井的横波速度(或时
差) 、地层不含天然气时的纵波速度(或时差) 呈指数
函数关系。

(3) 实钻岩石可钻性与岩心分析可钻性可以相
互转换。

(4) 钻速方程中的钻压指数、转速指数、水力指
数与系数K (实钻岩石可钻性) 之间存在较好的相
关关系,因此,建立实钻岩石可钻性预测方程后,可
以利用该钻速方程逐点计算机械钻速。

相关文档
最新文档