利用测井数据求取岩石力学参数与钻头选型

其 中：
一
４ ９
段 进行 分层 ， 然后 对 每一个 井段 进行 分析 推荐 适合 这个 井段 的钻 头 。
对地层按岩石力学性质分层实质上是一个对有序 样本最优分割 的问题 ， 假设有一批 （ 个） Ｎ 按一定顺序 排列的样品 ， 每个样品测得 ｐ项指标 ， 其原始资料矩阵 为：
ｚ ｚ ，一 ＝ ’
Ｊ 。
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厶 ａ
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ｄ 表示 样 品段 ｛ ｚ ， ， １ ，内样 品 的差异 Ｘ ， … 乃一 ， ） ｚ
情况， 表示段内各样 品之间数值比较相近 ； ｄ 小， 反之 ， 表示段内各样品数值之间 的差异大 。要各段 内部 的差 异 达 到最小 ， 即所 分成 各 段 的总 变 差 的总 和 （ 即段 内离 差平方和 ， 称为总变差） 为最小。从 而实现 了对研究区 地层 的最优分 割 。 利用 以上方 法对待钻地层 通过 岩石力 学参 数进 行最优 分割从而将研究 区地层 分 为 Ｋ段 ， 最后 便可 以依据 各段 的岩石力 学参 数特 征 结合 钻头 、 岩石 分 类标准 以及钻 头厂家 的使 用说 明进 行各 地层段 的钻 头 型号 选 择 。
［］ 郝瑞 ， 钻井工程［ ． ３ 等． Ｍ］石油工业 出版社 ，９９ １８． ［］ 田富林． 头选 型 方 法研 究 与 应用 ［ ］ 西南 石 油 大 学 ， ４ 钻 Ｄ．
２ ００３ ．
合理的一种方法 。在没有岩石力学实验测试数据的情 况下 ， 岩石力学参数就可 以通过测井计算模型计算 得
１ 方 法原 理
由于 岩石并 不是 均质 各 向同性 的弹性 体 ， 以由表 所 １ 确定的力学参数 与实 际值之间存在一定差异。表 １
１ １ 岩石 力学 参数 的测 井计 算模 型 ．
公式中利用地层纵横波时差、 密度及伽马等测井资料所 确定 的参数 为 动力学参 数 ， 通过 岩石 力学 室 内实验 等静 态 加 载过程 测得 的力 学 参 数 为静 力 学 参 数 （ ： 石 硬 如 岩 度 、 钻性 等 ） 可 。 钻 井工 程 中所需要 的正是静 态 弹性参 数 ， 利用 各 在 种参数求取岩石参数时就应该使用静态参数来计算 ， 否 则 就 要重新 建立 岩石 的分 级标准 。因此 ， 就必须 对利 用 测 井 资料求 得 的岩石各 种 弹性参 数进 行动 静态 的转化 。
２ 应 用实例
Ｘ
： ＝
（ ＸＮ） ｐ
其中元素 ｚ 表示第 个样品的第 ｉ 个指标的观测 值 。要求把此 Ｎ个样品按顺序（ 不破坏序列的连续性 ） 进行分割（ 分段或分类） 。 其可能的分割法共有 ２ 一１ 种。现在要求在所 有 分割 中找 出一种 分 割法 ， 这种 分割 法使得 各 段 内部连 续 样 品之 间的差异 最 小 ， 各段 之间 的差异 最 大 。 而
各段 内部差异 最小 ， 即各段 内数值 变化 最小 。段 内
上面介绍了通过测井数据计算 岩石力学参数得到 其连续剖面并 以此为依据进行地层分层及钻头选型的 方 法 。下 面就 以 Ｘ 油 田 Ｘ Ｘ Ｘ井 为例 介绍 整个过 程 。 首 先 ， 用邻 井作 为 Ｘ 利 Ｘ井 的参 考 井 ， 利用 其 测井 资料根据表 １ 中的模型计算 出岩石力学参数并预测出 Ｘ Ｘ井 的岩石力学参数连续剖面（ 见图 ２ 。 ）
实验得到， 然后利用非线性最小二乘法拟合得到其测井 计算模型； 而岩石的泊松 比（ ） 和杨 氏模量 （ ） 比较 Ｅ是 独立的参数， 其它参数均可通过它们来求取［ （ 详见表 ］
１。 ）
１ ２ 岩 石力学 参数 动静 态转化 ．
果进行校正从而使得计算更精确 ， 误差更小 。本文介绍 了利用 测井 数据 求 取 岩石 力 学 参数 并 利 用 岩 石 力学 参 数 指 导钻头 选 型的 一种方 法 。研究 表 明 ， 用测 井 资料计 算 岩石 力 学参数 是 可靠 的 ， 用计算 结果 进行 的适 用钻 利 头 选择 也是 合理 的 、 有效 的 。
骨架 密度 ，／ ｍ３卜 ｇｃ ；
５０
—— 自然伽马最大值 ， Ｐ ； Ａ Ｉ△ ——地层 横波时差 ，ｓｆ △； ／ ；￡ ｔ ——
地层纵波 时差 ， ／ｔ△ ——岩石骨架横波时差 ，ｓ ｆ； ￡ ｓｆ； ￣ ／ｔ△ —— 岩石骨架 纵波时差 ， ／ｔ ｓｆ； ——岩石 体积 密度 ，／ｍ３ —— 岩石 ｇｃ ； 转换 系数 ，． ９ ３ ４ １ 口 ｂＡ、 ９ ２ ００ Ｘ ； 、、 Ｂ——相关系数。 ０
现今 求取 岩石 力学参 数 的方 法有两 种 ， 一是通 过 岩 石力 学实 验测定 ， 是 由测井 资料计 算 得到 。在 没有岩 二
石力学实验数据 的情况下 ， 岩石力学参数就可以利用测
井 计算 模 型 计 算 得 到 ； 有 岩 石 力 学 实 验 数 据 的情 况 在 下 ， 可 以利用 实验 数据对 计 算得 到 的岩石力 学参 数结 就
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西部探矿工程
４ ７
利 用 测 井数 据 求取岩 石 力学 参 数 与钻 头选 型
龙章 亮 ， 胡永章 刘 萍 彭红利 李 辉 曾贤薇 ， ， ， ，
（． １ 中石化西南油气分公司工程技术研究院， 四川 德 阳 ６ ８０ ； １０ ０ ２ 四川 煤 田地质 局 １１队， ． ４ 四川 德 阳 ６ ８Ｏ ） １００ 摘 要 ： 头的合理选型对提 高钻进速度 、 钻 降低钻井综合成本起着重要作用。利用岩石力学参数结合 钻头厂家的使用说明进行钻头选型的方法是 当今比较常用也比较合理的一种方法。但是岩石力学参
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图２
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油田 Ｘ Ｘ井岩石力学参数连续剖面预 测
然后 ， 按照所预测的岩石强度和岩石可钻性参数值
对待钻地层进行最优分割计算将整个地层分为了 ｌ 个 ０
５ ０
层段 。
西 部探 矿工 程
表２ Ｘ Ｘ油田 Ｘ Ｘ并推荐钻头和实际使用钻 头对 比表
３ 结束语
［ ］ 徐志英． ２ 岩体力学 ［ 口 水利电力出版社 ，０ ２ Ⅳ． ２０．
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 。利用岩石力学参数结合钻头厂家的 使 用 说 明进 行钻 头选 型 的 方法 是 当今 比较 常 用 也 比较
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动 弹性 模 量 （ ａ ＧＰ ）
图 １ 动静态弹性模量、 泊松比问的相关关系
１ ３ 岩 石 力学地层 分层 与钻 头选 型 ．
假设 通过 对测 井资 料 计 算 和实 测 数 据 的拟 合 已经
研 究表 明 ， 动力学 参数 和静 力学参 数 之 问存 在相关
用测井资料预测岩石力学参数时需要纵横波时差、 岩石密度和 自 然伽马等测井资料 ， 但并非每 口井都有完 整 的测井数据。在没有横波时差资料时， 可以通过岩石 纵 波 时差 和地层 岩 性 资料 应用 各种 相 关 公 式 转化 得 到 岩 石横 波 时差 ； 在没 有 岩石 密 度 资 料 时 ， 以 利用 声 波 可 测 井数 据提 取伪 密度 代替 。 岩石力学参数包括泊松 比、 拉梅 系数 、ｌ 弹性系 ｂｔ ｏ 数、 压缩 系 数 、 弹性模 量 、 石强 度 、 岩 岩石 硬度 、 塑性 系数 和岩石可钻性级值等。其 中， 由于岩石硬度 、 塑性系数 和岩石可钻性级值在各油气田区块差异较大 ， 一直没有 比较权威 的经验公式 ， 因此 ， 其数据必须通过岩石力学
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可钻性等岩石力学参数 。由于在实际 的应用中是不可 能 逐一地 去分 析每一 个点 的岩石 力学 参 数 ， 荐每 一点 推
得到在整个测井剖面上每一个测点的岩石强度 、 硬度和
所适 合 的钻头 。所 以 只能 是按 岩石 力 学 性 能 对 整个 井
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＊ 收稿 日期 ：０ １０ —１ 修 回日期 ：０ １０ —１ ２ １— １２ ２ １— １３
第一作者简介 ： 龙章亮（ ９ ３）男 （ １ ８一 ， 汉族 ） 四川德阳人 ， 师， ， 工程 现从事油气 田工程地质技术工作 。
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西部探矿工程
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注： Ｒ Ｇ —— 自然伽马值 ， Ｐ ；Ｒ Ａ ＩＧ 一—— 自然伽马最小值 ， Ｐ ； Ａ Ｉ ‰
关系 ， 但两者在数值上是不同的。根据地下岩层的应力 形 变 和作用 机理 ， 特别 是 在 应 力 幅值 、 载速 度 和 所 引 加
起 的 岩石形 变等方 面 ， 更接 近岩 石 的静 态 弹性参 数 。在