一种利用岩石强度刻划试验确定岩石PDC钻头可钻性级值的方法

基于微钻岩石可钻性试验与岩石强度刻划试验破岩机制一致性,通过开展试验获得两种试验岩石破碎比功的转化关系,结合岩石PDC钻头可钻性级值求取方法,建立利用刻划岩石破碎比功求取岩石PDC钻头可钻性级值模型,形成一种通过刻划岩心表面得到岩石PDC钻头可钻性级值剖面的方法。结果表明,该方法不但与微钻可钻性试验结果具有很好的一致性,还充分表征了矿物组分、胶结强度、微观结构等复杂因素变化对岩石PDC钻头可钻性级值的影响,且不破坏岩心的整体结构,提高了岩心的利用率,推广应用价值高。     

川西须家河组二段岩石可钻性实验分析

川西坳陷须家河组存在可钻性差、机械钻速低等严重制约钻井效率的问题。以川西坳陷须家河组二段地层所采岩样为研究对象,利用自主研发的HTHP岩石可钻性试验仪对模拟井底围压及液柱压力条件下的岩样进行可钻性级值测试,并从岩样的岩石力学性质及微观组构等方面开展研究,以此分析其对岩石可钻性的影响。结果表明:围压及液柱压力的增加导致岩石可钻性级值及抗压强度的增加,抗压强度与可钻性级值成正比。高抗压强度条件下的可钻性级值增长率降低;岩石的研磨性及硬度会影响岩石的可钻性。岩石中石英含量越高、黏土矿物含量越少,岩石研磨性及硬度越高,岩石可钻性级值越大。     

南海深部温压地层岩石可钻性评价及应用

南海珠江口盆地深部地层具有高应力也伴随有高温的特点,应用常温常压下的可钻性计算评价方法不能真实、准确反映该地区地层岩石可钻性特征。本文对取自南海珠江组地层的岩石样品开展了高温高压条件下的可钻性测试,对比分析了温压单因素及耦合作用下的差异性,建立了考虑温度和围压的可钻性级值计算模型,并通过ABAQUS软件建模,对温压条件下聚晶金刚石复合片钻头切削齿后倾角进行了优化分析。结果表明：温度在20℃~180℃时对岩石可钻性级值影响不大,高于180℃时,可钻性级值随温度增加有减小的趋势;围压条件下可钻性级值与常压下的级值存在差异,且高1~2级;温压下调整PDC钻头的后倾角到25°时钻头的破岩效率最高,应用井与已钻井相比机械钻速分别提高了31.71%、41.95%。本文所做的研究对于进一步认识高温高围压地层机械钻速低的原因、优化钻头切削齿参数、减少钻井周期,指导高温高围压地层钻井作业具有重要意义。     

基于空间球对称模型的井底岩石可钻性研究

针对井底复杂应力环境下的岩石可钻性问题,开展了岩石可钻性和岩石单轴抗压强度实验和理论研究,研究 中采用弹性力学理论和Drucker-Prager 强度准则,建立了球坐标系下的井底岩石可钻性模型,并以川西地区某井须家 河组致密砂岩实验数据和测井资料为基础,进行了算例分析。结果表明,井底岩石可钻性随着液柱压力的增大而增 加;井深一定时,沿井底表面径向方向,随着距离的增加,岩石可钻性增大。该模型计算结果,能够较好地反映井底岩 石可钻性级值的变化规律,有助于钻具优化设计。     

基于可钻性的地层分层方法

根据测井资料可以得到整井每一个测点的岩石的可钻性级值。在实际的应用中是不可能逐一地去分析每一个点的岩石可钻性级值,只能是按岩石可钻性,对整井段进行分层,然后对每一个井段进行分析。数学上有一种按照样本的、彼此相近的程度进行分类的理论,称为模糊聚类。人们利用它的基本原理在岩土工程中进行了膨胀土的分类、砂土的地震液化判别等。利用多参数因子的模糊聚类分析,对测井资料实测得到的原始剖面中分布与性质相近的地层进行合理的模糊聚类合并。根据岩石可钻性级值采用模糊聚类的方法对井段进行分层,求出每一段的平均岩石可钻性级值、最高和最低的值,最终实现分层。该方法的实现将使钻井速度大幅度提高,钻井成本也会大大降低。     

徐深气田火成岩储层岩石可钻性分布规律研究

大庆油田火成岩地层是世界级难钻地层,钻进过程中该地层岩石表现为可钻性值极高,地层与钻头适应性差。预先评价未打开地层的岩石可钻性分布规律,对钻井施工提供指导是有实际意义的。本文以随机分形理论为基础,先应用分形维数解释模型计算岩屑取样点的岩石可钻性,再应用分形插值理论建立井间地层岩石可钻性预测模型,两模型的结合使用实现了井间岩石可钻性分布规律的评价,经过现场的应用验证,该方法能够有效的再现岩石可钻性的分形分布规律,预测准确,满足工程精度要求。     

基于Bayesian多分支岩石可钻性值估计

针对智能优化控制过程中岩石可钻性参数估计存在非实时性和模型泛化能力差的问题,采用两层结构建立基于Bayesian多分支岩石可钻性估计模型。通过Bayesian分类器实现岩性分类以提高可钻性模型样本数据的相关性,细化可钻性估计模型;采用改进双链量子遗传算法优化的BPNN结构,根据不同的岩石类型建立相应的岩石可钻性IDCQGA_BPNN估计模型。结果表明,该方法通过算法优化网络模型增强了模型的泛化能力,加快了参数的估计速度和估计精度,能够满足智能优化控制过程中岩石可钻性参数估计的实时性需求。     

基于相关向量机的地层可钻性级值预测

对录井资料及测井资料与地层可钻性级值的关系进行分析,提出一种基于相关向量机算法的地层可钻性级值预测的新方法.通过标准化钻速、测井声波时差、地层密度、泥质含量和地层深度进行学习训练相关向量机,建立地层可钻性级值预测的相关向量机模型.对准噶尔盆地部分井的地层可钻性级值进行预测的结果表明,该方法优于BP神经网络方法,具有预测精度高、收敛速度快、推广能力强等优点.     

利用岩屑波速随钻检测地层可钻性及优选钻头类型

研制了随钻测量钻井岩屑声波速度的便携式钻屑波速测试系统,并对岩屑波速进行了测试,建立了岩屑波速与可钻性级值的关系模型。利用该模型,可随钻标定地层的可钻性级值。对数百只钻头的使用资料进行了统计分析,建立了钻头类型与地层可钻性级值的对应关系。根据地层可钻性的随钻标定结果及变化趋势,利用钻头类型与地层可钻性级值的对应关系,即可优选出适合于待钻井段的钻头类型。在DW 1井上进行了钻头优选现场试验,证明该方法是有效的。     

基于SDCQGA优化BP神经网络的岩石可钻性建模

针对智能钻井优化控制过程中岩石可钻性提取存在的建模难、非实时性、精度差等问题,提出基于自适应双链量子遗传算法优化BP神经网络结构的岩石可钻性提取建模方法.依据目标函数在搜索点处的变化率,建立了快速自适应双链量子遗传算法;采用新算法优化BP神经网络结构,以克服BP神经网络受初始权值/阀值影响和泛化能力差的问题.通过对邻近钻井区域的大量测量数据和实验数据的统计分析和预处理,建立岩石可钻性提取模型,有效地解决了复杂地形岩石可钻性提取难的问题.对不同岩性的可钻性参数提取实验结果证明,该建模方法不仅提高了参数提取的精度和模型的泛化能力,而且在相邻实际参数提取时,具有很好的实时性和适应性.     

井底压力条件下岩石可钻性实验及仿真研究

岩石的可钻性是正确评价是确定钻井参数、选择钻头类型、预测钻井效果以及规定钻进工作定额时所必需的;而以往岩石可钻性极值的确定都是在常压下进行的。常压下岩石的可钻性极值与井底压力条件下岩石可钻性极值相差较大,远不能满足工程需要。为此,提出了一种室内测定井底压力条件下岩石岩石可钻性极值的实验方法;并通过HyperMesh有限元处理器仿真得到井底压力条件下岩石的可钻性极值的仿真值。通过对实验数值和仿真数值的对比,二者误差都在10%以内。所以该实验方法能够较准确的得到井底压力条件下岩石的可钻性极值。从而更能够准确的选择钻头类型,优化钻进参数,指导工程实践。     

模拟地层条件的岩石抗钻特性

可钻性级值及单轴抗压强度不能全面、客观分析地层条件下岩石抗钻特性,而利用三轴抗压强度指导钻头选型及钻速预测又受到缺乏连续地层强度特性剖面的制约。针对这一问题,基于模拟地层条件的三轴抗压强度实验、波速实验及微钻头可钻性实验,通过多元回归分析,分别建立了三轴抗压强度、可钻性级值多因素关系模型。在此基础上,利用测井资料建立了抗钻特性参数连续剖面,揭示了抗压强度分层规律。俄罗斯远东鄂霍次克海域V区块实例研究表明:以三轴抗压强度为基础的PDC钻头优化设计取得了钻井提速显著、钻头寿命明显延长的综合效果。     

岩石矿物成分与可钻性关系研究

钻井地层岩石的物理力学性质和矿物成分性质是实现科学快速钻井的基础数据,但是矿物成分对可钻性的影响一直没有得到重视。取一研究油区以录井资料的地层岩屑为研究对象,对塑性泥岩、细砂岩和砾岩三种岩屑进行了较全面的矿物成分鉴定分析。研究结果表明,研究油田区块岩石的矿物成分主要以石英、粘土、斜长石、方解石和正长石五种矿物成分为主。矿物成分中含量较高的粘土和斜长石含量随井深增加而降低;石英含量随井深增加而增大。泥岩的可钻性级值随粘土的增加有增加趋势,随石英含量的增加而增大。砂岩的可钻性级值随粘土含量的增加有降低趋势,而随石英含量的增加而增大。砾岩的可钻性级值随粘土和石英含量的增加而下降。     

利用岩屑波速随钻检测地层可钻性及优选钻头类型

研制了随钻测量钻井岩屑声波速度的便携式钻屑波速测试系统，并对岩屑波速进行了测试，建立了岩屑波速与可钻性级值的关系模型。利用该模型，可随钻标定地层的可钻性级值。对数百只钻头的使用资料进行了统计分析，建立了钻头类型与地层可钻性级值的对应关系。根据地层可钻性的随钻标定结果及变化趋势，利用钻头类型与地层可钻性级值的对应关系，即可优选出适合于待钻井段的钻头类型。在DW-1井上进行了钻头优选现场试验，证明该方法是有效的。     

PDC切削齿与岩石相互作用模型

使用可以加载钻压的试验设备,在不同钻压、切削面积、切削速度和切削齿后倾角条件下对不同性质的岩石进行钻进试验,通过对试验数据的多元非线性回归分析,建立新的PDC切削齿与岩石相互作用模型。结果表明:切削面积是影响切削齿受力的主要因素;切削齿受力随切削面积、切削齿后倾角和岩石可钻性级值的增大而增大;切削齿受力与切削速度呈对数关系。     

PDC切削齿破岩受力的试验研究

试验模拟了切削面积、接触弧长、切削面形状、切削齿后倾角和岩石性能对PDC切削齿破岩受力的影响。结果表明,采用接触弧长、切削面积和岩石可钻性表征切削面的几何形状和岩石性能与PDC切削齿破岩的实质相符。PDC切削齿单位切削面积上的切向力和正压力随着接触弧长、切削面积、切削齿后倾角和岩石可钻性级值的增大而增大,并与切削面积与接触弧长的乘积呈显著的线性关系。当后倾角小于10°时,切削齿受力较小。根据试验结果,建立了PDC切削齿破岩的受力模型。     

实钻条件下破碎能耗的分形评价方法

为了分析实钻过程中钻头破碎岩石能量,将钻进参数、水力参数、岩屑粒度与破碎能耗结合起来建立实钻条件下岩石破碎能耗的分形模型,并应用该模型对大庆徐家围子火山岩地层徐深31井的岩石破碎能耗进行计算分析.结果表明:该模型既能用来计算和评价实钻过程中井底岩石的抗破碎能力,又可作为优选钻进参数和钻头选型的依据;岩石破碎能耗参数与传统静态的岩石可钻性参数有本质区别,岩石破碎能耗参数既与地层内岩石的自身属性有关,又与钻井的破岩条件和钻进措施有关,反映的是实际钻井条件下的岩石抗破碎能力;过平衡钻进的压井工艺能大幅度限制实际钻速;深部地层岩石的较高硬度和可钻性级值均能降低钻速,但降低幅度不大,真正大幅降低钻速的是井底压力环境.     

PDC切削齿破岩受力的试验研究

试验模拟了切削面积、接触弧长、切削面形状、切削齿后倾角和岩石性能对PDC切削齿破岩受力的影响.结果表明,采用接触弧长、切削面积和岩石可钻性表征切削面的几何形状和岩石性能与PDC切削齿破岩的实质相符.PDC;切削齿单位切削面积上的切向力和正压力随着接触弧长、切削面积、切削齿后倾角和岩石可钻性级值的增大而增大,并与切削面积与接触弧长的乘积呈显著的线性关系.当后倾角小于10°时,切削齿受力较小.根据试验结果,建立了PDC切削齿破岩的受力模型.     

岩石可钻性钻速模式研究

地层是钻井工程最直接的研究对象,地层是影响钻速的最重要因素。本文主要讨论如何寻求地层可钻性钻速模式。试验与计算结果表明,在标准化条件下,方程V=bw~a的系数a、b主要受地层的微可钻性级值的影响,它们都是可钻性级值Kd的函数,且这种函数有区域性。通过对地质单元上的a、b值变化规律的研究求出了五个油田统一的可钻性钻速模式。     

金刚石钻头参数设计规律

提出了用岩石对钻头金刚石的研磨能力大小(A值)和岩石对钻头胎体的研磨能力大小(B值)来表示岩石可钻性的方法,研究了金刚石锯片切割对比法测定A值的方法,岩石B值是岩石的胶结程度、矿物粒度、矿物成分等因素的综合反映.采用金刚石新陈代谢速度u来表示钻头性能,钻头性能与A,B值及作用在钻头唇面上压力p、钻头线速度u之间的量化关系为u=Aw/Bxp.yvz.确定了钻头的设计程序:根据A和B值,p和v来确定金刚石新陈代谢速度,选定钻头的5个主要参数即金刚石质量、粒度和体积分数及胎体耐磨性、包镶强度.研究结果表明:采用A和B值可表示岩石可钻性;通过测定A和B值,可较准确地量化出岩石的可钻性;u由岩石A,B值及p和v来确定;根据u值设计和选定钻头的5个参数;提高u可以提高钻头时效,降低u可以延长钻头寿命.