玛湖凹陷砂砾岩地层抗钻特性预测及钻头优选

针对玛湖区块百口泉组砂砾岩地层岩性复杂、钻头选型困难和钻井效率低的问题,选取该区块典型的砂砾岩岩样,开展了砂砾岩抗钻特性参数室内试验测试。通过对试验结果的数理统计分析,建立了基于测井资料的砂砾岩地层抗钻特性参数预测模型,绘制了玛湖区块砂砾岩抗钻特性参数剖面,分析了百口泉组地层抗钻特性参数的分布规律,并综合砂砾岩地层抗钻参数、比能法、机械钻速法和因子分析法开展了钻头优选和现场应用。研究与应用结果表明,玛湖百口泉组砂砾岩地层可钻性波动大,软硬交错显著,非均质性强,推荐选用具有高抗冲击抗磨损的MDI513和MSI613这2种PDC钻头,与邻井相比平均机械钻速分别提高30%和35%以上,钻头进尺分别提高14%和8%以上。所得结果可为类似于玛湖凹陷百口泉组的砂砾岩地层钻头优选提供参考。

基于元素录井的深层火成岩抗钻特性评价

岩石抗钻特性表征参数是钻头选型和钻井参数优选的重要依据,建立抗钻特性的随钻表征和预测方法尤为重要。利用岩石抗钻特性实验和X射线荧光实验,测试了松辽盆地北部深层火成岩可钻性级值、硬度、塑性系数和元素含量,统计了各抗钻特性参数与元素含量之间的关系,揭示并归纳了各元素对抗钻特性参数的影响规律:随着Si、K、Na元素含量增加,岩石的可钻性和硬度增大,塑性系数减小;随着Al、Fe、Mg元素含量增加,岩石的可钻性和硬度减小,塑性系数增大。基于实验结果,运用多元回归分析方法,构建了基于元素含量的岩石抗钻特性参数计算模型。该研究成果能够在实际应用中实时评价地层的抗钻特性。

碳酸盐岩地层抗钻特性预测方法研究及应用

碳酸盐岩地层是目前我国富含油气资源的主要地层,其地层抗钻特性参数的准确合理预测是油气资源高效合理开发的重要保证。通过室内岩芯试验,结合现场测井资料,运用数理统计方法研究分析碳酸盐岩地层岩石可钻性、抗压强度与声波时差,塑性系数与泊松比以及地面声波时差与测井声波时差、纵波时差与横波时差的相关关系,建立利用测井资料预测碳酸盐岩地层抗钻特性参数的预测模型。通过室内实测资料对预测模型进行验证,预测精度达90%,能够满足工程需要。利用已建立的地层抗钻特性参数测模型对川东北元坝区块海相碳酸盐岩地层的抗钻特性进行研究和分析,为该地区海相地层钻头类型和钻进参数的优选提供合理依据。

测井资料在地层抗钻特性参数预测中的应用研究

在详细描述声波速度与岩石物理性能参数关系的基础上,根据室内地层抗钻特性参数测定结果与声波速度的关系建立了胜利油田东营凹陷地层抗钻特性参数预测模型,并利用室内测定的资料对预测模型进行了验证,符合率达到了89%以上,表明所建立的预测模型能满足现场施工要求。

南川页岩气田岩石抗钻特性参数分布规律研究及应用

岩石抗钻特性参数是制定钻井方案,实施优快钻井的重要基础参数。通过岩石抗钻特性参数测试建立了岩石抗压强度、岩石可钻性级值、岩石硬度等岩石抗钻特性参数的计算模型,再结合测井数据和地质数据,绘制了南川页岩气井各地层岩石抗钻特性参数随井深变化的剖面图,分析了南川地区各地层岩石抗钻特性参数的分布规律,并据此进行了钻头选型。研究表明,南川页岩气区块梁山组以上地层各特征参数波动较大,说明地层非均质性明显;下部地层变化较为平缓,但从龙马溪组底部开始有逐渐抬升的趋势。依据地层岩石抗钻特性参数,在设计钻头时应选择具有较好耐磨性、5~6刀翼、13~16mm的高布齿密度的钻头,现场应用表明,所推荐的钻头使用效果良好,机械钻速明显提高。

基于岩石抗钻特性的BP神经网络钻头选型方法

地层岩石抗钻特性是影响钻头使用效果最重要的一个因素,传统的钻头选型方法大多只是定性分析地质层位和钻头的对应关系,定量地计算分析岩石抗钻特性与钻头使用效果之间的关系较少。在分析现有钻头选型方法的基础上,提出一种基于岩石抗钻特性的BP神经网络钻头选型方法,并在大港油田进行了应用。首先基于测井资料和室内实验建立大港油田地层抗钻特性评价模型,并且利用模型计算得到的岩石力学参数数据和现场钻头使用数据编码成神经网络学习样本,然后建立完钻井地层抗钻特性和对应最佳钻头类型的BP神经网络模型,最后输入学习样本完成神经网络训练。利用该模型进行选型时需提供待钻井段的岩石力学参数预测数据,神经网络经过计算之后会输出最佳钻头类型。该选型方法在港深18-17井应用效果不错,优选的钻头在港深18-17井沙一段相比于邻井同一层段平均机械钻速提高了25%。

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。

确定岩石抗钻特性空间分布规律的新方法

现有岩石抗钻特性分布规律的确定方法存在同一深度岩石抗钻特性分布不连续、应用测井资料不能建立岩石抗钻特性空间分布规律的问题。鉴于此,测定了新疆玛湖凹陷百口泉组地层岩心的单轴抗压强度、硬度和可钻性级值等,结合岩心对应深度的测井资料,建立了基于测井数据的岩石抗钻特性参数计算模型。将地层岩石抗钻特性参数的空间分布规律问题转化为纵横分布问题,在纵向上采用深度分层归一化处理法,消除了不同井位的地层厚度和海拔高度不同对岩石抗钻特性参数平面分布连续性的影响。在横向上采用克里金插值法,实现抗钻特性参数在横向分布上的最优线性无偏差估计。通过层深坐标系建立岩石抗钻特性参数横向分布规律的纵向联系,实现岩石抗钻特性参数的空间分布,形成了一种分析岩石抗钻特性参数空间分布规律的新方法。应用新方法对玛湖凹陷百口泉组地层的岩石抗钻特性参数空间分布规律进行预测,预测精确度达到90%以上。研究结果可为钻井提速方案的制定提供一定的参考。

顺北二叠系火成岩地层抗钻特性预测及应用研究

针对顺北地区二叠系火成岩地层岩性复杂、钻头选型困难、钻井效率低的问题,选取不同岩性的典型火成岩岩样,开展了火成岩抗钻特性参数室内实验测试,通过对实验结果的数理统计分析,建立了基于测井资料的火成岩地层抗钻特性参数预测模型,绘制了顺北二叠系火成岩地层抗钻特征剖面,分析了二叠系地层抗钻特性参数的分布规律,并据此开展了钻头选型和现场应用。研究结果表明,顺北二叠系上段火成岩地层可钻性波动大、软硬交错显著、非均质性强,推荐选用具有高抗冲击抗磨损的SF64H3型PDC钻头配合轴向冲击器工具,其相较邻井机械钻速提高50%以上、钻头进尺提高25%以上;中段火成岩地层强度高、可钻性差、研磨性强,推荐选用具备复合切削结构的KPM1633DST型混合钻头,其相较邻井机械钻速提高30%以上,钻头进尺提高50%以上。

吉林油田泉头组抗钻特性与钻头适应性评价

吉林油田泉头组地层岩性复杂,钻头吃入困难。为此,开展岩心抗钻特性测试,结果表明,地层岩石脆性矿物含量高,软硬交错,中硬岩石多且非均质性较强,钻头出现打滑是导致机械钻速低的主要地层因素。结合测井数据建立了全井段的抗钻特性剖面,利用虚拟强度指数法对区块实际使用钻头进行了评价,提出了钻头优选序列并进行了优化设计。优化后的钻头机械钻速提高了34.85%,提速效果明显。

基于测井资料的渤中34-9油田火成岩地层抗钻特性评价

渤中34-9油田东营组火成岩地层平均机械钻速较低,对钻井作业时效影响较大,为此进行了火成岩地层岩石力学特性研究。基于现场测井资料计算出的岩石力学数据,运用数理统计学方法建立了研究区火成岩地层抗钻特性与测井声波时差间的关系模型,并利用模型对火成岩地层抗钻特性进行分析评价。研究结果表明,综合运用测井资料及岩石数据建立地层抗钻特性参数剖面,能较好地反映该区火成岩的真实情况,岩石可钻性、抗压强度和抗剪强度的预测精度可达90%左右,在此基础上优选的钻头及钻具组合应用数十口井,火成岩地层机械钻速平均提高20%左右,有效提高了研究区块的提速提效水平。

渤中A油田火成岩地层抗钻特性及钻井参数优化研究

渤中A油田位于渤海渤中区块,其沙河街组和东营组发育有火成岩地层。火成岩地层厚度大,岩性复杂,可钻性差,严重影响了机械钻速,制约着钻井效率。为了节约火成岩地层钻井成本,针对研究区域火成岩可钻性差、机械钻速低的问题,开展了地层抗钻特性、钻井参数优化等方面的研究工作。结果表明,研究区域火成岩中斜长石含量超过2/3,地层的强度和硬度都很大。优化后的钻进参数如下:东一段的钻压为50 kN,转速为74 r/min,排量为58 L/s;东二段的钻压为75 kN,转速为73 r/min,排量为33 L/s;东三段的钻压为63 kN,转速为73 r/min,排量为31 L/s;沙河街组的钻压为86 kN,转速为120 r/min,排量为33 L/s。以上成果认识,对提高研究区域火成岩地层的机械钻速具有一定指导意义。

差压步进钻头提高破岩速度原理及现场试验

井底岩石承受较大的原地应力作用,且随着井深增加原地应力呈增大趋势。原地应力的存在增加了岩石的压实程度,导致岩石坚硬、可钻性差、研磨性强等问题,成为破岩工具切削效率低、使用寿命短和钻井速度慢的最主要原因之一。针对此背景,提出释放井底部分原地应力弱化地层抗钻特性提高破岩速度的理念,研发一种可释放井底部分原地应力弱化地层抗钻特性且能够集中钻压强化攻击能力的差压步进钻头,该钻头充分利用钻井过程中的井底钻压波动,实现扩眼钻头与领眼钻头钻压动态分配及钻进过程交替进行的目标,通过弱化地层、强化攻击及转化振动三重效果提高破岩速度。为验证差压步进钻头的应力释放效应,建立三维流固耦合的阶梯井底应力场模型,并在江苏油区某区块砾石层井段开展3口井的实钻试验。结果表明:阶梯井底能够使阶梯处岩石更易破碎;小直径领眼钻头应力释放效果较好;随着地层深度的增加,差压步进钻头应力释放效果更加显著,应力释放比约为60.2%;差压步进钻头提速效果显著,砾石层钻速较牙轮钻头提升可达161.89%,最高提速318.11%。

分形理论在火山岩地层抗钻特性评价中的应用

利用分形几何理论,从测井曲线的自相似性出发,提出了一种将时间尺度与幅值尺度归一化的计盒维数法来快速计算测井资料分形维数的方法,并计算了大庆徐家围地区测井资料的分形维数.在室内实验的基础上,通过回归分析确定了测井资料分维数与相关岩心抗钻特性间的相关关系.分析结果表明:测井曲线具有分形标度不变性;盒维数与火山岩地层抗钻特性参数之间具有良好的相关性,相关系数在0.9以上,能够反映火山岩地层的抗钻特性及岩性特征.

岩石抗钻特性实验数据分析处理及软件开发

本文分析总结了地层岩心抗钻特性的室内实验研究方法、步骤及内容,着重介绍了实验数据的分析处理过程。在此基础上,开发了"岩石抗钻特性实验数据分析处理系统",该系统使用方法简便,准确度高,极大的提高了实验数据处理效率和精度,是一种非常实用的实验分析工具。

岩石力学及地层抗钻特性预测研究与应用

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。

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。

冀东油田深部难钻地层PDC钻头优化设计

冀东油田深部地层岩性复杂,具有硬度高、研磨性强,极不均质等特点,导致PDC钻头的平均进尺和使用寿命均较短,严重制约着钻井效率。文章针对此问题,开展该地区岩石的XRD实验,获取了岩石矿物组分,结合地展硬度、塑性系数和PDC钻头的可钻性测试结果,建立了深部地层抗钻特性剖面;建立岩石破碎条件下的地层—PDC钻头系统力学模型,分析单齿复合片破岩时的受力状态:随着后倾角的增大,轴向力先增大后平稳,侧向力则出现拐点。综合室内抗钻特性测试和数值模拟结果得到最优后倾角为15°、最优喷嘴组合为两个直径16 mm的中心喷嘴+5个直径14 mm的外围喷嘴时钻头有利于破碎致密泥岩、硬夹层,机械钻速提高明显,这对冀东油田持续提速降本具有重要意义。

神经网络钻头优选方法及其在元坝水平井的应用

元坝地区是中国石化天然气增储上产的重点探区,该区超深水平井的施工难度很大,斜井段与水平段的钻头优选是实现提速提效的关键技术之一。在分析传统钻头选型方法的基础上,以元坝地区的超深水平井为例,提出一种针对水平井斜井段与水平段的钻头优选方法。首先基于岩石力学实验成果和测井资料得到可钻性及其各向异性区域分布特征,然后利用神经网络算法建立完钻井适用钻头类型与对应地层抗钻特性之间的映射关系,在此基础上结合待钻水平井的工程和地质条件,计算得到斜井段与水平段的适用钻头类型。该方法在元坝272H井进行了运用,技术指标令人满意,极大降低了钻井成本。

南海西江大位移井钻头选型技术研究

优选出与钻进地层相适应的钻头 ,无论对安全钻井还是对钻井总成本的控制都具有重要的意义。应用效益指数法对研究区块钻头进行初选 ,然后结合地层岩石力学参数评价结果优选出与地层相适应的钻头。编制了地层抗钻特性评价及钻头选型软件。利用该软件对西江 2 4 - 1油田测井资料进行处理 ,优选出了西江大位移井各层段钻头型号。研究结果表明 ,该方法简单有效 ,适合现场应用。