牙轮钻头的岩屑破碎机理及可钻性的分形法

为满足优质高速钻井的要求,需要对岩石可钻性做出快捷、精确的判断。利用分形几何理论,研究了钻井过程中牙轮钻头的破岩机理以及岩屑的等破碎概率问题;依据Bond裂纹学说,提出了一种以井底返出的岩屑为对象的岩石可钻性测试方法,并建立了岩石可钻性极值和岩屑分形维数的关系模型。室内实验表明:微钻头岩石可钻性级值与破碎岩屑分形维数存在明显的相关性,由此制定了一个基于岩屑粒度分布分形维数表示的岩石可钻性预测指标。经现场检验,分形法确定岩石可钻性级值具有较高的精度。这表明钻井过程中上返岩屑的分形维数能反映岩石可钻性程度,可以用分形维数衡量岩石可钻性大小。

油气钻井中上返岩屑的分形分析

上返岩屑是钻头破岩的产物,是油气井岩石破碎机理研究的重要部分,是油气钻井中岩石破碎程度的重要信息。充分利用这种上返岩屑的信息,应用分形几何理论,从等破碎概率角度研究了上返岩屑分布规律问题,从而建立了等概率条件下上返岩屑的破碎规律描述模型。该模型将岩石的破碎概率、粒度分形维数和破碎基数紧密联系起来。以等概率破碎模型为基础进行室内实验,结果显示上返岩屑粒度分布规律良好,统计计算的分形维数的相关性系数达到了0.96以上,钻井岩屑粒度分形维数分布在2.2～2.6之间,岩石的破碎概率分布在0.3～0.7之间,且深井砂岩破碎体分形维数大于泥岩与页岩,为进一步应用分形几何研究岩石破碎规律奠定了基础。

钻井岩屑分形分析的现场应用研究

岩屑是反映地层资料的重要依据,在实验条件下岩石的可钻性与岩屑的分形维数存在明显的相关性,但现场岩屑的几何特征及粒度分布受到钻进过程中多因素的综合影响,不同条件下获得的岩屑粒度分布规律不同。因此采用分形理论对不同工程及地质条件的岩屑进行分析,总结各因素对岩屑分形规律的影响及其影响程度。结果表明:岩屑粒径分布具有良好的分形特征;现场岩屑分形维数是对井下各种因素的综合表现,比较符合实钻情况;等破碎概率Pc是判断钻进效率的参数之一,可通过调整钻进参数降低Pc值,提高机械钻速。