CN102691497A - 一种预测不同井底压差下岩石可钻性级值的方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种预测不同井底压差下岩石可钻性级值的方法，包括下列步骤：测定岩石在不同井底压差下的声波时差；测定所述岩石在不同井底压差下的可钻性级值；根据所述岩石在不同井底压差下的声波时差、以及所述岩石在不同井底压差下的可钻性级值，建立用于预测不同井底压差下的岩石可钻性级值模型；根据所述岩石可钻性级值模型，计算待测岩石在不同井底压差下的可钻性级值。本发明为钻头选型、钻进参数优化提供了重要的依据，对提高钻进速度、降低钻井成本起着重要作用。

Description

一种预测不同井底压差下岩石可钻性级值的方法

技术领域

本发明涉及地下资源钻采工程技术领域，具体地涉及一种预测不同井底压差下岩石可钻性级值的方法。

背景技术

岩石的可钻性在油气田的勘探开发过程中，可以作为钻头选型和指导地质分层的重要依据。从上世纪中叶，国内外的学者们就致力于岩石可钻性的研究，通过室内岩心实验法来确定地层岩石的可钻性级值被石油行业广泛采纳。准确的预测岩石可钻性对提高深井机械钻速、缩短钻井周期、提高深井钻井水平有着十分重要的意义。目前国内外岩石可钻性的实验评价方法仅限于常压下的微钻头法，其结果与岩石在不同井底压差下的实际可钻性差异较大，远不能满足工程需要。因此，在本技术领域中需要有一种方法，能够利用声波测井资料直接预测不同井底压差下的岩石可钻性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种评价不同井底压差下岩石可钻性级值的方法，以克服现有技术的缺陷。

为达上述目的，本发明实施例提供了一种预测不同井底压差下岩石可钻性级值的方法，所述方法包括：

测定所述岩石在不同井底压差下的声波时差；

测定所述岩石在不同井底压差下的可钻性级值；

根据所述岩石在不同井底压差下的声波时差、以及所述岩石在不同井底压差下的可钻性级值，建立用于预测不同井底压差下的岩石可钻性级值模型；

根据所述岩石可钻性级值模型，计算待测岩石在不同井底压差下的可钻性级值。

本发明实施例的方法的有益技术效果在于：能够利用声波测井资料直接预测不同井底压差下的岩石可钻性级值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例预测不同井底压差下岩石可钻性级值的方法流程图；

图2为本发明实施例的岩石声波测量系统的结构示意图；

图3为本发明实施例的岩石可钻性测量系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的一种预测不同井底压差下岩石可钻性级值的方法流程图。如图1所示，该方法包括下列步骤：

步骤110、测定该岩石（实验岩石）在不同井底压差下的声波时差。在本步骤中，较佳地是利用岩石声波测量系统测定所述岩石在不同井底压差下的声波时差。可选地，在利用岩石声波测量系统测定所述岩石在不同井底压差下的声波时差之前，还包括对所述岩石进行如下预处理的步骤：利用取芯机从整块岩石上取出预设规格的岩心；利用车床把岩心的两个断面车平；将所述岩心放入烤箱以进行烘烤处理；将烘烤处理后的岩心放入饱和罐以进行饱和处理；将饱和处理后的岩心放入所述岩石声波测量系统的声波夹持器中。

更加详细地，步骤110具体可包括下列步骤：

1）利用取芯机从整块岩石上取出直径例如为76.2mm、长度为100mm的岩心。较佳地使用车床把岩心的两个断面车平，再把岩心放入烤箱以100°温度烘烤8小时。

2）将岩心放入饱和罐，对岩心进行饱和处理，饱和罐内具有工作液。

3）将被工作液饱和好的岩心放入岩石声波测量系统（如图2）的声波夹持器中，连接好相关的管线。首先通过调节轴压泵和围压泵，对岩石加载轴压和围压；再调节地层压力泵（本发明实施例使用的地层压力泵为美国进口的ISCO 100D型精密注射泵，需要通过高压氮气控制气动开关），对实验岩心加载孔隙压力；声波夹持器一端与大气相连，井底压差与岩石的孔隙压力在数值上相等，本发明实施例通过调节不同的孔隙压力对岩石的不同井底压差下的声学参数进行测量。

在声波夹持器的两端分别设置有发射模块21和接收模块22。发射模块21包括发射机和发射换能器。发射机：是一种声源讯号发生器，由它产生一定频率的电脉冲（经放大后由发射换能器转换成声波，并向岩石辐射）。发射换能器：是一种实现声讯和电能相互转换的仪器，将一定频率的电脉冲加到发射换能器的压电晶片时，晶片就会在其法向或径向产生机械震动，从而产生声波。晶体的机械震动与电脉冲是可逆的。

接收模块22包括接收机和接收换能器。接收换能器：接收岩体传来的声波，并将其转换成电脉冲送到接收机内。接收机：是将接收到的电脉冲进行放大，并将声波讯号进行数据处理，通过采集系统将数据直接传给示波器，再由示波器测量出声波时差。

所述示波器还与一计算机相连接，所述计算机用于显示所述示波器输出的波形和/或数据。

步骤120、测定该岩石在不同井底压差下的可钻性级值。具体地，本步骤可以利用岩石可钻性测量系统测定该岩石在不同井底压差下的可钻性级值。图3为本发明实施例的岩石可钻性测量系统的功能框图，如图3所示，该岩石可钻性测量系统包括：

岩心夹持器、地层压力泵、轴压泵、围压泵、井底压力泵、钻头和井下相互作用中心控制器和主控计算机；

所述岩心夹持器，上部容纳有实验岩心且下部容纳有钻头，分别连接所述地层压力泵、所述轴压泵、所述围压泵和所述井底压力泵；

所述围压泵，用于为岩石（即实验岩心）施加围压载荷；

所述轴压泵，用于为岩石施加轴压载荷；

所述地层压力泵和所述井底压力泵，用于分别从岩心夹持器的上下两端的流体注入口，向岩石内部注入液体，为岩石施加地层压力和井底压力；

所述井下相互作用中心控制器，与所述地层压力泵、所述轴压泵、所述围压泵、所述井底压力泵连接，用于在所述主控计算机的控制下，设置并调节所述轴压泵、所述围压泵、所述地层压力泵和所述井底压力泵输出的压力，并采集包含钻头的钻进时间和压力数据在内的测量数据；

所述主控计算机，用于向所述井下相互作用中心控制器发出控制指令，并接收所述井下相互作用中心控制器反馈的测量数据，以及根据所述测量数据中包含的钻头的钻进时间计算出岩石在不同井底压差下的可钻性级值。

在这套系统中，全部数据的处理都是通过探头自动化采集，最终汇总到主控计算机，直接通过主控计算机内的控制软件进行计算。

主控计算机发出指令，通过井下相互作用中心控制器来具体的执行。控制器是一个执行者，所有的压力管线和控制线路都在控制器里面汇聚，但是其受到主控计算机的控制。而且该中心控制器是通过多个压力探头检测各泵的实际压力数据，并进行压力调节以使各泵达到实验所需要稳定压力值。

更加详细地，步骤120的处理过程具体可包括下列步骤：

1）将测完声学参数的岩心放入岩石可钻性测量系统（如图3）的岩心加持器中。图3所例示的岩石可钻性测量系统可以模拟钻井过程中的转速、钻压、上覆压力、孔隙压力、井底循环压力等参数，从而可以在室内对实际钻井的过程、机理、效果等进行模拟实验。

实验岩心放入岩心夹持器内，岩心夹持器分别与地层压力泵、轴压泵、围压泵、井底压力泵连接。围压泵通过向岩心夹持器中的围压橡胶桶注入液体为岩石施加围压载荷；轴压泵通过给岩心夹持器的轴压腔注入液体推动轴压堵头压紧岩石，为岩石施加轴压载荷；地层压力泵和井底压力泵分别从岩心夹持器的上下两端的流体注入口，向岩石内部注入液体，为岩石施加地层压力和井底压力。

在主控计算机内的计算机控制软件中输入实验所需的围压、轴压、地层压力、井底压力的数值，通过井下相互作用中心控制器对上述轴压泵、围压泵、地层压力泵、井底压力泵进行控制，保证在实验过程中各压力稳定在本发明实施例设定的压力值。由于存在井底压差，流出的液体最终流入天平上面的小烧杯，为评价岩石的物性提供参考数据。

2）通过计算机控制压力系统，调节不同的井底压差（与测定岩石声波参数的压差一致）。

3）待压力稳定后钻头上升对岩石进行钻进，系统软件会根据钻进时间计算出岩石在不同井底压差条件下的可钻性级值。

由于实验所用的钻头和钻压是可变的，因此需要进行转化整标准状态下的岩石可钻性，转换公式为：

$K_{\mathrm{dp}}={\log }_2^T={\log }_2^{\frac{{2.4W}^{\′}}{{0.883d}^2{V}^{\′}}}={{\log }_2}^{2.718\frac{W^{\′}}{d^2{V}^{\′}}}---\left(1\right)$

式中，K_dp为不同井底压差下的可钻性级值；W′为实际钻压，单位N；d为实际钻头直径，单位mm；V′为实际钻速，单位mm/s；T为标准时间，单位s。

上述步骤110-120所测定的、不同井底压差下的岩石可钻性级值、不同井底压差、不同井底压差下的声波时差、实验结果见表一：

表一

步骤130、根据所述岩石在不同井底压差下的声波时差、以及所述岩石在不同井底压差下的可钻性级值，建立用于预测不同井底压差下的岩石可钻性级值模型。步骤130具体可包括下列步骤：

1）将不同井底压差下的可钻性级值、不同井底压差、不同井底压差下声波时差组成多行三列的数据序列；（就是表一的数据）。对上述步骤中的数据序列进行多元回归，得出：

K_dp＝0.016ΔP-0.157Δt_p+4.91                    （2）

式（2）中K_dp：不同压差下的岩石可钻性级值；ΔP：井底压差，单位MPa；Δt_p：不同井底压差下岩石声波时差。

需要说明的是，式（2）的各系数是取决于执行多元回归的数据，并非是唯一的取值。公式（2）中的表达式仅是作为一种举例，而不应理解为对本发明实施例的限制。

2）建立实验室内不同井底压差下的实验声波时差与平衡测井声波时差的转换方程。

表二

利用表一中井底压差与不同压差下声波时差的数据（即表二）进行多元回归，得到：

Δt_p＝0.0004ΔP²-0.0471ΔP+Δt_p0                    (3)

式（3）中：Δt_p为不同井底压差下的声波时差；Δt_p0为平衡测井实际声波时差。

需要说明的时，公式（3）中的各系数是取决于执行多元回归的相应数据，并系数并非是唯一的，公式（3）中的表达式仅是作为一种举例，而不应理解为对本发明实施例的限制。

3）将公式（3）代入公式（2）得到预测不同井底压差下的可钻性级值模型：

K_dp＝0.00006ΔP²+0.0234ΔP-0.157Δt_p0+4.91            （4）

上述预测模型的表达式仅是作为一种举例，而不是该模型仅限于该表达式，因此上述预测模型的方程式不应理解为对本发明实施例的限制。

步骤140、利用该模型来预测在钻井过程中，真实条件下的可钻性级值。由于在钻井过程中井底的压差是变化的，有必要预测不同井底压差下真实的可钻性级值。

以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种预测不同井底压差下岩石可钻性级值的方法，其特征在于，所述方法包括：

测定岩石在不同井底压差下的声波时差；

测定所述岩石在不同井底压差下的可钻性级值；

根据所述岩石在不同井底压差下的声波时差、以及所述岩石在不同井底压差下的可钻性级值，建立用于预测不同井底压差下的岩石可钻性级值模型；

根据所述岩石可钻性级值模型，计算待测岩石在不同井底压差下的可钻性级值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测定所述岩石在不同井底压差下的声波时差包括：利用岩石声波测量系统测定所述岩石在不同井底压差下的声波时差。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在利用岩石声波测量系统测定所述岩石在不同井底压差下的声波时差之前，还包括对所述岩石进行如下预处理的步骤：

利用取芯机从整块岩石上取出预设规格的岩心；

利用车床把岩心的两个断面车平；

将所述岩心放入烤箱以进行烘烤处理；

将烘烤处理后的岩心放入饱和罐以进行饱和处理；

将饱和处理后的岩心放入所述岩石声波测量系统的声波夹持器中。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述岩石声波测量系统包括：

声波夹持器、轴压泵、围压泵、地层压力泵、高压氮气瓶和示波器；所述轴压泵、围压泵、地层压力泵和示波器分别与所述声波夹持器连接；所述轴压泵和围压泵，分别用于对所述声波夹持器内的岩石加载轴压和围压；所述地层压力泵，用于为所述声波夹持器内的岩石加载孔隙压力；所述高压氮气瓶与所述地层压力泵连接，作为控制所述地层压力泵的气动开关；

所述声波夹持器的两端分别设置有发射模块和接收模块；所述发射模块包括发射机和发射换能器；所述发射机，用于产生一定频率的电脉冲；所述发射换能器，用于将所述一定频率的电脉冲转换成声波，并向所述岩石辐射；所述接收模块包括接收机和接收换能器；所述接收换能器，用于接收从岩石的岩体传来的声波，并将其转换成电脉冲送到所述接收机内；所述接收机，用于将接收到的电脉冲进行放大，并传送给所述示波器；

所述示波器，与所述接收机相连，用于根据放大处理后的电脉冲测量出声波时差；

其中，所述声波夹持器的设置有接收模块的一端与大气连通，设置有发射模块的一端与所述地层压力泵和所述轴压泵相连。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测定所述岩石在不同井底压差下的可钻性级值包括：

利用岩石可钻性测量系统测定所述岩石在不同井底压差下的可钻性级值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述岩石可钻性测量系统包括：

岩心夹持器、地层压力泵、轴压泵、围压泵、井底压力泵、钻头、井下相互作用中心控制器和主控计算机；

所述岩心夹持器，其上部容纳有实验岩心且下部容纳有钻头，分别与所述地层压力泵、所述轴压泵、所述围压泵和所述井底压力泵连接；

所述围压泵，用于为所述实验岩心施加围压载荷；

所述轴压泵，用于为所述实验岩心施加轴压载荷；

所述地层压力泵和所述井底压力泵，用于分别从岩心夹持器的上下两端的流体注入口，向所述实验岩心内部注入液体，为所述岩石施加地层压力和井底压力；

所述井下相互作用中心控制器，与所述地层压力泵、所述轴压泵、所述围压泵、所述井底压力泵连接，用于在所述主控计算机的控制下，设置并调节所述轴压泵、所述围压泵、所述地层压力泵和所述井底压力泵输出的压力，以及采集包含钻头的钻进时间和压力数据在内的测量数据；

所述主控计算机，用于向所述井下相互作用中心控制器发出控制指令，并接收所述井下相互作用中心控制器反馈的测量数据，以及根据所述测量数据中包含的钻头的钻进时间计算出岩石在不同井底压差下的可钻性级值。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述岩石在不同井底压差下的声波时差、以及所述岩石在不同井底压差下的可钻性级值，建立预测不同井底压差下的岩石可钻性级值模型包括：

将所述岩石不同井底压差下的可钻性级值、不同井底压差、不同井底压差下声波时差组成多行三列的数据序列；

对所述数据序列进行多元回归，得到多元非线性回归方程：K_dp＝f(ΔP,Δt_p)；其中，K_dp为所述岩石在不同井底压差下的可钻性级值，ΔP为井底压差，Δt_p为所述岩石不同井底压差下声波时差；

建立实验室内不同压差下的实验声波时差与平衡测井声波时差的转换方程：Δt_p＝f(ΔP,Δt_p0)；其中，Δt_p为不同井底压差下的声波时差；Δt_p0为平衡测井实际声波时差；

将所述转换方程代入所述多元非线性回归方程，得到用于预测不同井底压差下的可钻性级值模型：K_dp＝f(ΔP,Δt_p0)。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述示波器还与一计算机相连接，所述计算机用于显示所述示波器输出的波形和/或数据。

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