CN105781537A - 兼顾钻头磨损的岩石可钻性测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种兼顾钻头磨损的岩石可钻性测定方法，包括：（1）制备待测岩石的岩样；（2）岩石可钻性测定试验用的微钻头刀片进行清洗、烘干、称重；（3）进行常规室内岩石可钻性测定方法试验，并记录钻至指定深度所需时间；（4）试验后的微钻头刀片进行清洗、烘干、称重；（5）计算本次试验使用的微钻头刀片的磨损量；（6）建立岩石可钻性级值与钻进时间、微钻头磨损量的相关性模型，确定兼顾钻头磨损的岩石可钻性级值。本发明通过引入钻头磨损因素对现有的测定方法进行完善，针对不同岩性的岩石开展岩石可钻性测定试验，分析微钻头的磨损量对岩石可钻性的影响，可为钻头设计、优选和使用钻头提供可靠数据。
Description
技术领域
本发明专利涉及的是一种兼顾钻头磨损的岩石可钻性测定方法，主要用于石油天然气钻井领域。
背景技术
岩石的可钻性是反映岩石被钻穿的难易程度，表征岩石抵抗破碎能力综合性质的工程力学特性参数，是石油天然气钻井中优选钻头类型的重要依据。目前，评价岩石可钻性的方法通常有两类，一类是室内岩心测定法，通过岩石可钻性测定试验得到岩石可钻性级值，以此来定性获得地层可钻性；另一类是对于缺少岩心资料的地区，利用测井数据、钻井参数以及岩屑资料来评价岩石可钻性，如岩屑硬度法、测井资料法等。
随着深井、超深井的增多，地层的复杂情况也越来越多，钻头的优选和使用起着举足轻重的作用。在钻头破碎岩石的同时，也会发生自身轮齿的磨损而渐渐变钝损坏，造成钻头破岩效率下降，尤其对于致密坚硬、研磨性强的岩石，加剧了钻头牙齿和复合片的磨损程度，导致钻头的进尺降低，影响了钻进速度，使钻井周期延长。在室内岩心测定法中，只是规定了试验用钻头刀片的材质、数量、倾角，对试验后钻头磨损的情况没有进行深入分析，因此根据测定结果优选出的钻头有时现场应用的效果一般，达不到理想的钻进效果，影响了钻进速度。
目前，现有的室内岩石可钻性测定方法中使用的微钻头包括牙轮钻头和PDC钻头，分别由8片齿形片和2片聚晶金刚石复合片组成，规定在初始级值与钻进后级值误差为0.2时更换试验钻头刀片，这时刀片均有不同程度的磨损或劈裂，凭肉眼观察或继续使用，或弃之，试验中没有对试验后钻头的磨损情况进行具体的分析，也影响了岩石可钻性的评价效果。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出了一种以现有岩石可钻性测定装置为基础，通过引入钻头磨损因素对现有的测定方法进行完善，对钻头设计及优选出匹配更合理的钻头具有更高的指导意义的兼顾钻头磨损的岩石可钻性测定方法。
为了达到上述目的，本发明的主要内容和步骤如下：
（1）制备待测岩石的岩样。
（2）岩石可钻性测定试验用的微钻头刀片进行清洗、烘干、称重。
（3）进行常规室内岩石可钻性测定方法试验，并记录钻至指定深度所需时间。
（4）试验后的微钻头刀片进行清洗、烘干、称重。
（5）计算本次试验使用的微钻头刀片的磨损量。
（6）建立岩石可钻性级值与钻进时间、微钻头磨损量的相关性模型，确定兼顾钻头磨损的岩石可钻性级值。
进一步的，所述的兼顾钻头磨损的岩石可钻性测定方法，需要在岩石可钻性测定试验装置基础上，增加超声波清洗器、电子天平。
进一步的，在所述步骤（1）中，制备待测岩石的岩样，形状为矩形或圆柱形，两端面平行公差值不大于0.2mm，并置于温度105±2℃的干燥箱内烘烤至少24h。
进一步的，在所述步骤（2）中，试验用微钻头刀片需用超声波清洗机进行清洗，并在干燥箱内烘烤至少2h直至无水分，然后在电子天平上称重并记录重量，精确至0.1mg。
进一步的，在所述步骤（3）中，先钻至预钻深度时开始计时，钻到试验规定深度，记录钻进时间，并停钻。
进一步的，在所述步骤（4）中，试验后的微钻头刀片需用超声波清洗器进行清洗，并在干燥箱内烘烤至少2h直至无水分，然后在电子天平上称重并记录重量，精确至0.1mg。
进一步的，在所述步骤（5）中，计算微钻头磨损量，精确至0.1mg。
进一步的，所述的考虑微钻头磨损的岩石可钻性测定方法，其特征在于在所述步骤（1）-（5）中，每块岩样需要按上述步骤测试三次以上，钻进时间和磨损量取平均值。
更进一步的，在所述步骤（6）中，根据微钻头的磨损量修正由钻进时间确定的可钻性级值计算模型，确定兼顾钻头磨损的岩石可钻性级值。
本发明的方法充分利用了现有岩石可钻性测定装置为基础，通过增设超声波清洗器、电子天平提高测试精度；通过引入钻头磨损因素对现有的测定方法进行完善，针对不同岩性的岩石开展岩石可钻性测定试验，分析微钻头的磨损量对岩石可钻性的影响，可为钻头设计、优选和使用钻头提供可靠数据。
附图说明：
图1是一种岩石可钻性测定方法装置的示意图。
图2是根据本发明的兼顾钻头磨损的岩石可钻性测定方法流程图。
图中：1.岩石可钻性测定用微钻头刀片，2.超声波清洗器，3.干燥箱，4.电子天平，5.岩石可钻性测定用微钻头，6.试验岩样，7.岩石可钻性测定装置，8.岩石可钻性测定后的微钻头刀片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明所涉及的装置部分完全利用了现有的岩石可钻性测定装置7，不同之处是在测试前和测试后对微钻头刀片的清洗和称重分别采用了更高精度的超声波清洗器2和电子天平4。装置操作流程为：岩石可钻性测定用微钻头刀片1经超声波清洗器2清洗、干燥箱3干燥和电子天平4称重后，记录相关数据，让后将岩石可钻性测定用微钻头5和试验岩样6安装在岩石可钻性测定装置中进行研磨试验；试验后即岩石可钻性测定后的微钻头刀片8经超声波清洗器2清洗、干燥箱3干燥和电子天平4称重后，记录相关数据。
兼顾钻头磨损的岩石可钻性测定方法流程如图2所示，具体包括：
（1）制备待测岩石的岩样。
（2）岩石可钻性测定试验用的微钻头刀片进行清洗、烘干、称重。
（3）进行常规室内岩石可钻性测定方法试验，并记录钻至指定深度所需时间。
（4）试验后的微钻头刀片进行清洗、烘干、称重。
（5）计算本次试验使用的微钻头刀片的磨损量。
（6）建立岩石可钻性级值与钻进时间、微钻头磨损量的相关性模型，确定兼顾钻头磨损的岩石可钻性级值。
更进一步的具体实施方案是：
步骤（1），制备待测岩石的岩样，形状为矩形或圆柱形，两端面平行公差值不大于0.2mm，并置于温度105±2℃的干燥箱内烘烤至少24h。
步骤（2），试验用微钻头刀片需用超声波清洗机进行清洗，并在干燥箱内烘烤至少2h直至无水分，然后在电子天平上称重并记录重量，精确至0.1mg。
步骤（3），先钻至预钻深度时开始计时，钻到试验规定深度，记录钻进时间，并停钻。
步骤（4），试验后的微钻头刀片需用超声波清洗器进行清洗，并在干燥箱内烘烤至少2h直至无水分，然后在电子天平上称重并记录重量，精确至0.1mg。
步骤（5），计算微钻头磨损量，精确至0.1mg。
步骤（6），根据微钻头的磨损量修正由钻进时间确定的可钻性级值计算模型，确定兼顾钻头磨损的岩石可钻性级值。
在岩石可钻性测定前，首先要进行岩样的制备，严格按照岩样制备要求进行；其次进行微钻头刀片的检验，可以同时配备3套微钻头，同时检验3套微钻头的刀片，检验刀片是否完整、无损，待检验合格后，将刀片进行第一次清洗、烘干、称重，刀片材质是硬质合金或聚晶金刚石，出厂时带有部分油脂，需要配备超声波清洗器、洗涤剂进行清洗。
每个岩样的可钻性测定，至少要进行3次测试，取3次测试的钻进时间平均值，确定本岩样的可钻性级值。完成1次测试后更换1个微钻头，待该岩样测试结束后，拆下微钻头刀片，同时进行第二次清洗、烘干、称重，确保测试数据的准确性。
然后计算微钻头的磨损重量，保存本块岩样的数据。如果微钻头磨损较轻，称重后的刀片可以再次用于硬度较低的岩样上进行岩石可钻性测定试验。
测定试验后得到钻进时间和微钻头的磨损量的数据，运用现有的处理方法，建立岩石可钻性级值与钻进时间、微钻头磨损量相关性模型，最后确定考虑微钻头磨损的岩石可钻性级值。
Claims (4)
1.兼顾钻头磨损的岩石可钻性测定方法，其特征是在岩石可钻性测定试验装置基础上，增加超声波清洗器和电子天平，实施步骤包括：
（1）制备待测岩石的岩样；
（2）岩石可钻性测定试验用的微钻头刀片进行清洗、烘干、称重；
（3）进行常规室内岩石可钻性测定方法试验，并记录钻至指定深度所需时间；
（4）试验后的微钻头刀片进行清洗、烘干、称重；
（5）计算本次试验使用的微钻头刀片的磨损量；
（6）建立岩石可钻性级值与钻进时间、微钻头磨损量的相关性模型，确定考虑微钻头磨损的岩石可钻性级值。
2.根据权利要求1所述的兼顾钻头磨损的岩石可钻性测定方法，其特征是：
所述步骤（1）制备待测岩石的岩样，形状为矩形或圆柱形，两端面平行公差值不大于0.2mm，并置于温度105±2℃的干燥箱内烘烤至少24h；
所述步骤（2）中，试验用微钻头刀片需用超声波清洗机进行清洗，并在干燥箱内烘烤至少2h直至无水分，然后在电子天平上称重并记录重量，精确至0.1mg；
所述步骤（3）中，先钻至预钻深度时开始计时，钻到试验规定深度，记录钻进时间，并停钻；
所述步骤（4）中，试验后的微钻头刀片需用超声波清洗器进行清洗，并在干燥箱内烘烤至少2h直至无水分，然后在电子天平上称重并记录重量，精确至0.1mg；
所述步骤（5）中，计算微钻头磨损量，精确至0.1mg。
3.根据权利要求1或2所述的兼顾钻头磨损的岩石可钻性测定方法，其特征是：所述步骤（1）-（5）中，每块岩样需要按上述步骤测试三次以上，钻进时间和磨损量取平均值。
4.根据权利要求3所述的兼顾钻头磨损的岩石可钻性测定方法，其特征是：所述步骤（6）中，根据微钻头的磨损量修正由钻进时间确定的可钻性级值计算模型，确定兼顾钻头磨损的岩石可钻性级值。
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