开云优惠体育网页版入口

专利名称：基于随钻录井资料求取抗钻特性参数的方法

专利类型：实用新型专利

专利申请号：CN202210196646.6

专利申请（专利权）人：大庆石油管理局有限公司,中国石油天然气集团有限公司
权利人地址：黑龙江省大庆市让胡路区中央大街南段263号

专利发明（设计）人：胡宗敏,袁伯琰,赵晓东,尤烨,李义,赖福斌,王瑞,李昀,邓宝卿,王虹,韩冰冰,林峰,曹昊,熊安华,刘欣欣,邓小军

专利摘要：一种基于随钻录井资料求取抗钻特性参数的方法。主要解决现有的求取地层抗钻特性参数的方法数据少且误差大，使钻井周期延长的问题。其特征在于：测量岩石的硬度、塑性系数、可钻性级值和机械比能值，依据测量结果，拟合出机械比能与硬度、塑性系数、可钻性级值的关系模型；现场采集录井工程数据，并对钻压和扭矩进行校正；对机械比能值进行校正，根据校正后的机械比能计算标准化机械比能；现场采集录井工程数据，自动实时计算标准化机械比能值，并根据机械比能与硬度、塑性、可钻性的关系，计算地层的硬度、塑性、可钻性。该方法解决了抗钻牲性参数不连续、不准确的缺陷，与实钻数据差异。跎僮晖费⌒秃妥昃问纳杓粕系奈蟛，缩短钻井周期。

主权利要求：
1.一种基于随钻录井资料求取抗钻特性参数的方法，其特征在于：步骤S1，利用全自动岩石硬度测定仪，测量岩石的硬度Py和塑性系数Kp；
步骤S2，利用全自动岩石可钻性测试仪，测量岩石的可钻性级值Kd；
步骤S3，利用全自动岩石可钻性测试仪，测量岩石的机械比能值E；
步骤S4，依据机械比能E与步骤S1中测得的硬度Py、塑性系数Kp的结果，拟合出机械比能与硬度、塑性系数的关系模型；
步骤S5，依据机械比能E与步骤S2中测得的可钻性级值Kd，拟合出机械比能与可钻性的关系模型；
步骤S6，现场采集录井工程数据，包括钻压、扭矩；
步骤S7，对钻压和扭矩进行校正，利用校正后的钻压和扭矩计算得出校正后的机械比能Em；
步骤S8，利用校正后的机械比能Em，根据以下公式计算标准化机械比能EB：式中：EB为标准化机械比能，MPa；WB为区域代表性的标准钻压，kN；Wb为校正后钻压，kN；
nB为区域代表性的转速，r/min；n为转速，r/min；h钻头磨损相对高度，cm；ρB为区域标准钻井液密度，g/cm3；ρ为钻井液密度，g/cm3；Em为机械比能值，MPa；α为钻压指数，无量纲，数值大小与岩石性质有关，均值为0.437；β为转速系数，无量纲，数值大小与岩石性质有关，均值为
0.9981；
步骤S9，现场采集录井工程数据，包括钻压、扭矩，利用步骤S8中的EB计算公式，自动实时计算标准化机械比能值EB，并根据步骤S4、S5中得出的机械比能与硬度、塑性、可钻性的关系，计算地层的硬度、塑性、可钻性。
2.根据权利要求1所述的基于随钻录井资料求取抗钻特性参数的方法，其特征在于：步骤S1中，按如下公式计算岩石硬度：
式中：Py为岩石硬度，MPa；P为岩石产生脆性破碎时的载荷，N；S为压模压头的底面积，2
mm；d为压模压头直径，mm；
按如下公式计算岩石塑性系数：
式中：Kp为岩石塑性系数；AOABC为岩石破碎消耗部能量，N；AODE为弹性变形能，N。
3.根据权利要求1所述的基于随钻录井资料求取抗钻特性参数的方法，其特征在于：步骤S2中，按如下公式计算岩石可钻性级值：Kd＝log2t
式中：Kd为岩石可钻性级值；t为岩样钻进时间，min。
4.根据权利要求1所述的基于随钻录井资料求取抗钻特性参数的方法，其特征在于：步骤S3中，按如下公式计算岩石机械比能值：2
式中：E为机械比能，MPa；WOB为钻压，N；Ab为钻头面积，m；T为扭矩，N·m；RPM为转盘转速，r/min；ROP为机械钻速，m/min。
5.根据权利要求1所述的基于随钻录井资料求取抗钻特性参数的方法，其特征在于：步骤S7中，
钻压校正公式：
式中：W为井口钻压，kN；Wb为井底钻压，kN；μwell为井壁的摩擦系数；αk为井底井斜角；
扭矩校正公式：
式中：M总为钻头扭矩和螺杆矩之和，N·m；W为井口钻压，kN；Db为钻头直径，m；μbit为与钻头类型有关的滑动摩擦因数，PDC钻头取0.48，牙轮钻头取0.25；Q为钻具每转排量，L/r；ΔPp为钻具进出口的压力降，MPa。
6.根据权利要求5所述的基于随钻录井资料求取抗钻特性参数的方法，其特征在于：步骤S7中，按如下公式计算Em机械比能值：式中：Em为机械比能，MPa；Wb为校正后钻压，kN；n为转速，r/min；M校正后扭矩，N·m；vROP为机械钻速，m/h；db为钻头直径，mm。 说明书 : 基于随钻录井资料求取抗钻特性参数的方法技术领域[0001] 本发明涉及油田领域，具体说是一种基于随钻录井资料求取抗钻特性参数的方法。背景技术[0002] 抗钻特性参数是钻井工程设计中钻头选型及钻井工程参数设计的重要的基础参考数据。在区域上进行钻井施工时首先要已知区域地层的抗钻特性参数：可钻性、硬度、塑脆性，然后根据地层的抗钻特性参数进行钻头选型(PDC钻头、牙轮钻头)和钻井工程参数的设计(钻压、扭矩、钻井液参数)。目前对于地层的抗钻特性参数的求取都是采用实验室进行岩心的微钻和三轴压力测试来完成的，由于岩心样品的有限性，使得抗钻特性参数在区域上只能取得几个试验样品的测试数据，数据少而且试验数据与实钻数据存在较大的差异，因此在实际中钻头的选型与地层的匹配出现较大误差，使得钻井周期变长，井下复杂事故频发。发明内容[0003] 为了克服现有的求取地层抗钻特性参数的方法数据少且误差大，使钻井周期延长的不足，本发明提供一种基于随钻录井资料求取抗钻特性参数的方法，该基于随钻录井资料求取抗钻特性参数的方法解决了抗钻牲性参数不连续、不准确的缺陷，与实钻数据差异。跎僮晖费⌒秃妥昃问纳杓粕系奈蟛，缩短钻井周期、降低钻井成本、提高钻井效率。[0004] 本发明的技术方案是：一种基于随钻录井资料求取抗钻特性参数的方法，[0005] 步骤S1，利用全自动岩石硬度测定仪，测量岩石的硬度Py和塑性系数Kp；[0006] 步骤S2，利用全自动岩石可钻性测试仪，测量岩石的可钻性级值Kd；[0007] 步骤S3，利用全自动岩石可钻性测试仪，测量岩石的机械比能值E；[0008] 步骤S4，依据机械比能E与步骤S1中测得的硬度Py、塑性系数Kp的结果，拟合出机械比能与硬度、塑性系数的关系模型；[0009] 步骤S5，依据机械比能E与步骤S2中测得的可钻性级值Kd，拟合出机械比能与可钻性的关系模型；[0010] 步骤S6，现场采集录井工程数据，包括钻压、扭矩；[0011] 步骤S7，对钻压和扭矩进行校正，利用校正后的钻压和扭矩计算得出校正后的机械比能Em；[0012] 步骤S8，利用校正后的机械比能Em，根据以下公式计算标准化机械比能EB：[0013][0014] 式中：EB为标准化机械比能，MPa；WB为区域代表性的标准钻压，kN；Wb为校正后钻压，kN；nB为区域代表性的转速，r/min；n为转速，r/min；h钻头磨损相对高度，cm；ρB为区域标准钻井液密度，g/cm3；ρ为钻井液密度，g/cm3；Em为机械比能值，MPa；α为钻压指数，无量纲，数值大小与岩石性质有关，均值为0.437；β为转速系数，无量纲，数值大小与岩石性质有关，均值为0.9981；[0015] 步骤S9，现场采集录井工程数据，包括钻压、扭矩，利用步骤S8中的EB计算公式，自动实时计算标准化机械比能值EB，并根据步骤S4、S5中得出的机械比能与硬度、塑性、可钻性的关系，计算地层的硬度、塑性、可钻性。[0016] 步骤S1中，按如下公式计算岩石硬度：[0017][0018] 式中：Py为岩石硬度，MPa；P为岩石产生脆性破碎时的载荷，N；S为压模压头的底面2积，mm；d为压模压头直径，mm；[0019] 按如下公式计算岩石塑性系数：[0020][0021] 式中：Kp为岩石塑性系数；AOABC为岩石破碎消耗部能量，N；AODE为弹性变形能，N。[0022] 步骤S2中，按如下公式计算岩石可钻性级值：[0023] Kd＝log2t[0024] 式中：Kd为岩石可钻性级值；t为岩样钻进时间，min。[0025] 步骤S3中，按如下公式计算岩石机械比能值：[0026][0027] 式中：E为机械比能，MPa；WOB为钻压，N；Ab为钻头面积，m2；T为扭矩，N·m；RPM为转盘转速，r/min；ROP为机械钻速，m/min。[0028] 步骤S7中，[0029] 钻压校正公式：[0030][0031] 式中：W为井口钻压，kN；Wb为井底钻压，kN；μwell为井壁的摩擦系数；αk为井底井斜角；[0032] 扭矩校正公式：[0033][0034] 式中：M总为钻头扭矩和螺杆矩之和，N·m；W为井口钻压，kN；Db为钻头直径，m；μbit为与钻头类型有关的滑动摩擦因数，PDC钻头取0.48，牙轮钻头取0.25；Q为钻具每转排量，L/r；ΔPp为钻具进出口的压力降，MPa。[0035] 步骤S8中，按如下公式计算Em机械比能值：[0036][0037] 式中：Em为机械比能，MPa；Wb为校正后钻压，kN；n为转速，r/min；M校正后扭矩，N·m；vROP为机械钻速，m/h；db为钻头直径，mm。[0038] 本发明具有如下有益效果：由于采取上述方案，利用本发明提供的实验室方法，建立火成岩、碎屑岩、碳酸盐岩三大类岩石的机械比能与岩石可钻性、硬度、塑性之间的关系，在现场应用中，随钻绘制出三个参数随井深变化的录井曲线图，可以进行录井实时工程监控，根据曲线变化结合区域地层特征为钻头选型提供技术手段，从而减少在钻头选型和钻井工程参数的设计上误差，缩短钻井周期、降低钻井成本、提高钻井效率。附图说明[0039] 图1是本发明的流程图；[0040] 图2是标准机械比能、硬度、塑性、可钻性录井曲线图。具体实施方式[0041] 下面结合附图对本发明作进一步说明：[0042] 由图1所示，一种基于随钻录井资料求取抗钻特性参数的方法，在实验室利用三大类岩心样品(火成岩、碎屑岩、碳酸盐岩)的微钻试验、三轴应力试验等建立机械比能与地层可钻性、硬度、塑性的关系模型，通过建立标准化的录井机械比能模型，利用随钻综合录井采集的工程参数进行计算得到随钻地层可钻性、硬度、塑脆性实时曲线和数据，为钻头的动态优选提供数据支撑；同时利用区域钻井工程参数计算区域的地层的可钻性、硬度、塑性数据，通过数据的综合分析，为区域钻井设计中的钻头选型提供支撑。[0043] 具体如下：[0044] 步骤S1，利用全自动岩石硬度测定仪，测量岩石的硬度Py和塑性系数Kp；[0045] (1)岩样制备：将岩石切磨成正方(或圆柱)体，其高度不小于50mm，被测量端面应加以研磨，使岩样平滑且相互平行(直径50mm的岩样两端面不平行度不超过0.5mm)，岩样制备后应在低于100℃的烘箱中烘干2～2.5小时，然后放在干燥器内备用；[0046] (2)测量压模压头的直径d；[0047] (3)把岩样放在仪器的托盘与压头之间，施加轴向载荷直至岩样破碎(有响声)，则该点测试完毕，记录位移和载荷值；[0048] (4)移动岩样，使第一点的破碎坑与第二点相距大于10mm，按上述操作方法，测试第二点，每块岩样做2～3点；[0049] (5)按如下公式计算岩石硬度：[0050][0051] 式中：Py为岩石硬度，MPa；P为岩石产生脆性破碎时的载荷，N；S为压模压头的底面2积，mm；d为压模压头直径，mm；[0052] (6)按如下公式计算岩石塑性系数：[0053][0054] 式中：Kp为岩石塑性系数；AOABC为岩石破碎消耗部能量，N；AODE为弹性变形能，N。[0055][0056] 步骤S2，利用全自动岩石可钻性测试仪，测量岩石的可钻性级值Kd；[0057] (1)岩样制备：岩样制备成圆柱体(直径40?100mm，高度30?80mm)或长方体(长宽各100mm，高度20?100mm)，端面平行度公差值≦0.2mm，试验前将岩样放在温度设定为105?110℃的干燥箱内烘烤24小时；[0058] (2)选择好相应的钻压砝码，放在砝码支架上；[0059] (3)将准备好的试样放在岩心支架上，手轮下移夹紧岩样；[0060] (4)转动手摇泵给活塞缸和储能器加压，先使钻头上移顶在岩样底面上，后顶砝码至最高点，然后，回摇手摇泵，使砝码下行，观察压力表，停摇手摇泵后，压力能够反弹至试验规定值后即可；[0061] (5)待压力稳定后，按清零按钮，待位移、时间清零后，再按清零按钮复位；[0062] (6)打开电机开关；[0063] (7)当位移显示至规定值(牙轮钻头模式2.6mm，PDC钻头模式4mm)，电机停转后关闭电机开关；[0064] (8)记录钻进时间；[0065] (9)逆时针转动手摇泵手柄，使砝码和钻头下行至最底部，松开手轮，卸下岩样。[0066] (10)按如下公式计算岩石可钻性级值：[0067] Kd＝log2t[0068] 式中：Kd为岩石可钻性级值；t为岩样钻进时间，min。[0069] 步骤S3，利用全自动岩石可钻性测试仪，测量岩石的机械比能值E；[0070] (1)实验流程同步骤S2；[0071] (2)记录载荷、位移、转速、扭矩值；[0072] (3)按如下公式计算岩石机械比能值：[0073][0074] 式中：E为机械比能，MPa；WOB为钻压，N；Ab为钻头面积，m2；T为扭矩，N·m；RPM为转盘转速，r/min；ROP为机械钻速，m/min。[0075] 步骤S4，依据机械比能E与步骤S1中测得的硬度Py、塑性系数Kp的结果，拟合出砂泥岩、火成岩和碳酸盐岩的机械比能与硬度、塑性系数的关系模型，见表1、表2。[0076] 表1[0077][0078] 表2[0079][0080] 步骤S5，依据机械比能E与步骤S2中测得的可钻性级值Kd，拟合出砂泥岩、火成岩和碳酸盐岩的机械比能与可钻性的关系模型，见表3。[0081] 表3[0082][0083] 步骤S6，在钻井现。米酆下季遣杉季こ淌，包括钻压、扭矩、钻时、转盘扭矩等；[0084] 步骤S7，对钻压和扭矩进行校正；[0085] 钻压校正公式：[0086][0087] 式中：W为井口钻压，kN；Wb为井底钻压，kN；μwell为井壁的摩擦系数；αk为井底井斜角；[0088] 扭矩校正公式：[0089][0090] 式中：M总为钻头扭矩和螺杆矩之和，N·m；W为井口钻压，kN；Db为钻头直径，m；μbit为与钻头类型有关的滑动摩擦因数，PDC钻头取0.48，牙轮钻头取0.25；Q为钻具每转排量，L/r；ΔPp为钻具进出口的压力降，MPa。[0091] 利用校正后的钻压和扭矩，计算校正后的机械比能Em，Em的计算公式由机械比能E的计算公式变形后得出：[0092][0093] 式中：Em为机械比能，MPa；Wb为校正后钻压，kN；n为转速，r/min；M校正后扭矩，N·m；vROP为机械钻速，m/h；db为钻头直径，mm。[0094] 步骤S8，利用校正后的机械比能Em，根据以下公式计算标准化机械比能EB：[0095][0096] 式中：EB为标准化机械比能，MPa；WB为区域代表性的标准钻压，kN；Wb为校正后钻压，kN；nB为区域代表性的转速，r/min；n为转速，r/min；h钻头磨损相对高度，cm；ρB为区域标准钻井液密度，g/cm3；ρ为钻井液密度，g/cm3；Em为机械比能值，MPa；α为钻压指数，无量纲，数值大小与岩石性质有关，均值为0.437；β为转速系数，无量纲，数值大小与岩石性质有关，均值为0.9981。[0097] 步骤S9，现场综合录井仪采集录井工程数据，包括钻压、扭矩，利用步骤S8中得出的EB计算公式，自动实时计算标准机械比能值EB，并根据步骤S4、S5中得出的机械比能与硬度、塑性、可钻性的关系，计算地层的硬度、塑性、可钻性，以井深为纵向坐标，绘制出纵向连续的地层标准机械比能、硬度、塑性、可钻性抗钻特性参数曲线(见图2)，根据曲线变化结合区域地层特征为钻头选型提供技术手段。[0098] 本发明在实验室利用三大类岩心样品(火成岩、碎屑岩、碳酸盐岩)的微钻试验、三轴应力试验等建立机械比能与地层可钻性、硬度、塑性的关系模型，通过建立标准化的录井机械比能模型，利用随钻综合录井采集的工程参数进行计算得到随钻地层可钻性、硬度、塑脆性实时曲线和数据，为钻头的动态优选提供数据支撑；同时利用区域钻井工程参数计算区域的地层的可钻性、硬度、塑性数据，通过数据的综合分析，为区域钻井设计中的钻头选型提供支撑。

专利地区：黑龙江

专利申请日期：2022-03-02

专利公开日期：2024-10-25

专利公告号：CN116738584B