一種預測不同井底壓差下巖石可鑽性級值的方法
2023-06-05 13:11:06 1
專利名稱：一種預測不同井底壓差下巖石可鑽性級值的方法
技術領域：
本發明涉及地下資源 鑽採工程技術領域，具體地涉及ー種預測不同井底壓差下巖石可鑽性級值的方法。
背景技術：
巖石的可鑽性在油氣田的勘探開發過程中，可以作為鑽頭選型和指導地質分層的重要依據。從上世紀中葉，國內外的學者們就致カ於巖石可鑽性的研究，通過室內巖心實驗法來確定地層巖石的可鑽性級值被石油行業廣泛採納。準確的預測巖石可鑽性對提高深井機械鑽速、縮短鑽井周期、提高深井鑽井水平有著十分重要的意義。目前國內外巖石可鑽性的實驗評價方法僅限於常壓下的微鑽頭法，其結果與巖石在不同井底壓差下的實際可鑽性差異較大，遠不能滿足工程需要。因此，在本技術領域中需要有ー種方法，能夠利用聲波測井資料直接預測不同井底壓差下的巖石可鑽性。
發明內容
本發明的目的在於，提供一種評價不同井底壓差下巖石可鑽性級值的方法，以克服現有技術的缺陷。為達上述目的，本發明實施例提供了一種預測不同井底壓差下巖石可鑽性級值的方法，所述方法包括測定所述巖石在不同井底壓差下的聲波時差；測定所述巖石在不同井底壓差下的可鑽性級值；根據所述巖石在不同井底壓差下的聲波時差、以及所述巖石在不同井底壓差下的可鑽性級值，建立用於預測不同井底壓差下的巖石可鑽性級值模型；根據所述巖石可鑽性級值模型，計算待測巖石在不同井底壓差下的可鑽性級值。本發明實施例的方法的有益技術效果在幹能夠利用聲波測井資料直接預測不同井底壓差下的巖石可鑽性級值。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖做ー簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發明實施例預測不同井底壓差下巖石可鑽性級值的方法流程圖；圖2為本發明實施例的巖石聲波測量系統的結構示意圖；圖3為本發明實施例的巖石可鑽性測量系統的結構示意圖。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。圖I為本發明實施例的一種預測不同井底壓差下巖石可鑽性級值的方法流程圖。如圖I所示，該方法包括下列步驟步驟110、測定該巖石(實驗巖石)在不同井底壓差下的聲波時差。在本步驟中，較佳地是利用巖石聲波測量系統測定所述巖 石在不同井底壓差下的聲波時差。可選地，在利用巖石聲波測量系統測定所述巖石在不同井底壓差下的聲波時差之前，還包括對所述巖石進行如下預處理的步驟利用取芯機從整塊巖石上取出預設規格的巖心；利用車床把巖心的兩個斷面車平；將所述巖心放入烤箱以進行烘烤處理；將烘烤處理後的巖心放入飽和罐以進行飽和處理；將飽和處理後的巖心放入所述巖石聲波測量系統的聲波夾持器中。更加詳細地，步驟110具體可包括下列步驟I)利用取芯機從整塊巖石上取出直徑例如為76. 2mm、長度為IOOmm的巖心。較佳地使用車床把巖心的兩個斷面車平，再把巖心放入烤箱以100°溫度烘烤8小吋。2)將巖心放入飽和罐，對巖心進行飽和處理，飽和罐內具有工作液。3)將被工作液飽和好的巖心放入巖石聲波測量系統(如圖2)的聲波夾持器中，連接好相關的管線。首先通過調節軸壓泵和圍壓泵，對巖石加載軸壓和圍壓；再調節地層壓カ泵(本發明實施例使用的地層壓カ泵為美國進ロ的ISCO 100D型精密注射泵，需要通過高壓氮氣控制氣動開關)，對實驗巖心加載孔隙壓カ；聲波夾持器一端與大氣相連，井底壓差與巖石的孔隙壓力在數值上相等，本發明實施例通過調節不同的孔隙壓カ對巖石的不同井底壓差下的聲學參數進行測量。在聲波夾持器的兩端分別設置有發射模塊21和接收模塊22。發射模塊21包括發射機和發射換能器。發射機是ー種聲源訊號發生器，由它產生一定頻率的電脈衝(經放大後由發射換能器轉換成聲波，並向巖石福射)。發射換能器是ー種實現聲訊和電能相互轉換的儀器，將一定頻率的電脈衝加到發射換能器的壓電晶片時，晶片就會在其法向或徑向產生機械震動，從而產生聲波。晶體的機械震動與電脈衝是可逆的。接收模塊22包括接收機和接收換能器。接收換能器接收巖體傳來的聲波，並將其轉換成電脈衝送到接收機內。接收機是將接收到的電脈衝進行放大，並將聲波訊號進行數據處理，通過採集系統將數據直接傳給示波器，再由示波器測量出聲波時差。所述示波器還與ー計算機相連接，所述計算機用於顯示所述示波器輸出的波形和/或數據。步驟120、測定該巖石在不同井底壓差下的可鑽性級值。具體地，本步驟可以利用巖石可鑽性測量系統測定該巖石在不同井底壓差下的可鑽性級值。圖3為本發明實施例的巖石可鑽性測量系統的功能框圖，如圖3所示，該巖石可鑽性測量系統包括巖心夾持器、地層壓カ泵、軸壓泵、圍壓泵、井底壓カ泵、鑽頭和井下相互作用中心控制器和主控計算機；所述巖心夾持器，上部容納有實驗巖心且下部容納有鑽頭，分別連接所述地層壓カ泵、所述軸壓泵、所述圍壓泵和所述井底壓カ泵；
所述圍壓泵，用於為巖石(即實驗巖心)施加圍壓載荷；所述軸壓泵，用於為巖石施加軸壓載荷；所述地層壓カ泵和所述井底壓カ泵，用於分別從巖心夾持器的上下兩端的流體注入ロ，向巖石內部注入液體，為巖石施加地層壓カ和井底壓カ；所述井下相互作用中心控制器，與所述地層壓カ泵、所述軸壓泵、所述圍壓泵、所述井底壓カ泵連接，用於在所述主控計算機的控制下，設置並調節所述軸壓泵、所述圍壓泵、所述地層壓カ泵和所述井底壓カ泵 輸出的壓力，並採集包含鑽頭的鑽進時間和壓力數據在內的測量數據；所述主控計算機，用於向所述井下相互作用中心控制器發出控制指令，並接收所述井下相互作用中心控制器反饋的測量數據，以及根據所述測量數據中包含的鑽頭的鑽進時間計算出巖石在不同井底壓差下的可鑽性級值。在這套系統中，全部數據的處理都是通過探頭自動化採集，最終匯總到主控計算機，直接通過主控計算機內的控制軟體進行計算。主控計算機發出指令，通過井下相互作用中心控制器來具體的執行。控制器是ー個執行者，所有的壓カ管線和控制線路都在控制器裡面匯聚，但是其受到主控計算機的控制。而且該中心控制器是通過多個壓カ探頭檢測各泵的實際壓カ數據，並進行壓カ調節以使各泵達到實驗所需要穩定壓カ值。更加詳細地，步驟120的處理過程具體可包括下列步驟I)將測完聲學參數的巖心放入巖石可鑽性測量系統(如圖3)的巖心加持器中。圖3所例示的巖石可鑽性測量系統可以模擬鑽井過程中的轉速、鑽壓、上覆壓力、孔隙壓力、井底循環壓カ等參數，從而可以在室內對實際鑽井的過程、機理、效果等進行模擬實驗。實驗巖心放入巖心夾持器內，巖心夾持器分別與地層壓カ泵、軸壓泵、圍壓泵、井底壓カ泵連接。圍壓泵通過向巖心夾持器中的圍壓橡膠桶注入液體為巖石施加圍壓載荷；軸壓泵通過給巖心夾持器的軸壓腔注入液體推動軸壓堵頭壓緊巖石，為巖石施加軸壓載荷；地層壓カ泵和井底壓カ泵分別從巖心夾持器的上下兩端的流體注入ロ，向巖石內部注入液體，為巖石施加地層壓カ和井底壓カ。在主控計算機內的計算機控制軟體中輸入實驗所需的圍壓、軸壓、地層壓力、井底壓カ的數值，通過井下相互作用中心控制器對上述軸壓泵、圍壓泵、地層壓カ泵、井底壓カ泵進行控制，保證在實驗過程中各壓カ穩定在本發明實施例設定的壓カ值。由於存在井底壓差，流出的液體最終流入天平上面的小燒杯，為評價巖石的物性提供參考數據。2)通過計算機控制壓カ系統，調節不同的井底壓差(與測定巖石聲波參數的壓差一致)。3)待壓カ穩定後鑽頭上升對巖石進行鑽迸，系統軟體會根據鑽進時間計算出巖石在不同井底壓差條件下的可鑽性級值。由於實驗所用的鑽頭和鑽壓是可變的，因此需要進行轉化整標準狀態下的巖石可鑽性，轉換公式為
■■2 718^
_] = Iogi==Iog2' d2r, (I)式中，Kdp為不同井底壓差下的可鑽性級值·Χ為實際鑽壓，単位N ；d為實際鑽頭直徑，單位mm 為實際鑽速，單位mm/s ；T為標準時間,單位S。上述步驟110-120所測定的、不同井底壓差下的巖石可鑽性級值、不同井底壓差、不同井底壓差下的聲波時差、實驗結果見表一表一
權利要求
1.一種預測不同井底壓差下巖石可鑽性級值的方法，其特徵在於，所述方法包括 測定巖石在不同井底壓差下的聲波時差； 測定所述巖石在不同井底壓差下的可鑽性級值； 根據所述巖石在不同井底壓差下的聲波時差、以及所述巖石在不同井底壓差下的可鑽性級值，建立用於預測不同井底壓差下的巖石可鑽性級值模型； 根據所述巖石可鑽性級值模型，計算待測巖石在不同井底壓差下的可鑽性級值。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述測定所述巖石在不同井底壓差下的聲波時差包括利用巖石聲波測量系統測定所述巖石在不同井底壓差下的聲波時差。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，在利用巖石聲波測量系統測定所述巖石在不同井底壓差下的聲波時差之前，還包括對所述巖石進行如下預處理的步驟 利用取芯機從整塊巖石上取出預設規格的巖心； 利用車床把巖心的兩個斷面車平； 將所述巖心放入烤箱以進行烘烤處理； 將烘烤處理後的巖心放入飽和罐以進行飽和處理； 將飽和處理後的巖心放入所述巖石聲波測量系統的聲波夾持器中。
4.根據權利要求2或3所述的方法，其特徵在於，所述巖石聲波測量系統包括 聲波夾持器、軸壓泵、圍壓泵、地層壓カ泵、高壓氮氣瓶和示波器；所述軸壓泵、圍壓泵、地層壓カ泵和示波器分別與所述聲波夾持器連接；所述軸壓泵和圍壓泵，分別用於對所述聲波夾持器內的巖石加載軸壓和圍壓；所述地層壓カ泵，用於為所述聲波夾持器內的巖石加載孔隙壓カ；所述高壓氮氣瓶與所述地層壓カ泵連接，作為控制所述地層壓カ泵的氣動開關; 所述聲波夾持器的兩端分別設置有發射模塊和接收模塊；所述發射模塊包括發射機和發射換能器；所述發射機，用於產生一定頻率的電脈衝；所述發射換能器，用於將所述ー定頻率的電脈衝轉換成聲波，並向所述巖石輻射；所述接收模塊包括接收機和接收換能器；所述接收換能器，用於接收從巖石的巖體傳來的聲波，並將其轉換成電脈衝送到所述接收機內；所述接收機，用於將接收到的電脈衝進行放大，並傳送給所述示波器； 所述示波器，與所述接收機相連，用於根據放大處理後的電脈衝測量出聲波時差； 其中，所述聲波夾持器的設置有接收模塊的一端與大氣連通，設置有發射模塊的一端與所述地層壓カ泵和所述軸壓泵相連。
5.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述測定所述巖石在不同井底壓差下的可鑽性級值包括 利用巖石可鑽性測量系統測定所述巖石在不同井底壓差下的可鑽性級值。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述巖石可鑽性測量系統包括 巖心夾持器、地層壓カ泵、軸壓泵、圍壓泵、井底壓カ泵、鑽頭、井下相互作用中心控制器和主控計算機； 所述巖心夾持器，其上部容納有實驗巖心且下部容納有鑽頭，分別與所述地層壓カ泵、所述軸壓泵、所述圍壓泵和所述井底壓カ泵連接； 所述圍壓泵，用於為所述實驗巖心施加圍壓載荷； 所述軸壓泵，用於為所述實驗巖心施加軸壓載荷；所述地層壓カ泵和所述井底壓カ泵，用於分別從巖心夾持器的上下兩端的流體注入ロ，向所述實驗巖心內部注入液體，為所述巖石施加地層壓カ和井底壓カ； 所述井下相互作用中心控制器，與所述地層壓カ泵、所述軸壓泵、所述圍壓泵、所述井底壓カ泵連接，用於在所述主控計算機的控制下，設置並調節所述軸壓泵、所述圍壓泵、所述地層壓カ泵和所述井底壓カ泵輸出的壓力，以及採集包含鑽頭的鑽進時間和壓力數據在內的測量數據； 所述主控計算機，用於向所述井下相互作用中心控制器發出控制指令，並接收所述井下相互作用中心控制器反饋的測量數據，以及根據所述測量數據中包含的鑽頭的鑽進時間計算出巖石在不同井底壓差下的可鑽性級值。
7.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，根據所述巖石在不同井底壓差下的聲波時差、以及所述巖石在不同井底壓差下的可鑽性級值，建立預測不同井底壓差下的巖石可鑽性級值模型包括 將所述巖石不同井底壓差下的可鑽性級值、不同井底壓差、不同井底壓差下聲波時差組成多行三列的數據序列； 對所述數據序列進行多元回歸，得到多元非線性回歸方程Kdp = f (ΛΡ，Atp);其中，Kdp為所述巖石在不同井底壓差下的可鑽性級值，ΛΡ為井底壓差，Atp為所述巖石不同井底壓差下聲波時差； 建立實驗室內不同壓差下的實驗聲波時差與平衡測井聲波時差的轉換方程=f(AP, Atp0);其中，Atp為不同井底壓差下的聲波時差；Atpci為平衡測井實際聲波時差； 將所述轉換方程代入所述多元非線性回歸方程，得到用於預測不同井底壓差下的可鑽性級值模型Kdp = f ( Δ P, Δ tp0)。
8.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述示波器還與ー計算機相連接，所述計算機用於顯示所述示波器輸出的波形和/或數據。
全文摘要
本發明實施例提供一種預測不同井底壓差下巖石可鑽性級值的方法，包括下列步驟測定巖石在不同井底壓差下的聲波時差；測定所述巖石在不同井底壓差下的可鑽性級值；根據所述巖石在不同井底壓差下的聲波時差、以及所述巖石在不同井底壓差下的可鑽性級值，建立用於預測不同井底壓差下的巖石可鑽性級值模型；根據所述巖石可鑽性級值模型，計算待測巖石在不同井底壓差下的可鑽性級值。本發明為鑽頭選型、鑽進參數優化提供了重要的依據，對提高鑽進速度、降低鑽井成本起著重要作用。
文檔編號E21B49/00GK102691497SQ201210170140
公開日2012年9月26日 申請日期2012年5月28日 優先權日2012年5月28日
發明者張輝, 高德利, 黃鶴 申請人:中國石油大學(北京)