岩石可钻性研究

摘 要:为满足优质高速钻井的要求,需要对岩石可钻性做出更加精确的观测。本文对岩石力学参数和可钻性级值通过多元回归的方法得出了围压下岩石可钻性级值的相关模型,通过该模型,可以更准确的预测地层岩石可钻性。

关键词:钻井 岩石可钻性级值 岩石力学性质

中图分类号:TU458文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)04(b)-0001-01

1 引言

岩石可钻性的概念是在生产实践中形成,用以说明破碎岩石的工具与岩石之间的关系。现代的岩石可钻性概念有以下几种提法[1]:

(1)所谓岩石的可钻性,是指在一定技术条件下钻进岩石的难易程度;(2)可钻性可理解为钻井过程中岩石抗破碎强度的程度,它表征岩石破碎的难易程度;(3)岩石坚固性的钻孔方面的表现称为可钻性。

2 岩石可钻性及力学参数实验

2.1 牙轮钻头与PDC岩石可钻性的关系

对于岩石可钻性来讲,牙轮钻头的岩石可钻性同PDC钻头的岩石可钻性所反映的都是破岩工具破碎岩石的难易程度,所不同的只是使用的破岩工具不同而已,破岩方式及对不同地层的破岩速度也不同,但是牙轮钻头和PDC钻头的可钻性二者是紧密相连的,牙轮钻头可钻性级值高的地层,用PDC进行钻进可钻性级值同样高,根据实验结果对二者进行回归分析得到相关模型如下[2]:

(1)

式中:KPDC为PDC钻头岩石可钻性级值;

KD为牙轮钻头可钻性级值。

该式的相关系数为0.90。

从相关性模型中可以知道,二者的相关性很强,因此在后面的的研究中只研究牙轮钻头的可钻性,PDC钻头的可钻性与牙轮钻头相似。

2.2 岩石可钻性级值(微钻速/与岩石抗压强度的关系)(如表1)

将表1中的岩石可钻性级值与抗压强度进行统计回归分析,可得到用抗压强度表示岩石可钻性级值,回归方程为:

(2)

(3)

式中

Kd为可钻性级值,

бc为抗压强度(mPa),

Vm为微钻速(m/H)

式(1)的相关因数为:0.824,式(2)的相关系数为0.726(如图1图2)

2.3 岩石可钻性级值与岩石力学参数的关系

岩石可钻性级值与岩石物理性质的单元回归分析表明,可钻性和岩石抗压强度和硬度的关系较密切,而与朔性系数关系较差,即硬度和抗压强度是可钻性的综合反应,以下是把岩石的多种力学性质参数(其中包括岩石的抗压强度、硬度、泊松比、朔性系数、杨氏模量)通过多元逐步回归分析得到相关性模型[3、4、5]:

(5)

式中 Kd为牙轮钻头可钻性;

бC为岩石抗压强度;

Py为岩石硬度;

E为杨氏模量;

μ为泊松比;

k为朔性系数。

以上回归分析中,复相关系数为0.712,显著性检验值F=29.787.47。

由于朔性系数显著性较差,故将该因子剔除,进行四元回归,分析模型为:

(6)

由于岩石硬度与岩石抗压强度两因子相关性较强,以下是岩石可钻性级值与岩石抗压强度、杨氏模量、迫松比的回归方程:

(7)

复相关系数为:0.416

F检验值为:6.109>4.17

从结果来看,去掉岩石硬度力学参数后,对回归方程的影响较大。

不考虑岩石抗压强度的可钻性级值与岩石力学参数的回归方程:

(8)

复相关系数为:0.712

F检验值为:29.78>>7.56

在结果中可以看到,在只有岩石硬度,朔性系数和杨氏摸量与岩石可钻性级值的回归中,复相关系数与(5)式的很接近.F检验值也很高.由此可以说明岩石的硬度对岩石的可钻性级值相关性很显著.

3 结论

(1)岩石可钻性级值与岩石力学参数有着密切的关系,其岩石的硬度与抗压强度作用很显著。

(2)通过岩石可钻性级值与岩石力学参数的统计回归得出相关型模型,可以预测实际地层的岩石可钻性,并比较了是否围压的情况下的可钻性级值,围压下的岩石可钻性级值高于室内研究的可钻性级值。

参考文献

[1] 尹宏锦.实用岩石可钻性,石油大学出版社,1989.

[2] 回归分析及其实验设计,上海教育出版社,1978.

[3] 多元统计分析,中国统计出版社,1999.

[4] 尹宏锦.地层宏观可钻性与实用原理,石油大学学报,1988(3).

[5] 周祖辉,尹宏锦.岩石可钻性各向异性的微钻头实验研究,华东石油学院学报,1986(6).

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