姚家坡和黑家堡地區(qū)地層可鉆性研究

吳 瓊，高 斐

（長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北荊州 434023）

姚家坡和黑家堡地區(qū)地層可鉆性研究

吳 瓊，高 斐

（長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北荊州 434023）

姚家坡、黑家堡地區(qū)下部地層古老、巖性堅(jiān)硬、可鉆性差，為解決該地區(qū)鉆頭掉齒、機(jī)械鉆速慢、鉆井周期長(zhǎng)等問(wèn)題，在收集該區(qū)塊測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)、鉆井井史和實(shí)鉆巖心資料的基礎(chǔ)上，利用全自動(dòng)可鉆性測(cè)試儀，進(jìn)行了大量室內(nèi)巖心可鉆性實(shí)驗(yàn)研究，并建立了聲波時(shí)差測(cè)井與巖石可鉆性關(guān)系模型和該區(qū)塊的地層巖石可鉆性剖面。該項(xiàng)研究為該地區(qū)的鉆頭選型、提高機(jī)械鉆速提供了科學(xué)依據(jù)。

姚家坡、黑家堡地區(qū)；巖石可鉆性；聲波時(shí)差；鉆頭選型；機(jī)械鉆速

地層巖石可鉆性不僅是地層巖石抗鉆特性的主要指標(biāo)，而且是影響破巖效果、制約鉆井速度的主要因素。正確認(rèn)識(shí)地層的可鉆性對(duì)優(yōu)質(zhì)、快速鉆達(dá)目的層有著非常重要的意義。針對(duì)姚家坡和黑家堡地區(qū)下部地層沉積時(shí)間長(zhǎng)、年代久遠(yuǎn)、巖性致密和機(jī)械鉆速慢等特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)該區(qū)實(shí)鉆巖心室內(nèi)可鉆性實(shí)驗(yàn)，建立了聲波時(shí)差預(yù)測(cè)地層牙輪鉆頭和PDC鉆頭可鉆性級(jí)值數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了姚家坡、黑家堡地區(qū)下部地層可鉆性研究。

1 地質(zhì)特征分析

姚家坡、黑家堡地區(qū)地處于鄂爾多斯盆地陜北斜坡帶上，沉積環(huán)境為海相—海陸過(guò)渡相—陸相［1］。該地區(qū)主要鉆遇的下部地層為石千峰組、石盒子組、山西組、太原組、本溪組和馬家溝組。石千峰組、石盒子組主要為泥巖和膠結(jié)致密的砂礫巖，地層平均機(jī)械鉆速為2.09 m／h；山西組、太原組主要為泥巖、砂巖夾煤層，泥巖吸水具有塑性，地層平均機(jī)械鉆速為2.17 m／h；本溪組上部為厚煤層、中下部為泥巖夾細(xì)砂巖，地層平均機(jī)械鉆速為2.14 m／h。馬家溝組主要為碳酸巖地層夾凝灰質(zhì)泥巖，地層比較堅(jiān)硬，平均機(jī)械鉆速為1.44m／h。由此可以看出，該地區(qū)下部地層古老，巖性堅(jiān)硬，可鉆性差，導(dǎo)致該地區(qū)機(jī)械鉆速低，嚴(yán)重制約了油田開(kāi)發(fā)速度。

2 巖石可鉆性室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

本研究采用中國(guó)石油大學(xué)研制的全自動(dòng)巖石可鉆性測(cè)試儀測(cè)定巖石的微鉆頭可鉆性。按照《巖石可鉆性測(cè)定分級(jí)方法》（SY／T5462-2000）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。

圖1 全自動(dòng)可鉆性實(shí)驗(yàn)流程

本文收集了姚家坡、黑家堡地區(qū)已鉆井的實(shí)鉆巖心資料，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行巖樣加工，并在全自動(dòng)可鉆性測(cè)試儀上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

3 地層巖石可鉆性模型的建立［2］

姚家坡和黑家堡地區(qū)部分巖心的可鉆性結(jié)果見(jiàn)表1。圖2～圖3分別為可鉆性級(jí)值實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與所測(cè)試巖心對(duì)應(yīng)深度處的聲波時(shí)差數(shù)據(jù)所獲得的相關(guān)關(guān)系曲線。利用回歸分析可以獲得牙輪鉆頭和PDC鉆頭的可鉆性與聲波時(shí)差值之間的相關(guān)數(shù)學(xué)模型。

依據(jù)圖2，可建立牙輪鉆頭可鉆性級(jí)值與聲波時(shí)差值的關(guān)系為：

依據(jù)圖3，可建立PDC鉆頭可鉆性級(jí)值與聲波時(shí)差的關(guān)系為：

表1 姚家坡、黑家堡地區(qū)巖心可鉆性試驗(yàn)結(jié)果

圖2 牙輪鉆頭與聲波時(shí)差的關(guān)系

圖3 PDC鉆頭與聲波時(shí)差的關(guān)系

圖2、圖3及（1）、（2）式模擬結(jié)果表明，巖石的可鉆性級(jí)值與聲波時(shí)差數(shù)據(jù)具有良好的相關(guān)性，存在著較明顯的函數(shù)關(guān)系，因此，可以利用聲波時(shí)差數(shù)據(jù)求取巖石可鉆性。

4 地層可鉆性剖面預(yù)測(cè)

根據(jù)上述地層巖石聲波時(shí)差與巖石可鉆性的關(guān)系模型，利用已鉆井測(cè)井資料建立了姚家坡、黑家堡地區(qū)連續(xù)的地層可鉆性剖面［3］，并對(duì)該地區(qū)已鉆井段進(jìn)行巖石可鉆性評(píng)價(jià)。圖4和圖5分別給出了該地區(qū)已鉆井延144井聲波時(shí)差測(cè)井曲線和牙輪鉆頭、PDC鉆頭可鉆性級(jí)值沿井深分布規(guī)律。從曲線趨勢(shì)上看，聲波時(shí)差與可鉆性級(jí)值曲線形式基本相同，但趨勢(shì)相反。

圖4 延144井聲波時(shí)差數(shù)據(jù)

由圖5可以看出，姚家坡、黑家堡地區(qū)下部地層巖石可鉆性級(jí)值比較大，但變化幅度不是很大。地層巖石的可鉆性整體上隨著深度的增加而增大的。牙輪鉆頭的可鉆性的級(jí)值變化范圍為5～8之間，PDC鉆頭的可鉆性級(jí)值變化范圍為4～7之間。根據(jù)《中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)巖石可鉆性測(cè)定及分級(jí)方法》確定巖石可鉆性與地層硬度分類的關(guān)系，該地區(qū)整體上屬于中硬地層。在鉆井過(guò)程中，若選擇不合適的鉆頭，會(huì)對(duì)機(jī)械鉆速產(chǎn)生較大的影響。

為了驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，將延144井取心井段

圖5 延144井可鉆性級(jí)值剖面

2 086.00～2 652.00 m的地層巖石實(shí)測(cè)可鉆性數(shù)據(jù)與利用模型預(yù)測(cè)的可鉆性級(jí)值進(jìn)行了誤差分析，其結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 實(shí)測(cè)可鉆性級(jí)值與預(yù)測(cè)的可鉆性級(jí)值比較

從表2看出，地層的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值之間的誤差最大為2.9%，滿足工程設(shè)計(jì)要求。由此可以看出，室內(nèi)巖心可鉆性試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)與測(cè)井資料解釋結(jié)果具有較好的符合性，因此證明建立的可鉆性預(yù)測(cè)模型是適用于姚家坡、黑家堡區(qū)塊的。能夠滿足工程需要。

5 結(jié)論

（1）采用全自動(dòng)可鉆性測(cè)試儀開(kāi)展了室內(nèi)可鉆性實(shí)驗(yàn)研究，該儀器具有穩(wěn)定精確的控制鉆壓和可變鉆速的優(yōu)點(diǎn)，因此，得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較高的可靠性。

（2）結(jié)合測(cè)井資料和鉆井資料建立了適合于姚家坡、黑家堡地區(qū)可鉆性模型，并確定了地層連續(xù)的可鉆性剖面，為鉆井施工提供了技術(shù)支持。

（3）姚家坡、黑家堡地區(qū)下部地層牙輪鉆頭的可鉆性級(jí)值范圍為5～8，PDC鉆頭的可鉆性級(jí)值范圍為4～7。

（4）利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)預(yù)測(cè)的地層可鉆性級(jí)值與實(shí)際地層可鉆性級(jí)值相比較，最大誤差僅為2.9%，精度較高，滿足了工程設(shè)計(jì)要求。

［1］ 劉偉新，王延斌，張文濤，等.鄂爾多斯大牛地氣田古生界儲(chǔ)層成巖作用與產(chǎn)能關(guān)系研究［J］.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2008，30（6）：557-562.

［2］ 孫連環(huán)，鮑洪志，楊洪歧，等.準(zhǔn)噶爾盆地地層巖石可鉆性研究［J］.石油與地質(zhì)工程，2009，23（3）：86-88.

［3］ 夏宏南，楊明合，譚家虎，等.一種利用測(cè)井資料預(yù)測(cè)巖石可鉆性的計(jì)算機(jī)方法［J］.探礦工程，2004，（1）：47-49.

The precise prediction of formation drillability is of great importance to bit selection，ROP promotion and quick drilling.The formation of Yaojiapo and Heijiabao districts in Yanchang oilfiled is filled with hard and soft rock within each other，which leads to decreased ROP and poor drillability.In order to solve these problems，the logging data and well history are collected and a mathematical model correlating drillability and acoustic logging is established based on multiple rock drillability tests.Then the drillability distribution profile is got.The comparison between the prediction results and test results shows the error can be ignored.The research provides a scientific reference for bit selection and ROP promotion.

109 Research on formation drillability of Yaojiapo and Heijiabao areas

Wu Qiong et al （College of Petroleum Engineering，Yangtze University，Jingzhou，Hubei 434023）

Yaojiapo-Heijiaobao area；rock drillability；acoustic logging；bit selection；ROP

TE21

A

1673-8217（2011）06-0109-03

2011-06-07；改回日期：2011-07-28

吳瓊，1983年生，2006年畢業(yè)于天津師范大學(xué)，長(zhǎng)江大學(xué)在讀碩士研究生，主要從事油氣田開(kāi)發(fā)工程的研究工作。

劉洪樹(shù)