專利名稱：一種預(yù)測(cè)不同井底壓差下巖石可鉆性級(jí)值的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地下資源 鉆采工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及ー種預(yù)測(cè)不同井底壓差下巖石可鉆性級(jí)值的方法。
背景技術(shù)：
巖石的可鉆性在油氣田的勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可以作為鉆頭選型和指導(dǎo)地質(zhì)分層的重要依據(jù)。從上世紀(jì)中葉，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者們就致カ于巖石可鉆性的研究，通過(guò)室內(nèi)巖心實(shí)驗(yàn)法來(lái)確定地層巖石的可鉆性級(jí)值被石油行業(yè)廣泛采納。準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)巖石可鉆性對(duì)提高深井機(jī)械鉆速、縮短鉆井周期、提高深井鉆井水平有著十分重要的意義。目前國(guó)內(nèi)外巖石可鉆性的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法僅限于常壓下的微鉆頭法，其結(jié)果與巖石在不同井底壓差下的實(shí)際可鉆性差異較大，遠(yuǎn)不能滿足工程需要。因此，在本技術(shù)領(lǐng)域中需要有ー種方法，能夠利用聲波測(cè)井資料直接預(yù)測(cè)不同井底壓差下的巖石可鉆性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種評(píng)價(jià)不同井底壓差下巖石可鉆性級(jí)值的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。為達(dá)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種預(yù)測(cè)不同井底壓差下巖石可鉆性級(jí)值的方法，所述方法包括測(cè)定所述巖石在不同井底壓差下的聲波時(shí)差；測(cè)定所述巖石在不同井底壓差下的可鉆性級(jí)值；根據(jù)所述巖石在不同井底壓差下的聲波時(shí)差、以及所述巖石在不同井底壓差下的可鉆性級(jí)值，建立用于預(yù)測(cè)不同井底壓差下的巖石可鉆性級(jí)值模型；根據(jù)所述巖石可鉆性級(jí)值模型，計(jì)算待測(cè)巖石在不同井底壓差下的可鉆性級(jí)值。本發(fā)明實(shí)施例的方法的有益技術(shù)效果在干能夠利用聲波測(cè)井資料直接預(yù)測(cè)不同井底壓差下的巖石可鉆性級(jí)值。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做ー簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明實(shí)施例預(yù)測(cè)不同井底壓差下巖石可鉆性級(jí)值的方法流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的巖石聲波測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的巖石可鉆性測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。圖I為本發(fā)明實(shí)施例的一種預(yù)測(cè)不同井底壓差下巖石可鉆性級(jí)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(cè)定該巖石(實(shí)驗(yàn)巖石)在不同井底壓差下的聲波時(shí)差。在本步驟中，較佳地是利用巖石聲波測(cè)量系統(tǒng)測(cè)定所述巖 石在不同井底壓差下的聲波時(shí)差?？蛇x地，在利用巖石聲波測(cè)量系統(tǒng)測(cè)定所述巖石在不同井底壓差下的聲波時(shí)差之前，還包括對(duì)所述巖石進(jìn)行如下預(yù)處理的步驟利用取芯機(jī)從整塊巖石上取出預(yù)設(shè)規(guī)格的巖心；利用車床把巖心的兩個(gè)斷面車平；將所述巖心放入烤箱以進(jìn)行烘烤處理；將烘烤處理后的巖心放入飽和罐以進(jìn)行飽和處理；將飽和處理后的巖心放入所述巖石聲波測(cè)量系統(tǒng)的聲波夾持器中。更加詳細(xì)地，步驟110具體可包括下列步驟I)利用取芯機(jī)從整塊巖石上取出直徑例如為76. 2mm、長(zhǎng)度為IOOmm的巖心。較佳地使用車床把巖心的兩個(gè)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(duì)巖心進(jìn)行飽和處理，飽和罐內(nèi)具有工作液。3)將被工作液飽和好的巖心放入巖石聲波測(cè)量系統(tǒng)(如圖2)的聲波夾持器中，連接好相關(guān)的管線。首先通過(guò)調(diào)節(jié)軸壓泵和圍壓泵，對(duì)巖石加載軸壓和圍壓；再調(diào)節(jié)地層壓カ泵(本發(fā)明實(shí)施例使用的地層壓カ泵為美國(guó)進(jìn)ロ的ISCO 100D型精密注射泵，需要通過(guò)高壓氮?dú)饪刂茪鈩?dòng)開(kāi)關(guān))，對(duì)實(shí)驗(yàn)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(shù)值上相等，本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)調(diào)節(jié)不同的孔隙壓カ對(duì)巖石的不同井底壓差下的聲學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。在聲波夾持器的兩端分別設(shè)置有發(fā)射模塊21和接收模塊22。發(fā)射模塊21包括發(fā)射機(jī)和發(fā)射換能器。發(fā)射機(jī)是ー種聲源訊號(hào)發(fā)生器，由它產(chǎn)生一定頻率的電脈沖(經(jīng)放大后由發(fā)射換能器轉(zhuǎn)換成聲波，并向巖石福射)。發(fā)射換能器是ー種實(shí)現(xiàn)聲訊和電能相互轉(zhuǎn)換的儀器，將一定頻率的電脈沖加到發(fā)射換能器的壓電晶片時(shí)，晶片就會(huì)在其法向或徑向產(chǎn)生機(jī)械震動(dòng)，從而產(chǎn)生聲波。晶體的機(jī)械震動(dòng)與電脈沖是可逆的。接收模塊22包括接收機(jī)和接收換能器。接收換能器接收巖體傳來(lái)的聲波，并將其轉(zhuǎn)換成電脈沖送到接收機(jī)內(nèi)。接收機(jī)是將接收到的電脈沖進(jìn)行放大，并將聲波訊號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)采集系統(tǒng)將數(shù)據(jù)直接傳給示波器，再由示波器測(cè)量出聲波時(shí)差。所述示波器還與ー計(jì)算機(jī)相連接，所述計(jì)算機(jī)用于顯示所述示波器輸出的波形和/或數(shù)據(jù)。步驟120、測(cè)定該巖石在不同井底壓差下的可鉆性級(jí)值。具體地，本步驟可以利用巖石可鉆性測(cè)量系統(tǒng)測(cè)定該巖石在不同井底壓差下的可鉆性級(jí)值。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的巖石可鉆性測(cè)量系統(tǒng)的功能框圖，如圖3所示，該巖石可鉆性測(cè)量系統(tǒng)包括巖心夾持器、地層壓カ泵、軸壓泵、圍壓泵、井底壓カ泵、鉆頭和井下相互作用中心控制器和主控計(jì)算機(jī)；所述巖心夾持器，上部容納有實(shí)驗(yàn)巖心且下部容納有鉆頭，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，用于為巖石(即實(shí)驗(yàn)巖心)施加圍壓載荷；所述軸壓泵，用于為巖石施加軸壓載荷；所述地層壓カ泵和所述井底壓カ泵，用于分別從巖心夾持器的上下兩端的流體注入ロ，向巖石內(nèi)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，用于在所述主控計(jì)算機(jī)的控制下，設(shè)置并調(diào)節(jié)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，并采集包含鉆頭的鉆進(jìn)時(shí)間和壓力數(shù)據(jù)在內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)；所述主控計(jì)算機(jī)，用于向所述井下相互作用中心控制器發(fā)出控制指令，并接收所述井下相互作用中心控制器反饋的測(cè)量數(shù)據(jù)，以及根據(jù)所述測(cè)量數(shù)據(jù)中包含的鉆頭的鉆進(jìn)時(shí)間計(jì)算出巖石在不同井底壓差下的可鉆性級(jí)值。在這套系統(tǒng)中，全部數(shù)據(jù)的處理都是通過(guò)探頭自動(dòng)化采集，最終匯總到主控計(jì)算機(jī)，直接通過(guò)主控計(jì)算機(jī)內(nèi)的控制軟件進(jìn)行計(jì)算。主控計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，通過(guò)井下相互作用中心控制器來(lái)具體的執(zhí)行。控制器是ー個(gè)執(zhí)行者，所有的壓カ管線和控制線路都在控制器里面匯聚，但是其受到主控計(jì)算機(jī)的控制。而且該中心控制器是通過(guò)多個(gè)壓カ探頭檢測(cè)各泵的實(shí)際壓カ數(shù)據(jù)，并進(jìn)行壓カ調(diào)節(jié)以使各泵達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需要穩(wěn)定壓カ值。更加詳細(xì)地，步驟120的處理過(guò)程具體可包括下列步驟I)將測(cè)完聲學(xué)參數(shù)的巖心放入巖石可鉆性測(cè)量系統(tǒng)(如圖3)的巖心加持器中。圖3所例示的巖石可鉆性測(cè)量系統(tǒng)可以模擬鉆井過(guò)程中的轉(zhuǎn)速、鉆壓、上覆壓力、孔隙壓力、井底循環(huán)壓カ等參數(shù)，從而可以在室內(nèi)對(duì)實(shí)際鉆井的過(guò)程、機(jī)理、效果等進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)巖心放入巖心夾持器內(nèi)，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(guò)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(guò)給巖心夾持器的軸壓腔注入液體推動(dòng)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(nèi)部注入液體，為巖石施加地層壓カ和井底壓カ。在主控計(jì)算機(jī)內(nèi)的計(jì)算機(jī)控制軟件中輸入實(shí)驗(yàn)所需的圍壓、軸壓、地層壓力、井底壓カ的數(shù)值，通過(guò)井下相互作用中心控制器對(duì)上述軸壓泵、圍壓泵、地層壓カ泵、井底壓カ泵進(jìn)行控制，保證在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各壓カ穩(wěn)定在本發(fā)明實(shí)施例設(shè)定的壓カ值。由于存在井底壓差，流出的液體最終流入天平上面的小燒杯，為評(píng)價(jià)巖石的物性提供參考數(shù)據(jù)。2)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制壓カ系統(tǒng)，調(diào)節(jié)不同的井底壓差(與測(cè)定巖石聲波參數(shù)的壓差一致)。3)待壓カ穩(wěn)定后鉆頭上升對(duì)巖石進(jìn)行鉆迸，系統(tǒng)軟件會(huì)根據(jù)鉆進(jìn)時(shí)間計(jì)算出巖石在不同井底壓差條件下的可鉆性級(jí)值。由于實(shí)驗(yàn)所用的鉆頭和鉆壓是可變的，因此需要進(jìn)行轉(zhuǎn)化整標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的巖石可鉆性，轉(zhuǎn)換公式為
■■2 718^
_] = Iogi==Iog2' d2r, (I)式中，Kdp為不同井底壓差下的可鉆性級(jí)值·Χ為實(shí)際鉆壓，単位N ；d為實(shí)際鉆頭直徑，單位mm 為實(shí)際鉆速，單位mm/s ；T為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間,單位S。上述步驟110-120所測(cè)定的、不同井底壓差下的巖石可鉆性級(jí)值、不同井底壓差、不同井底壓差下的聲波時(shí)差、實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表一表一
權(quán)利要求
1.一種預(yù)測(cè)不同井底壓差下巖石可鉆性級(jí)值的方法，其特征在于，所述方法包括 測(cè)定巖石在不同井底壓差下的聲波時(shí)差； 測(cè)定所述巖石在不同井底壓差下的可鉆性級(jí)值； 根據(jù)所述巖石在不同井底壓差下的聲波時(shí)差、以及所述巖石在不同井底壓差下的可鉆性級(jí)值，建立用于預(yù)測(cè)不同井底壓差下的巖石可鉆性級(jí)值模型； 根據(jù)所述巖石可鉆性級(jí)值模型，計(jì)算待測(cè)巖石在不同井底壓差下的可鉆性級(jí)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述測(cè)定所述巖石在不同井底壓差下的聲波時(shí)差包括利用巖石聲波測(cè)量系統(tǒng)測(cè)定所述巖石在不同井底壓差下的聲波時(shí)差。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在利用巖石聲波測(cè)量系統(tǒng)測(cè)定所述巖石在不同井底壓差下的聲波時(shí)差之前，還包括對(duì)所述巖石進(jìn)行如下預(yù)處理的步驟 利用取芯機(jī)從整塊巖石上取出預(yù)設(shè)規(guī)格的巖心； 利用車床把巖心的兩個(gè)斷面車平； 將所述巖心放入烤箱以進(jìn)行烘烤處理； 將烘烤處理后的巖心放入飽和罐以進(jìn)行飽和處理； 將飽和處理后的巖心放入所述巖石聲波測(cè)量系統(tǒng)的聲波夾持器中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述巖石聲波測(cè)量系統(tǒng)包括 聲波夾持器、軸壓泵、圍壓泵、地層壓カ泵、高壓氮?dú)馄亢褪静ㄆ?；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，分別用于對(duì)所述聲波夾持器內(nèi)的巖石加載軸壓和圍壓；所述地層壓カ泵，用于為所述聲波夾持器內(nèi)的巖石加載孔隙壓カ；所述高壓氮?dú)馄颗c所述地層壓カ泵連接，作為控制所述地層壓カ泵的氣動(dòng)開(kāi)關(guān); 所述聲波夾持器的兩端分別設(shè)置有發(fā)射模塊和接收模塊；所述發(fā)射模塊包括發(fā)射機(jī)和發(fā)射換能器；所述發(fā)射機(jī)，用于產(chǎn)生一定頻率的電脈沖；所述發(fā)射換能器，用于將所述ー定頻率的電脈沖轉(zhuǎn)換成聲波，并向所述巖石輻射；所述接收模塊包括接收機(jī)和接收換能器；所述接收換能器，用于接收從巖石的巖體傳來(lái)的聲波，并將其轉(zhuǎn)換成電脈沖送到所述接收機(jī)內(nèi)；所述接收機(jī)，用于將接收到的電脈沖進(jìn)行放大，并傳送給所述示波器； 所述示波器，與所述接收機(jī)相連，用于根據(jù)放大處理后的電脈沖測(cè)量出聲波時(shí)差； 其中，所述聲波夾持器的設(shè)置有接收模塊的一端與大氣連通，設(shè)置有發(fā)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(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述測(cè)定所述巖石在不同井底壓差下的可鉆性級(jí)值包括 利用巖石可鉆性測(cè)量系統(tǒng)測(cè)定所述巖石在不同井底壓差下的可鉆性級(jí)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述巖石可鉆性測(cè)量系統(tǒng)包括 巖心夾持器、地層壓カ泵、軸壓泵、圍壓泵、井底壓カ泵、鉆頭、井下相互作用中心控制器和主控計(jì)算機(jī)； 所述巖心夾持器，其上部容納有實(shí)驗(yàn)巖心且下部容納有鉆頭，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，用于為所述實(shí)驗(yàn)巖心施加圍壓載荷； 所述軸壓泵，用于為所述實(shí)驗(yàn)巖心施加軸壓載荷；所述地層壓カ泵和所述井底壓カ泵，用于分別從巖心夾持器的上下兩端的流體注入ロ，向所述實(shí)驗(yàn)巖心內(nèi)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，用于在所述主控計(jì)算機(jī)的控制下，設(shè)置并調(diào)節(jié)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，以及采集包含鉆頭的鉆進(jìn)時(shí)間和壓力數(shù)據(jù)在內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)； 所述主控計(jì)算機(jī)，用于向所述井下相互作用中心控制器發(fā)出控制指令，并接收所述井下相互作用中心控制器反饋的測(cè)量數(shù)據(jù)，以及根據(jù)所述測(cè)量數(shù)據(jù)中包含的鉆頭的鉆進(jìn)時(shí)間計(jì)算出巖石在不同井底壓差下的可鉆性級(jí)值。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述巖石在不同井底壓差下的聲波時(shí)差、以及所述巖石在不同井底壓差下的可鉆性級(jí)值，建立預(yù)測(cè)不同井底壓差下的巖石可鉆性級(jí)值模型包括 將所述巖石不同井底壓差下的可鉆性級(jí)值、不同井底壓差、不同井底壓差下聲波時(shí)差組成多行三列的數(shù)據(jù)序列； 對(duì)所述數(shù)據(jù)序列進(jìn)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鉆性級(jí)值，ΛΡ為井底壓差，Atp為所述巖石不同井底壓差下聲波時(shí)差； 建立實(shí)驗(yàn)室內(nèi)不同壓差下的實(shí)驗(yàn)聲波時(shí)差與平衡測(cè)井聲波時(shí)差的轉(zhuǎn)換方程=f(AP, Atp0);其中，Atp為不同井底壓差下的聲波時(shí)差；Atpci為平衡測(cè)井實(shí)際聲波時(shí)差； 將所述轉(zhuǎn)換方程代入所述多元非線性回歸方程，得到用于預(yù)測(cè)不同井底壓差下的可鉆性級(jí)值模型Kdp = f ( Δ P, Δ tp0)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述示波器還與ー計(jì)算機(jī)相連接，所述計(jì)算機(jī)用于顯示所述示波器輸出的波形和/或數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例提供一種預(yù)測(cè)不同井底壓差下巖石可鉆性級(jí)值的方法，包括下列步驟測(cè)定巖石在不同井底壓差下的聲波時(shí)差；測(cè)定所述巖石在不同井底壓差下的可鉆性級(jí)值；根據(jù)所述巖石在不同井底壓差下的聲波時(shí)差、以及所述巖石在不同井底壓差下的可鉆性級(jí)值，建立用于預(yù)測(cè)不同井底壓差下的巖石可鉆性級(jí)值模型；根據(jù)所述巖石可鉆性級(jí)值模型，計(jì)算待測(cè)巖石在不同井底壓差下的可鉆性級(jí)值。本發(fā)明為鉆頭選型、鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)化提供了重要的依據(jù)，對(duì)提高鉆進(jìn)速度、降低鉆井成本起著重要作用。
文檔編號(hào)E21B49/00GK102691497SQ201210170140
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者張輝, 高德利, 黃鶴 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)