岩石可钻性的测定 中国石油大学(华东)
硬地层取芯中的岩石可钻进性与钻进方法

地层取芯中的岩石可钻进性与钻进方法引言:在地层取芯中不同岩石理化特性有很大差异。
从宏观到微观通过研究岩石的理化特征,以及相应的钻进手段对对岩石钻进的影响对岩石钻进时钻进效率进行分析,做到高效钻进。
本文主要讨论的是硬地层取芯中的诸多问题。
首先我们探讨岩石的可钻性。
对不同岩石的理化性质进行逐步分析。
然后介绍目前常见的取芯钻进方式,在不同岩石和不同钻进方式之间建立对应关系,对不同岩是做到对症下药逐个击破。
钻进效率最优。
最后,会讨论一些钻进时的辅助手段,从另一个侧面提高钻进效率做到百尺竿头更进一步。
岩层的钻进方法钻进方法的分类方法很多,有的根据钻进目的分类,有的根据碎岩方式分类,还有的根据冲洗介质的种类以及循环方式分类。
根据钻进目的可分为地质钻进、石油钻进、水进钻进、工程施工钻进等。
根据机械碎岩方式可分为回转钻进、冲击钻进、螺旋钻进、振动钻进等。
在回转钻进中,根据所用的钻头不同又可分为金刚石钻进、硬质合金钻进、牙轮钻进以及钢粒钻进等岩石的力学性质岩石的力学性质是岩石在外力作用下表现出来的特性。
主要有变形特性、强度特性和表面特性。
变形特性:弹性、塑性和脆性强度特性:抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度表面特性:硬度和研磨性岩石强度:岩石在载荷作用下变形到一定程度就发生破坏。
破坏前岩石所能承受的最大载荷,单位面积上的最大载荷。
根据受力条件不同,岩石强度又可分为抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度、抗压强度。
有单向应力状态下的强度,多向应力状态下的强度。
岩石的硬度:岩石表面对工具压入的反抗特性。
岩石硬度与抗压强度有一定联系,又有很大区别。
岩石抗压强度是岩石整块抗破碎的能力。
岩石抗压入硬度为单向抗压强度的(1+2π)倍。
测定压入硬度实际上使岩样产生局部破碎,而这种局部破碎是在多向受压状态下进行的。
岩石的研磨性:在用机械方法破碎岩石的过程中,钻头与岩石产生连续的或间断的接触和摩擦。
钻头破碎岩石的同时,其自身也受到岩石的磨损而逐渐变钝。
岩石可钻性与分形性关系研究

式中 曰 , ) 表 示 由粒径 的碎 屑破 碎成粒径 为 的砂岩岩 心碎 屑 的质量分布 函数 。砂 岩碎屑的质量保持不变 。试验表 明, 5 ) = K x , B ( x , ) = O ) 。为简单起见 , 令 一, £ ) = 1 , 则式( 3 — 1 ) 变为 : t ) = l  ̄ e x p ( -k x t ) ( 3 - 2 ) 令 向: , 相当于度量尺寸, 可以假 x c = 1 。所 以, 当 < d = 1 ) 时有:
4 结 论
即 =W / I V 4 . 1通 过 系 统 研 究 表 明 ,岩 屑 的 分形 方法 的 可 钻 性 测定 结 果 式中 W = a V , d 是一个含有 D和 d的函数, 而且是 随 D递减 的指 与岩心实验测量值一致 , 基本能满足钻井工程 的需要 。 数 函数, 而 d可 以根据岩屑尺寸的实际情况来确定 。Ⅳ 为牙 轮钻 4 . 2通过钻 屑岩 屑分形 方法 确定地 层岩 石 的可钻性 实验 分 头破碎岩 石所 需 的功率 , N=C P n D h , ( P为钻 压 为转速 , 为钻 析 , 需要大量 的的钻屑 的来 源 以满 足测定 的要求 , 对 于缺乏 岩心 头直径 ) 。 或者测井资料的地区更加适合 。 既然前人 通过大量 的实验证 明 , 岩屑的分形性与可钻性有 着 4 . 3岩屑分形对地层可钻性测定方法操作简易可行 , 基本能满 联系 。 所 以我们准备通过实验将 大量 的露 头岩石 , 建立起 关系。 将 足钻井现场应用的需要 , 为现场 的工程技术人员提供理论指导 。 岩石 以不 同的种类 、 不 同的可钻 性与其破碎后岩屑 的分形性建立 4 . 4低成本的岩屑分形法确定岩石 的地层可钻性 ,可以为油 数据库 , 通过 数据库 的建 立 , 将不 同油 田的钻 井过程 中上返岩 屑 气勘探 开发的巨大的经济效益 。 通过数据库进行分 析 , 建立 一种钻进 过程 中通过上返岩屑确立岩 4 . 5根据 前人 的实验钻头 的砂 岩破碎体是 分形, 且 等概率假 石可钻性的方法。 设条件下 , 深 井砂 岩破碎体 D大于泥岩 、 页岩的 D 。 并且我们的分析方法是用岩屑粒度 ,可 以利用钻井过程 的固相 4 . 6基 于 B o n d裂 纹 学 说 推 导 出 D 与 K d之 间 的 函 数关 系 , 并 处理来确立不同筛网的尺寸 , 等数据库建立完整后 , 可以同过此方法 制定 了一个 由岩屑 D表示 的岩石 可钻性预测标准, 使 用上返岩屑 推广到各大油 田。以后就可以直接根据固相处理分离 出的岩屑粒度 , D 描述 可钻 性 的方 法 在 实 践 中是 可 行 的 。 加 上 岩屑 的迟 到时 间 , 预 测钻 进油 层 的岩石 的可钻 『 生 级数。 4 . 7通过对岩 屑的分析可得 出钻屑 和废 钻井液 的主要成分 , 进 而选 用适宜的处理剂 , 来 实现钻井生产过程 中产生 的钻屑 和废 3牙轮 钻 头的 破岩 机理 分形 研究 钻井液全部处理 。 钻井( d i r l l i n g ) 是 利用机械设备 、 在地 层 中钻成具有 一定深度 参 考 文献 的圆柱形孔 眼的钻探 工程 。 钻 井是通过钻头进行对地下 的地层岩 [ 1 ] z h 0 n g y a n z h a o . Y i w a n g a n d . X i a o H a o L i u F r a c t a l a n a l y s i s a p p l i e d t o 石 的破 碎过程。钻井钻头的破 碎岩石过程按 照研究对象大致可 以 c a l a c l a s t i c r o c k s 1 9 9 0 分为以下几类 : 【 2 ] Ma n d e l b r o t B B . T h e F r a c t a l G e o me t r y o f N a t u r e . N e w Y o r k : W. H . 钻头 的类 型 : 可分 为牙轮 钻头 、 P D C钻 头 、 刮刀钻头 等 , 本文 Fr e e ma n . 1 9 8 2 我们 主要研究 的是牙 轮钻 头类 型 ; [ 3 ] J a e g e r J C, C o o k N G W. F u n d a me n t a l s o f r o c k x n e c h a r i c s . 2 n d e d 地层 岩性 : 砂岩 、 泥岩 、 页岩 、 碳 酸岩 和火 山岩等各种岩性 ; [ M] . L o n d o n : c h a p ma n& Ha l 1 . 1 9 7 6 破碎过程 : 可分为表面破碎阶段 或体 积破碎 阶段 ; 『 4 】 高峰, 谢和平, 赵鹏. 岩石块度分布 的分形性质及细观结构效应[ . 『 ] . 钻 头在地层岩石 中的破碎形式 : 钻头侧 向切 削破岩作用与轴 岩 石力 学与 工程学 报, 1 9 9 4 , ( 3 ) : 2 4 0— 2 4 6 . 向切 削破岩作用 ; 【 5 l 高峰, 谢 和平, 赵鹏 . 岩石块度分布 的分形性质及细观结构效应 破碎机理 : 为压碎 、 冲击和剪切作用 。 【 J 】 . 岩石力学与工程学报, 1 9 9 4 , 1 3 f 3 ) : 2 4 0— 2 4 6 . 本文选择 的是牙轮钻头 的典型破碎形式 , 图3 - 1是钻头破碎 [ 6 ] 姚宇新 . 破碎能耗 的分维数【 J ] _ 大连铁道学 院学报, 2 0 0 4 , 2 5 ( 3 ) : 一】 3 . 岩石 的示意 图,假设实验钻头是三牙轮钻头 ,地层岩性 主要为砂 9 岩, 轮齿对岩石的破碎形式有压碎 、 冲击和剪切作用 。 牙轮钻头破 [ 7 ] 马廷雷. 钻屑、 废 钻井液无 害化 处理技术研 究[ D ] . 辽宁: 大连海 岩产物 中多 以片状岩屑为主【 l 0 l 。 砂岩岩心破碎过程是分形过程 。 假 事大学 , 2 0 0 3 . 设某时刻 t , 粒径 为 x的砂岩岩心碎屑的质量分 布函数 为 批 , ) 。 [ 8 】 李 士斌 , 李玮. 岩石可钻性分形 法的可行性分析 [ J ] . 大庆 石油 则 时 间内 , 粒径介于 ~ + 的砂岩岩心碎屑 的质量为 : 学院学报, 2 0 0 6 , 3 0 ( 3 ) : 2 4 —2 6 . a / a t fa. H’ (x. t) / O. . , r f dx d t 【 9 】 张厚 美, 薛佑 刚. 岩石可钻性表示方法探讨[ J 1 . 钻采工艺, 1 9 9 9 , 这个碎 屑质量 同样可分为两部分 :砂岩岩心碎屑 以速率 s ( x ) 1 3 ( 1 ) : 1 0 -1 3 . 破碎为下一级粒径 的碎屑和 由粒径为 的砂岩。 岩心碎屑破碎成 [ 1 O ] 李士斌, 闫铁, 李 玮. 地层岩石 可钻性 的分 形表示方 法[ J I . 石 粒径介于 x  ̄ x + d x出的砂岩岩心碎屑的质量 : 油学报, 2 0 0 6 , 2 7 ( 1 ) : 1 2 4 —1 2 7 . 作 者 简 介 / a t l a M( x , O/ &l d x - - - S l a M( x , O/ O x l  ̄+
中国石油大学(华东)分析测试平台名单及服务内容

测井重点实验室-中国石油大学(华东)研究室
范宜仁
1.岩心预处理;2.岩心常规孔渗测量;3.岩心纵横波速测量(干样);4.岩心纵横波速测量(驱替);5.岩电实验测量;6.半渗透隔板法毛管压力曲线—电阻率联测;7.岩石电化学参数测量(常温常压):薄膜电位;8.岩石电化学参数测量(高温高压);9.岩心自然伽马能谱测量;10.岩心核磁共振标准T2谱测量;11.储层流体取样核磁共振测量;12.岩心二维核磁共振测量(驱替)。
12
山东省油田化学工程技术中心
张贵才
1.原油及水样组成分析;2.表面张力、界面张力、界面粘弹性及润湿性测定;3.化学驱油剂综合评价;4.酸化压裂工作液及其添加剂评价;5.高温高压用化学剂评价。
13
重质油国家重点实验室仪器分析平台
杨朝合
化工学院
1.油品微量S或N分析;2.C、H、N元素分析(固/液);3.S元素分析(固/液);4.O元素分析(固/液);5.IR定性;6.未知纯样品IR测试与解析;7.原位实验;8.原子吸收测定元素含量;9.XRD物相分析;10.XRD全岩矿物/粘土矿物定量分析;11.XRD晶粒度/结晶度/硅铝比分析;12.XRD原位分析;13.气相色谱炼厂气组成分析;14.气相色谱低温模拟蒸馏;15.气相色谱高温模拟蒸馏;16.汽油四组份及辛烷值;17.酸、酯类有机物定性定量分析;18.气相色谱质谱分析;19.气相色谱测定汽油、柴油总硫及硫类型分布;20.气相色谱测定汽油、柴油总氮及氮类型分布;21.气相色谱顶空分析;22.气相色谱测定常规模型化合物/苯系物分析;23.气相色谱测定原油中H2S分析;24.BET微孔全分析;25.BET介孔全分析;26.BET测定金属分散度/化学吸附;27.压汞法孔结构全分析;28.扫描电镜普通形貌像;29.扫描电镜高分辨像;30.扫描电镜能谱分析;31.透射电镜形貌像;32.透射电镜高分辨像;33.透射电镜能谱分析;34.X荧光定性半定量全分析;35.X荧光催化剂定量全分析;36.X荧光定量每元素(粉末/液体).
中国石油大学(北京)2019春季期末考试_《钻井工程》参考答案

中国石油大学(北京)远程教育学院期末考试《钻井工程》一、名词解释(每小题5分,共20分)1、井斜方位角答:井斜方位角:某测点处的井眼方向线投影到水平面上,称为井眼方位线,或井抖方位线。
以正北方位线为始边,顺时针方向旋转到井眼方位线上所转过角度,即井眼方位角。
注意,正北方位线是指地理子午线沿正北方向延伸线段。
所以正北方位线和井眼方位线也都是有向线段,都可以用矢量表示。
2、硬关井答:发现井涌后,在节流阀关闭的情况下关闭防喷器。
本方法关井最迅速,地层流体侵入井眼最少。
但在防喷器关闭期间,由于环空流体由流动突然变为静止,对井口装置将产生水击作用。
其水击波又会反作用于整个环空,也作用于套管鞋处及裸眼地层。
严重时,可能损害井口装置,并有可能压漏套管鞋处地层及下部裸眼地层。
3.欠平衡钻井答:所谓欠平衡压力钻井,即在钻井过程中允许地层流体进入井内,循环出井,并在地面得到控制。
其主要标志为井底有效压力低于地层压力。
由此可见,采用密度低于1.0g/cm,的钻井液钻井,未必是欠平衡钻井,而在压力系数低于1.0的油气藏进行欠平衡钻井则必须采用低密度钻井液。
实际上欠平衡钻井既可以在低压油气藏进行,只要满足欠平衡压力条件,也可以在较高地层压力且井眼稳定的油气藏进行。
4.岩石的可钻性答:岩石可钻性是岩石抗破碎的能力。
可以理解为在一定钻头规格、类型及钻井工艺条件下岩石抵抗钻头破碎的能力。
可钻性的概念,已经把岩石性质由强度、硬度等比较一般性的概念,引向了与钻孔有联系的概念,在实际应用方面占有重要的地位。
通常钻头选型、制定生产定额、确定钻头工作参数、预浏钻头工作指标等都以岩石可钻性为基础。
二、简答题(每小题10分,共40分)1.钟摆钻具组合的防斜原理答:钟摆钻具原理如图所示。
当钟摆摆过一定角度时,在钟摆上会产生一个向回摆的力Gc,称作钟摆力,Gc=G.sina。
显然,钟摆摆过的角度越大,钟摆力就越大。
如果在钻柱的下部适当位置加一个扶正器,该扶正器支撑在井壁上,使下部钻柱悬空,则该扶正器以下的钻柱就好像一个钟摆,也要产生一个钟摆力。
第一讲:岩石可钻性与研磨性

1.1 岩石的分类
四、沉积岩
3.沉积岩的结构特征
① 碎屑结构:
按胶结方式,可分为:
—接触胶结:胶结物含量很少,分布于碎屑颗粒相互接触的地方。 —孔隙胶结:胶结物充填于碎屑颗粒之间的孔隙中。 —基底胶结:碎屑颗粒彼此不相接触呈漂浮或游离状分散在填隙物内。
接触胶结
孔隙胶结
基底胶结
25
1.1 岩石的分类
5
1.1 岩石的分类
二、 岩石分类
岩石:一种或多种造岩矿物颗粒的集合体。颗粒之间或者由直接接 触面上的联系力联结,或者由外来的胶结物胶结。 岩石按照其成因可分为三大类: (1)岩浆岩(火成岩):由岩浆(硅酸盐熔体)冷凝而成,占地壳体积 95%。如玄武岩、花岗岩、珍珠岩等。
(2)变质岩:已经形成的岩浆岩和沉积岩受高温、高压的作用,或外 来物质加入,改变了原来的成分和结构,变成新的岩石。 如石灰岩→大理岩;页岩→板岩;砂岩→石英岩等。 (3)沉积岩:母岩风化后产物经过搬运、沉积及成岩作用而形成的岩 石,占地表体积的75%。如泥岩、砂岩、石灰岩等。 这类岩石都成层状,最先沉积者在下部,时代较老;层次 愈上者,则时代愈新,这叫做叠臵层法则。
9
1.1 岩石的分类
三、 岩浆岩
4.岩浆岩的构造特征
岩浆岩的构造:是指矿物颗粒在岩石中的组合方式和空间分布情况。 岩浆岩常见构造: 块状构造: 矿物分布杂乱无章,呈致密块状。如花岗岩等。 流纹状构造:由于熔岩流动,由一些不同颜色条纹和拉长气孔等定 向排列所形成的流动状构造。仅出现于喷出岩中,如 流纹岩等。 气孔状构造:岩浆凝固时,挥发性气体未能及时逸出,在岩石中留 下许多圆形、椭圆形或长管形的孔洞。 杏仁状构造:岩石中的气孔被后期矿物(如石英、方解石等)填充 所形成的形似杏仁的构造。如某些玄武岩和安山岩。 条带状构造:矿物颗粒呈条带状分布。
钻井工程理论与技术(第二版)课后题简答题答案

钻井⼯程理论与技术(第⼆版)课后题简答题答案第⼀章钻井的⼯程地质条件1.简述地下各种压⼒的基本概念及上覆岩层压⼒、地层孔隙压⼒和基岩应⼒三者之间的关系。
答:静液压⼒:是由液柱⾃⾝的重⼒所引起的压⼒,它的⼤⼩与液体的密度、液柱的垂直⾼度或深度有关。
地应⼒:钻井⼯程施⼯之前存在于地下某点的应⼒状态为原地应⼒状态。
地层孔隙压⼒:岩⽯孔隙中流体所具有的压⼒。
也称地层压⼒。
上覆岩层压⼒:是指由上覆岩层重⼒产⽣的铅垂⽅向的地应⼒分量。
该处以上地层岩⽯基质和岩⽯孔隙中流体的总重⼒所产⽣的压⼒。
基岩应⼒:是指由岩⽯颗粒间相互接触⽀撑的那⼀部分上覆岩层压⼒。
也称有效上覆岩层压⼒或⾻架应⼒。
地层破裂压⼒:地层某深度处的井壁产⽣拉伸破坏时的应⼒地层坍塌压⼒:地层某深度处的井壁产⽣剪切破坏时的应⼒上覆岩层的重⼒是由岩⽯基质(基岩)和岩⽯孔隙中的流体共同承担的,即上覆岩层压⼒是地层压⼒与基岩应⼒的和2、简述地层沉积⽋压实产⽣异常⾼压的机理。
答:在稳定沉积过程中,若保持平衡的任意条件受到影响,正常的沉积平衡就被破坏。
如果沉积速度很快,岩⽯颗粒就没有⾜够的时间去排列,孔隙内流体的排出受到限制,基岩⽆法增加它的颗粒与颗粒之间的压⼒。
由于上覆岩层继续沉积,负荷增加,⽽下⾯基岩的⽀撑能⼒没有增加,孔隙中的流体必然开始部分地⽀撑本来应由岩⽯颗粒所⽀撑的那部分上覆岩层压⼒,从⽽导致了异常⾼压。
3、简述在正常压实的地层中岩⽯的密度、强度、孔隙度、声波时差和dc指数随井深变化的规律。
答:所以随井深的增加,地层中岩⽯密度逐渐变⼤,⽽岩⽯的孔隙度变⼩。
随着井深的增加,岩⽯的强度增⼤。
在正常地层压⼒井段,随着井深增加,岩⽯的孔隙度减⼩,声波速度增⼤,声波时差减⼩。
在正常地层压⼒情况下,机械钻速随井深增加⽽减⼩,d指数随井深增加⽽增⼤。
所以dc指数也随井深的增加⽽增⼤。
4、解释地层破裂压⼒的概念,怎样根据液压实验曲线确定地层破裂压⼒。
答:在井下⼀定深度的裸露地层,承受流体压⼒的能⼒是有限的,当液体压⼒达到⼀定数值时会使地层破裂,这个液体压⼒称为地层破裂压⼒。
中国石油大学(华东)油层物理知识点汇总
一.填空题(每空 0.5 分,共 14 分)1.地层油的粘度随温度的增加而减小,当压力高于饱和压力时,随压力的减减小;当压力低于饱和压力时,随压力降低而增大。
2.测定岩石绝对渗透率的条件是:岩石孔隙空间 100%被某一种流体所饱和体与岩石不发生物理化学反应;流体在岩石孔隙中的渗流为最稳定的层流。
3.孔隙度分为绝对孔隙度,有效孔隙度和流动孔隙度,通常测定的孔隙有效孔隙度。
4.根据苏林分析法,地层水主要分为硫酸钠(Na2SO4)水型,碳酸氢钠(NaHC水型,氯化镁(MgCl2)水型,氯化钙(CaCl2)水型。
5.在储层岩石中,不同胶结物具有不同的特性,泥质胶结物的特性是遇水膨灰质胶结物的特性是遇酸反应,硫酸盐胶结物的特性是高温脱水。
6.某油藏为封闭的未饱和油藏,随着油藏的开发,油藏压力降低,这会导致孔隙体积变小(变大,变小,不变),束缚水体积膨胀(膨胀,缩小,不变原油体积膨胀(膨胀,缩小,不变),从而使原油排出油藏,这是天然能量的弹性能。
而当压力低于泡点压力时,油藏中出现油,气两相,而且溶体积增加(增加,减小,不变),推动原油流动,这种驱动方式为溶解气7.颗粒平均直径小,则岩石比面大,则化学驱过程中吸附的化学剂多。
8.水驱油时的流度比越小,波及系数越大,采收率越大,在表面活性聚合物驱,碱驱中,用此机理的是聚合物驱1粒度曲线包括粒度组成分布曲线和粒度组成累积分布曲线2流体饱和度的主要测定方法有常压干馏法,蒸馏抽提法,色谱法3岩石比面越大,则平均粒径越小,对流体的吸附阻力越大4油藏原始地质储量是根据有效孔隙度来记称的,而油藏可采地质储量是根据流动孔隙度来记称的。
5已知空气分子量为29,若天然气的相对密度为0.6,则天然气的分子量为17.46在饱和压力下,地层油的单相体积系数最大,其粘度最小7地层水化学组成的两个显著特点是总矿化度高,它是与地表水的主要区别:溶解气量少,它是与地层油的主要区别8亲水油藏中,毛管力是水驱油过程的动力,亲油油藏中,毛管力是水驱油过程的阻力9在水油固体系中,若润湿接触角大于90°则润湿相是油相10在自吸吸入法测定岩样润湿性时,若被水驱出的油相体积大于被油驱出的水相体积,则该岩样的润湿相是水相11由于受毛管滞后现象的影响,必定使得自吸过程的湿相饱和度小于驱替过程的湿相饱和度。
松南气田深部地层可钻性级值研究
Ke r s S n n ng s ed r c rl b l y me h n c l rl n t , rl n me d i i gp e s r y wo d : o g a a f l , o k d i a i t , c a ia i l gr e d i i gt , rl n r su e i l i d i a l i l
岩石 可钻性 是在一 定钻 进技术 条件下 , 石抵 岩
摘要 : 松南气田深部地 层岩石可钻 性差给钻井工程带来很大难度。为提高钻 井速度 , 降低钻井周期 , 此次研究在分析现有
典 型岩 石可钻性级值确定方法 不足 之处 的基础上 , 选择钻速 方程 法来研究松 南气田地层可钻性级值 , 立 了该地 区纵 向 建 地层岩石 可钻 性剖面 , 以此为依据优选 的钻 头经现场应用取得 良好 的效果。通过计 算 出的地层可钻 性, 推荐 了松南气 田 泉头组和登娄库组的钻 头类型。实钻结果表明 , 推荐 的钻头较前期使 用钻头的平均机械钻速提高 3 以上。 0% 关键词 : 南气田; 松 岩石可钻 性; 机械 钻速; 时; 钻 钻压
油 气 藏评 价 与 开 发
第2 卷 第3 期
R SR ORE A U TO N E E O M N E E V I V L A I NA DD V L P E T 2 1年 6 02 月
松南气 田深部地层可钻性级值研究
赵建建
( 中国石油化工集团华东石 油局工程技术管理处 , 江苏 南京 2 0 1 ) 10 9
Z a aj n ho i i Jna
(nier gT cnl yA miirt n E sC i P t lu ueuoSN P , aj g J  ̄ s 1 09 C ia E gn e n eh o g d ns ai , at hn e oem B ra I O EC N ni ,i gu2 0 1, hn) i o t o a r f n a
岩石可钻性研究
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald研 究 报 告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P D C 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]:5711.041.0dPDC K K (1)式中:K PDC 为PDC钻头岩石可钻性级值;K D 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:c d K 043.0227.3 (2)c d V 000026.00041.0 (3)式中K d 为可钻性级值,бc 为抗压强度(mPa),V m 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]:y c d P K E K 02805.0184.001705.09759.00114.0758.3 (5)式中 K d 为牙轮钻头可钻性;бC 为岩石抗压强度;P y 为岩石硬度;E为杨氏模量;μ为泊松比;k为朔性系数。
《钻井工程理论与技术》课后题答案
2.简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理。
答:异常高压的形成是多种因素综合作用的结果,对于沉积岩地层的异常高压,目前世界上公认的成因是由于沉积物快速沉降,压实不均匀造成的。
在稳定沉积过程中,若保持平衡的任意条件受到影响,正常的沉积平衡就破坏。
如沉积速度很快,岩石颗粒没有足够的时间去排列,孔隙内流体的排出受到限制,基岩无法增加它的颗粒与颗粒之间的压力,即无法增加它对上覆岩层的支撑能力。
由于上覆岩层继续沉积,负荷增加,而下面基岩的支撑能力没增加,孔隙中的流体必然开始部分地支撑本来应的岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力,从而导致了异常高压。
3.简述在正常压实的地层中岩石的密度、强度、孔隙度、声波时差和d c 指数随井深变化的规律。
答:在正常压实的地层中岩石的密度随井深的增加而增加;强度随井深的增加而增加;孔隙度随井深的增加而减小;声波时差随井深的增加而减小;d c 指数随井深的增加而增大。
5.某井井深2000m ,地层压力25MPa ,求地层压力当量密度。
解: ()()0.00981250.009812000 1.276h h P H ρ==⨯=(g/cm 3)答:地层压力当量密度是 g/cm 36.某井垂深2500m ,井内钻井液密度为1.18 g/cm 3,若地层压力为,求井底压差。
解: ()27.52500 1.180.0098127.5 1.44b h P P P gh MPa ρ∆=-=-=⨯⨯-=答:井底压差是。
7.某井井深3200m ,产层压力为,求产层的地层压力梯度。
解: ()23.132000.0072/h h G P H MPa m ===答:产层的地层压力梯度m 。
9.岩石硬度与抗压强度有何区别?答:岩石硬度是岩石表面的局部抵抗外力压入的能力,抗压强度则是岩石整体抗压的能力。
10.岩石的塑性系数是怎么样定义的吗?简述脆性、塑脆性和塑性岩石在压入破碎时的特性。
答:(1)岩石的塑性系数是表征岩石塑性和脆性大小的参数;(2)脆性岩石在压入破碎时的特性:只有弹性为变形无塑性变形;塑脆性岩石在压入破碎时的特性:先产生弹性变形后产生塑性变形,最后发生塑性破碎;塑性岩石在压入破碎时的特性:只有塑性变形而无脆性破碎。
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中国石油大学(岩石可钻性的测定)实验报告
实验日期: 成绩:
班级: 学号: 姓名: 教师:
同组者:
岩石可钻性的测定
一、实验目的
1.了解岩石的可钻性;
2.掌握岩石可钻性的测量方法。
二、实验原理
1.实验设备
实验中使用岩石可钻性测试仪来测量岩石的可钻性,如下图1 所示。设备
的具体技术指标参见《岩石可钻性测定及分级方法-SY/T 5426-2000》。
图1 岩石可钻性测试仪
2.测量原理
使用特制微钻头(牙轮钻头或PDC 钻头),以一定的钻压(牙轮钻头为890N
±20NPDC 钻头为500N±10N)和转速(55r/min±1r/min)在岩样上钻三个特定
深度的孔(牙轮钻头为2.4mm,PDC 钻头为3mm),取三个孔钻进时间的平均值为
岩样的钻时(td),对td取以2 为底的对数值作为该岩样的可钻性级值Kd计算公
式如下所示:
Kd=log2 t
求得可钻性级值后,再查岩石可钻性分级标准对照表(如下表1 所示)进
行定级。
表1 岩石可钻性分级对照表
三、实验步骤
1. 试样用石油钻井所取井下岩心或地面采的岩石,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,试验前将试样放在温度设定为105-110℃的干燥箱内烘
烤24 小时;
2. 将手轮上移至最上端,取下岩心支架、钻头和接屑盘并清扫干净;
3. 装上接屑盘,将所选的微型钻头安装在花键轴上端(注意:钻头上键槽
应对准花键轴上端的键!),安装好钻头后,将岩心支架回归原位;
4. 关闭所有钻进模式(牙轮模式和PDC 模式),打开总电源,打开相应的
钻进模式开关(牙轮模式或PDC 模式,开关如图2 所示),打开电机调速器上的
电机开关,开动电机,调电机至规定转速55 转/分(注意:教师进行此项调速
操作,学生请不要调电机转速,避免产生危险!),然后关闭电机开关;
图2 钻进模式开关示意图
5. 选择好相应的钻压砝码(牙轮钻头用两个砝码,PDC 钻头只用一个下部
大砝码),放在砝码支架上;
6. 将准备好的试样放在岩心支架上,手轮下移,稍用力夹紧岩样,如果钻
头高出岩心支架,应在轻轻夹紧岩样的同时,逆时针转动小手摇泵手轮,卸掉液
压系统压力(注意:要确保岩样的钻进面一定为平面!)。
7. 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(注意:该过程中应特别注意观察压力表,不能使压力表超过
0.9MPa),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;
8. 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;
9. 打开电机开关进行实验;
10. 当位移显示至规定值(牙轮钻头模式2.6mm,PDC 钻头模式4mm),电
机停转后立即关闭电机开关;
11. 记录钻进时间;
12. 逆时针转动手摇泵手柄,先后使砝码和钻头下行至最底部(注意:当压
力降至将近零点时,应缓慢卸压,不要使压力表承受过大负压!);
13. 松开手轮,卸下岩样;
14. 取下岩心支架,抱住接屑盘外圈,向上同时取下接屑盘和钻头(注意:
不要直接抓着钻头向上拔出,以免撞伤手部!);
15. 清理后,将接屑盘和钻头装回原位;
16. 应及时对手轮和手摇泵丝杠、砝码支架活塞、液缸活塞、花键轴加油和
维护,保证活动顺畅。
四、数据处理
表2 岩石可钻性实验数据记录表
牙轮钻头
钻进时间t/s 平均时间td/s 极值K
d
43 37.67
5.2
34
36
计算过程如下:
平均时间: sttt67.3733634433t321d
极 值: 2.567.37loglog22ddtK
根据极值查表1,可确定岩石可钻性为五级。
五、思考题
1、实验过程中哪些步骤对测量结果精度影响较大,如何操作才能提高测量
结果的精度?
答:实验过程中转速的调节不正确、岩样夹持不够紧、转动手摇泵给活塞缸
和储能器加压时压力大于0.9MPa、待压力稳定后,忘记按清零按钮或者忘记
再按清零按钮复位等都会对测量结果的精度有较大影响。应该准确调整转速为
55转/分,确保岩样夹持紧,转动手摇泵给活塞缸和储能器加压时确保压力不
大于0.9MPa、待压力稳定后,记得按清零按钮,并且再按清零按钮复位。
2、调研并简要介绍岩石可钻性是如何应用于工程实践?思考岩石可钻性的
其它应用?
答:岩石可钻性是岩石在钻进过程中显示出来的综合性指标,根据岩石的
可钻性,可以确定岩石抗破碎的能力,从而确定钻头的规格、类型以及其他的
钻井工艺措施等。还可用于制定生产定额、确定钻头的工作参数、预测其工作
指标等。
六、实验小结