不同鉆井方式下的井底巖石可鉆性研究

楊 謀 孟英峰 李 皋 李永杰 王延民,2

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(西南石油大學(xué)),四川成都 610500;2.中國石油塔里木油田公司博士后科研工作站,新疆庫爾勒 841000)

巖石可鉆性指標(biāo)在鉆井工程中有重要的應(yīng)用價(jià)值,如指導(dǎo)鉆頭選型、用于優(yōu)選鉆頭參數(shù)、預(yù)測鉆速、制訂生產(chǎn)定額等[1-3]。在鉆進(jìn)過程中,隨著井深的增加,液柱壓力越來越大,井底巖石強(qiáng)度也會(huì)增大,這時(shí)巖石可鉆性逐漸變差。目前計(jì)算巖石可鉆性僅從1)用巖石的物理力學(xué)特性評價(jià), 2)用微鉆速評價(jià),3)用實(shí)鉆速度評價(jià),4)用破碎比功評價(jià)等4方面來考慮[3-9],還沒有形成一套有效的方法來模擬井底條件下的巖石可鉆性流程,而且基本上沒有模擬不同鉆井方式下井底巖石可鉆性研究的相關(guān)報(bào)道。為此,筆者在推導(dǎo)滲透性巖石和非滲透性巖石井底圍壓計(jì)算公式的基礎(chǔ)上,建立了圍壓下不同鉆井方式的井底巖石可鉆性模型。

1 計(jì)算井底圍壓

圖1為Maurer在單齒沖擊試驗(yàn)中通過改變井筒液柱壓力得到的破碎坑體積與井底壓力的關(guān)系曲線(井底壓力為液柱壓力與孔隙壓力之差)。由圖1可看出:當(dāng)井筒壓力增加到高于地層孔隙壓力時(shí),破碎坑體積會(huì)迅速減小;當(dāng)壓差保持不變、水平方向的主應(yīng)力增加時(shí),破碎坑體積大小不變。在 Yang和Gray所做的試驗(yàn)中,破碎坑體積隨水平主應(yīng)力的增加而有微小增加[10]。利用Abaous軟件模擬井下巖石應(yīng)力場分布發(fā)現(xiàn),在鉆頭底部待破碎10 mm的范圍內(nèi)井底巖石強(qiáng)度受水平應(yīng)力的影響很小[11]。……