姚家坡和黑家堡地區地層可鉆性研究

吳 瓊，高 斐

（長江大學石油工程學院，湖北荊州 434023）

姚家坡和黑家堡地區地層可鉆性研究

吳 瓊，高 斐

（長江大學石油工程學院，湖北荊州 434023）

姚家坡、黑家堡地區下部地層古老、巖性堅硬、可鉆性差，為解決該地區鉆頭掉齒、機械鉆速慢、鉆井周期長等問題，在收集該區塊測井數據、鉆井井史和實鉆巖心資料的基礎上，利用全自動可鉆性測試儀，進行了大量室內巖心可鉆性實驗研究，并建立了聲波時差測井與巖石可鉆性關系模型和該區塊的地層巖石可鉆性剖面。該項研究為該地區的鉆頭選型、提高機械鉆速提供了科學依據。

姚家坡、黑家堡地區；巖石可鉆性；聲波時差；鉆頭選型；機械鉆速

地層巖石可鉆性不僅是地層巖石抗鉆特性的主要指標，而且是影響破巖效果、制約鉆井速度的主要因素。正確認識地層的可鉆性對優質、快速鉆達目的層有著非常重要的意義。針對姚家坡和黑家堡地區下部地層沉積時間長、年代久遠、巖性致密和機械鉆速慢等特點，通過對該區實鉆巖心室內可鉆性實驗，建立了聲波時差預測地層牙輪鉆頭和PDC鉆頭可鉆性級值數學模型，并在此基礎上開展了姚家坡、黑家堡地區下部地層可鉆性研究。

1 地質特征分析

姚家坡、黑家堡地區地處于鄂爾多斯盆地陜北斜坡帶上，沉積環境為海相—海陸過渡相—陸相［1］。該地區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致密的砂礫巖，地層平均機械鉆速為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、中下部為泥巖夾細砂巖，地層平均機械鉆速為2.14 m／h。馬家溝組主要為碳酸巖地層夾凝灰質泥巖，地層比較堅硬，平均機械鉆速為1.44m／h。由此可以看出，該地區下部地層古老，巖性堅硬，可鉆性差，導致該地區機械鉆速低，嚴重制約了油田開發速度。

2 巖石可鉆性室內實驗

本研究采用中國石油大學研制的全自動巖石可鉆性測試儀測定巖石的微鉆頭可鉆性。按照《巖石可鉆性測定分級方法》（SY／T5462-2000）進行實驗。實驗流程見圖1。

圖1 全自動可鉆性實驗流程

本文收集了姚家坡、黑家堡地區已鉆井的實鉆巖心資料，按照標準規范進行巖樣加工，并在全自動可鉆性測試儀上進行實驗，實驗結果見表1。

3 地層巖石可鉆性模型的建立［2］

姚家坡和黑家堡地區部分巖心的可鉆性結果見表1。圖2～圖3分別為可鉆性級值實驗數據與所測試巖心對應深度處的聲波時差數據所獲得的相關關系曲線。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差值之間的相關數學模型。

依據圖2，可建立牙輪鉆頭可鉆性級值與聲波時差值的關系為：

依據圖3，可建立PDC鉆頭可鉆性級值與聲波時差的關系為：

表1 姚家坡、黑家堡地區巖心可鉆性試驗結果

圖2 牙輪鉆頭與聲波時差的關系

圖3 PDC鉆頭與聲波時差的關系

圖2、圖3及（1）、（2）式模擬結果表明，巖石的可鉆性級值與聲波時差數據具有良好的相關性，存在著較明顯的函數關系，因此，可以利用聲波時差數據求取巖石可鉆性。

4 地層可鉆性剖面預測

根據上述地層巖石聲波時差與巖石可鉆性的關系模型，利用已鉆井測井資料建立了姚家坡、黑家堡地區連續的地層可鉆性剖面［3］，并對該地區已鉆井段進行巖石可鉆性評價。圖4和圖5分別給出了該地區已鉆井延144井聲波時差測井曲線和牙輪鉆頭、PDC鉆頭可鉆性級值沿井深分布規律。從曲線趨勢上看，聲波時差與可鉆性級值曲線形式基本相同，但趨勢相反。

圖4 延144井聲波時差數據

由圖5可以看出，姚家坡、黑家堡地區下部地層巖石可鉆性級值比較大，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值變化范圍為5～8之間，PDC鉆頭的可鉆性級值變化范圍為4～7之間。根據《中華人民共和國石油天然氣行業標準巖石可鉆性測定及分級方法》確定巖石可鉆性與地層硬度分類的關系，該地區整體上屬于中硬地層。在鉆井過程中，若選擇不合適的鉆頭，會對機械鉆速產生較大的影響。

為了驗證模型的準確性，將延144井取心井段

圖5 延144井可鉆性級值剖面

2 086.00～2 652.00 m的地層巖石實測可鉆性數據與利用模型預測的可鉆性級值進行了誤差分析，其結果見表2。

表2 實測可鉆性級值與預測的可鉆性級值比較

從表2看出，地層的實測值與預測值之間的誤差最大為2.9%，滿足工程設計要求。由此可以看出，室內巖心可鉆性試驗獲得的數據與測井資料解釋結果具有較好的符合性，因此證明建立的可鉆性預測模型是適用于姚家坡、黑家堡區塊的。能夠滿足工程需要。

5 結論

（1）采用全自動可鉆性測試儀開展了室內可鉆性實驗研究，該儀器具有穩定精確的控制鉆壓和可變鉆速的優點，因此，得到的實驗數據具有較高的可靠性。

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

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

（4）利用測井數據預測的地層可鉆性級值與實際地層可鉆性級值相比較，最大誤差僅為2.9%，精度較高，滿足了工程設計要求。

［1］ 劉偉新，王延斌，張文濤，等.鄂爾多斯大牛地氣田古生界儲層成巖作用與產能關系研究［J］.石油實驗地質，2008，30（6）：557-562.

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

［3］ 夏宏南，楊明合，譚家虎，等.一種利用測井資料預測巖石可鉆性的計算機方法［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年畢業于天津師范大學，長江大學在讀碩士研究生，主要從事油氣田開發工程的研究工作。

劉洪樹