巖石可鉆性研究

摘 要:為滿足優質高速鉆井的要求，需要對巖石可鉆性做出更加精確的觀測。本文對巖石力學參數和可鉆性級值通過多元回歸的方法得出了圍壓下巖石可鉆性級值的相關模型，通過該模型，可以更準確的預測地層巖石可鉆性。

關鍵詞:鉆井 巖石可鉆性級值 巖石力學性質

中圖分類號:TU458文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(b)-0001-01

1 引言

巖石可鉆性的概念是在生產實踐中形成，用以說明破碎巖石的工具與巖石之間的關系。現代的巖石可鉆性概念有以下幾種提法[1]:

(1)所謂巖石的可鉆性，是指在一定技術條件下鉆進巖石的難易程度;(2)可鉆性可理解為鉆井過程中巖石抗破碎強度的程度，它表征巖石破碎的難易程度;(3)巖石堅固性的鉆孔方面的表現稱為可鉆性。

2 巖石可鉆性及力學參數實驗

2.1 牙輪鉆頭與PDC巖石可鉆性的關系

對于巖石可鉆性來講，牙輪鉆頭的巖石可鉆性同PDC鉆頭的巖石可鉆性所反映的都是破巖工具破碎巖石的難易程度，所不同的只是使用的破巖工具不同而已，破巖方式及對不同地層的破巖速度也不同，但是牙輪鉆頭和PDC鉆頭的可鉆性二者是緊密相連的，牙輪鉆頭可鉆性級值高的地層，用PDC進行鉆進可鉆性級值同樣高，根據實驗結果對二者進行回歸分析得到相關模型如下[2]:

(1)

式中:KPDC為PDC鉆頭巖石可鉆性級值;

KD為牙輪鉆頭可鉆性級值。

該式的相關系數為0.90。

從相關性模型中可以知道，二者的相關性很強，因此在后面的的研究中只研究牙輪鉆頭的可鉆性，PDC鉆頭的可鉆性與牙輪鉆頭相似。

2.2 巖石可鉆性級值(微鉆速/與巖石抗壓強度的關系)(如表1)

將表1中的巖石可鉆性級值與抗壓強度進行統計回歸分析，可得到用抗壓強度表示巖石可鉆性級值，回歸方程為:

(2)

(3)

式中

Kd為可鉆性級值，

бc為抗壓強度(mPa)，

Vm為微鉆速(m/H)

式(1)的相關因數為:0.824，式(2)的相關系數為0.726(如圖1圖2)

2.3 巖石可鉆性級值與巖石力學參數的關系

巖石可鉆性級值與巖石物理性質的單元回歸分析表明，可鉆性和巖石抗壓強度和硬度的關系較密切，而與朔性系數關系較差，即硬度和抗壓強度是可鉆性的綜合反應，以下是把巖石的多種力學性質參數(其中包括巖石的抗壓強度、硬度、泊松比、朔性系數、楊氏模量)通過多元逐步回歸分析得到相關性模型[3、4、5]:

(5)

式中 Kd為牙輪鉆頭可鉆性;

бC為巖石抗壓強度;

Py為巖石硬度;

E為楊氏模量;

μ為泊松比;

k為朔性系數。

以上回歸分析中，復相關系數為0.712，顯著性檢驗值F=29.787.47。

由于朔性系數顯著性較差，故將該因子剔除，進行四元回歸，分析模型為:

(6)

由于巖石硬度與巖石抗壓強度兩因子相關性較強，以下是巖石可鉆性級值與巖石抗壓強度、楊氏模量、迫松比的回歸方程:

(7)

復相關系數為:0.416

F檢驗值為:6.109>4.17

從結果來看，去掉巖石硬度力學參數后，對回歸方程的影響較大。

不考慮巖石抗壓強度的可鉆性級值與巖石力學參數的回歸方程:

(8)

復相關系數為:0.712

F檢驗值為:29.78>>7.56

在結果中可以看到，在只有巖石硬度，朔性系數和楊氏摸量與巖石可鉆性級值的回歸中，復相關系數與(5)式的很接近.F檢驗值也很高.由此可以說明巖石的硬度對巖石的可鉆性級值相關性很顯著.

3 結論

(1)巖石可鉆性級值與巖石力學參數有著密切的關系，其巖石的硬度與抗壓強度作用很顯著。

(2)通過巖石可鉆性級值與巖石力學參數的統計回歸得出相關型模型，可以預測實際地層的巖石可鉆性，并比較了是否圍壓的情況下的可鉆性級值，圍壓下的巖石可鉆性級值高于室內研究的可鉆性級值。

參考文獻

[1] 尹宏錦.實用巖石可鉆性，石油大學出版社，1989.

[2] 回歸分析及其實驗設計，上海教育出版社，1978.

[3] 多元統計分析，中國統計出版社，1999.

[4] 尹宏錦.地層宏觀可鉆性與實用原理，石油大學學報，1988(3).

[5] 周祖輝，尹宏錦.巖石可鉆性各向異性的微鉆頭實驗研究，華東石油學院學報，1986(6).