地层岩石力学性质与评价与钻头选型方法.pdf

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1、第4章：地层岩石力学性质与评价与钻头选型方法主要内容1地层可钻性评价方法2地层的分类3钻头选型方法研究及应用¾岩石可钻性是指岩石抗破碎的能力。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。¾石油钻井中，岩石可钻性（硬度、可钻性、抗压强度、抗剪强度、泥质含量、塑性系数、内摩擦角、抗拉强度）是评价岩石破碎难易程度的综合指标，是决定钻进效率的基本因素。¾岩石可钻性级值的大小与机械钻速密切相关，机械钻速越快，可钻性级值越小，岩石越容易破碎。¾岩石可钻性参数是合理选择钻井方式、钻头类型和设计钻进参数的依据。正确地评估地层可钻性是实现优质高效钻井的基础，对于提高钻井速度，

2、降低钻井成本具有十分重要的意义。1.1室内岩心微钻头实验求取可钻性(前述)1.2基于录井资料的地层可钻性评价1.3基于测井资料的地层可钻性评价1.4存在问题及研究不足1.2基于录井资料的地层可钻性评价¾詹俊峰，高德利等通过对录井钻时数据进行标准化处理，并根据修正的Young钻速模式，利用无约束优化算法计算地层微可钻性系数，然后再通过微可钻性系数与可钻性级值的关系，求出地层可钻性级值。1v()=−KWMnλCCpcRPH1+Ch2¾董振国等通过对尹宏锦提出的通用钻速方程的分析，经过数学推导得出由钻速、钻压、转速、钻头比水功率E和泥浆密度等参数表达的可钻性系数表达式，从而H由录井资料直接

3、获得地层的可钻性系数。132.27ABCD(ρw−.115)V=⋅WNEeAbcH.562×60×.1026lgV−.05366lgW−.09205lgN−.07011lgE+.3175(ρ−.115)−.00629HWK=d.01993lgW−.00375lgN−.005682lgE+.04242(ρ−.115)−.00821HW1.3基于测井资料的地层可钻性评价地层测井资料中蕴藏着大量的地层特性信息。基于地层测井资料（声波、密度、伽玛），可对地层岩石力学性质进行评价。测井资料具有来源广、容易获取、数据量大等特点。如果能够利用测井资料解释地层可钻性，就不需要做大量的岩心试验，直接用

4、相邻已钻井的测井数据预测待钻井的地层可钻性，获得的地层可钻性指标具有较强的针对性。测井有关知识声波在不同介质中传播时，其速度、幅度衰减及频率变化等声学特性是不同的。声波测井就是以岩石等介质的声学特性为基础而提出的一种研究地层性质等一系列问题的测井方法。声波测井分为声速测井和声幅测井。声速测井测量地层声波速度。地层声波速度与地层的岩性、地层力学性质、孔隙度及孔隙流体性质等因素有关。声波是一种机械波。根据声波频率（声波在介质中传播时，介质质点每秒振动的次数）可将声波分为：(1)次声波（频率低于20Hz）；(2)可闻声波（20Hz至20kHz）；(3)超声波（频率大于20kHz）。根据声波

5、测井的目的不同,采用的频率也不同。声波测井中声源发射的声波能量较小，作用在地层上的时间也很短，所以可以把岩石看作弹性体。因此，可以用弹性波在介质中的传播规律研究声波在岩石中的传播特性。弹性波：当外力对弹性介质的某一部分产生初始扰动时，由于介质的弹性，这种扰动将从一个质点传播到另一个质点，如此连续下去，即出现弹性波。弹性波只有扰动的传播，而没有物质的传输，质点只能围绕其平衡位置振动。测井有关知识声波在岩石中的传播特性1纵波和横波声波传播方向和质点振动方向一致的波叫纵波。声波传播方向和质点振动方向相互垂直的波叫横波。在各向同性无限介质中，必有两种弹性波存在，即纵波和横波。由于纵波的传播速

6、度总是比横波的传播速度要快，因而常把纵波称为初始波或简称P波（压缩波），把横波称作续至波（剪切波），简称为S波。这两种波可同时在地层中传播，但液体和气体不能传播横波。2纵波和横波速度（声波时差为声波速度的倒数）声波在弹性介质中的传播速度定义为单位时间声波传播的距离,与介质的弹性和密度有关。测井有关知识根据根据弹性波理论，无限介质中纵波和横波的传播速度为：E1(−μ)EdddV=V=PSρ1(+μ)(1−2μ)2ρ1(+μ)dddV1(2−μ)Pd=1−2μVSdVp－纵波速度，m/sVs－横波速度，m/sμρ3d－动态泊松比－介质密度，g/cmEd－动态弹性模量，MPa利用声波预测岩

7、石可钻性性的理论基础岩石动弹性参数22ρV(3[VV)−]4SPSE=弹性模量d2(VV)−1由前面两式PS可以导出2(V/V)−2=Ps泊松比μd22[(V/V)−]1Ps224体积模量KVV=−ρps32GV=ρs剪切模量利用声波预测岩石可钻性性的理论基础从以上关系式可以看出，声波在岩石中传从以上关系式可以看出，声波在岩石中传播速度取决于播速度取决于岩石的密度、杨氏模量、泊松岩石的密度、杨氏模量、泊松比、剪切模量、体积模量等岩石的弹性常数比、剪切模量、