钻头优选与合理使用技术Word文件下载.docx
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表2-1全国岩石条件可钻性等级统计分析表
等级区间
频数
累积频数
频率
累积频率
分布概率
累积概率
分布密度
-∞~0
2
0.006
0.001
0.001803721
0~1
5
7
0.016
0.022
0.005
0.009065916
1~2
9
16
0.028
0.049
0.018
0.024
0.032870869
2~3
10
26
0.031
0.080
0.056
0.082
0.085974155
3~4
35
61
0.108
0.188
0.123
0.205
0.162211593
4~5
59
120
0.182
0.370
0.195
0.400
0.220776626
5~6
92
212
0.284
0.654
0.226
0.626
0.216761191
6~7
273
0.843
0.187
0.813
0.153520791
7~8
27
300
0.083
0.926
0.115
0.928
0.078435036
8~9
4
317
0.052
0.978
0.051
0.979
0.02890748
9~10
321
0.013
0.991
0.017
0.995
0.00768542
10~+∞
3
324
0.009
1.000
0.0038
0.001473948
注
样本容量N=324均值
=5.4438标准差S=1.7498
可钻性级别
图2-1全国岩石条件可钻性等级统计频率直方与分布密度曲线
表2-2胜利油田全区宏观地层剖面岩石条件可钻性等级统计分析表
-∞~0
0.01282
0.00477
6
0.0228
0.028794
15
21
0.03205
0.04487
0.0480
0.0708
0.073233
68
89
0.1453
0.19017
0.1054
0.1762
0.139458
84
173
0.17949
0.36966
0.1721
0.3483
0.198844
94
267
0.20085
0.57051
0.2113
0.5596
0.212282
85
352
0.18162
0.75213
0.1953
0.7549
0.169686
69
421
0.14744
0.89957
0.1339
0.8888
0.101557
28
449
0.05983
0.9594
0.072
0.9608
0.04551
14
463
0.02991
0.98931
0.0285
0.9893
0.01527
466
0.00641
0.99572
0.0085
0.9978
0.003836
468
0.00427
1.0000
0.0022
0.000722
样本容量N=468均值
=4.726标准差S=1.859
图2-2胜利油田岩石条件可钻性等级统计频率直方与分布密度曲线图
2.宏观均质原理与地层可钻性的宏观均质特性
根据概率论定义,宏观均质原理是指一个服从正态分布的随机变量X,以数学期望E(X)=
的技术原理。
而地层可钻性的宏观均质特性,是基于这一原理针对地层微观不均质性而提出的一种合理构想,其由统计推断和验证而建立。
在地层可钻性应用研究工作中,宏观均质原理应用的技术核心在于:
在承认地层微观不均质的前提下,由试验和统计分析,推断出地层的宏观均质特性,并以此为基础研究微观不均质地层,即在室内试验及其对试验数据与现场资料进行大量统计分析的基础上,推断出研究所涉及地区地层的宏观均质特性—地层因素代表值。
由于试验所采用的岩样及其收集的现场资料来自不同区域、不同深度的各地质层段,其数量众多,因而从广义上讲,这种试验实际上是进行了一次宏规模试验,而宏规模试验结果所具有的较强代表性,可使研究结果的应用前景具有普遍意义。
3.地层可钻性级别与钻头类型的等概关系
等概关系,是指在数理统计过程中,两个或两个以上相关联的统计样本呈现一种在概率相等的统计关系。
国内通过二十余年来的试验研究与数理统计分析,获取了地层可钻性级别与使用钻头类型,存在有在概率上相等的统计关系。
1980年华东石油学院尹宏绵教授依据国内各大油田不同地层及井深的钻头类型配伍资料与地层可钻性综合样本理论分布函数统计分析而得出的结果,相当有代表性,见表2-3。
而由本文编者完成的胜利油田全区研究结果也验证了这一关系存在的客观性,见表2-4。
地层可钻性级别与钻头类型的等概率关系,是等概钻头选型方法建立技术核心。
它既验证了人们理性化、科学化思维:
一类地层必有一种钻头最为合适,其成本低,进尺多,钻速高的必然性,又为本方法的建立提供了科学依据。
表2-3全国钻头类型同地层级值的等概关系统计分析表
1
钻头
型号
名称
极软
软
中软
中
中硬
硬
极硬
符号
JR
R
ZR
Z
ZY
Y
JY
钻头数量%
概率
地层极值
12.49
0.1249
3.4
15.55
0.2804
4.4
15.23
0.4372
5.1
28.36
0.7163
6.4
13.95
0.8558
7.3
14.18
0.9776
10.4
0.23
0.9999
>
地层级别
<
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
Ⅷ
X
表2-4胜利油田宏观区域剖面地层级别与钻头类型等概关系表
类别
软-中-硬
地层可钻性
级别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅸ
Ⅹ
概率
0.0720
0.0258
类累计
0.6410
0.0107
累计概率
钻
头
统
计
类型
粘软
软-中
统计量
109
2186
4014
184
用量%
1.68
33.64
61.76
2.83
0.06
0.03
每类占%
35.32
64.59
0.09
累计占%
99.91
4.等概钻头选型方法的先进性
由上述分析与阐述可知,建立在以“地层因素”为基础之上的等概钻头选型方法,依据的是岩石可钻性级别服从正态分布、地层可钻性宏观均质特性和地层可钻性级别与钻头类型等概关系等岩石可钻性应用研究成果,其基础物质条件坚实、技术基础条件厚实、理论依据充分、“选择因子”代表性强、建立方法科学,从技术的先进性方面分析问题,其主要表现在如下几个方面:
(1)基于“地层因素”是根据地层岩性理性而科学选择钻头类型的根本,本方法实现了这一工作目标,具科学性;
(2)室内直接用微型模拟钻头在地层岩样的横切面上做钻孔试验,获取的试验数据来源于地层岩石,其反映钻头破碎岩石的真实情况,方法建立的基础物质条件坚实;
(3)采用和选定的钻头选型“地层因素”,为测定的地层直接参数—岩石可钻性,其能真实反映和代表地层岩石的抗钻特性,选择“地层因素代表值”作为钻头选型的指标,科学而又具有极强的代表性;
(4)方法建立的理论基础为数理统计理论,其统计推断获取的结果代表性强,方法建立的理论依据充分;
(5)方法建立的方式为室内试验与数理统计相结合的方法,具先进性。
三、四川盆地的地层特征与钻进特性
(一)地层特征概述
四川盆地是我国海相地层富含油气的地区之一。
本地区自震旦系,在较稳定的地台发展时期沉积了一套海相碳酸盐岩夹碎屑岩。
其沉积地层系统粗划分框架为:
海相沉积下组合(震旦系-志留系),海相沉积上组合(志留系-二迭系)、(三迭系-侏罗系),陆相地层组合(侏罗系-白垩系)。
本地区自震旦系开始至志留系经历了三次大的海进和海退,海进期沉积了一套碳质泥页岩、泥质灰岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩;
海退期沉积了一套以局限台地为主的白云岩、石灰岩及碎屑岩,岩石致密。
晚加里东运动不但造成该区中、上志留系严重剥蚀,而且使下泥盆系缺失。
而上三迭系是在印支运动抬升后,遭受严重剥蚀的古地貌接受陆相碎屑岩沉积物为主夹泥灰岩、介壳灰岩的沉积。
从沉积环境分析:
震旦系-志留系为陆缘海沉积物组合,泥盆系-下三迭系为陆表海沉积体系,而上三迭系-侏罗系则为陆相沉积组合。
(二)地层及岩石的钻进特性
四川盆地地层岩石坚硬、可钻性低,这是人所共知的。
依据该地区地层柱状剖面和地层岩性统计数据,从已钻井的地质取心中选取代表性岩样,按我国石油天然气行业规定的试验方法测定其岩石可钻性,获取试验数据,应用数理统计方法对获取的样本数据进行了等级统计分析,获取了如下地层及岩石的钻进特性信息。
1.四川盆地地层整体的钻进特性
1982年~1986年,原石油部石油勘探开发科学研究院和华东石油学院,分别采样共计选取钻井取心岩样745块,共同开展和完成了四川盆地岩石可钻性测定及应用研究,依据其岩石可钻性数据进行数理统计分析,获取了四川盆地地层整体的钻进特性信息,四川盆地岩石可钻性剖面汇总统计结果见表2-5,其整体岩石可钻性等级分布直方图见图2-5。
表2-5四川盆地岩石可钻性剖面
地层
主要
岩性
岩石可钻性级别
每级占地层的百分比%
均值
波动范围
侏
罗
系
下沙溪庙
砂岩
4.064
3.180—4.88
40
60
凉高山
页岩砂岩
3.084
2.090—4.22
20
大安寨
灰岩页岩
3.878
1.900—6.51
18.18
27.27
9.1
马鞍山
页岩灰岩
2.590
2.000—3.59
75
25
东岳庙
页岩
4.997
1.790—6.60
珍珠冲
泥岩砂岩
4.846
4.180—7.907
三迭系
须家河
砂岩页岩
5.788
1.600—9.63
4.08
6.12
24.49
28.57
18.37
12.24
2.05
雷口坡
白云岩灰岩
7.483
5.600—8.39
4.35
17.39
52.17
26.09
嘉陵江
6.489
2.850—8.86
0.4
1.99
7.97
15.94
40.64
25.1
7.96
飞仙关
泥岩灰岩
6.125
4.490—7.72
9.62
30.77
46.15
13.46
二迭系
长兴
灰岩
6.725
4.670—7.651
64
32
龙潭
泥岩,砂岩
4.630
2.190—7.119
21.43
42.85
14.29
7.14
茅口
6.654
3.490—8.72
2.65
3.55
10.62
47.79
30.08
5.31
栖霞
6.858
5.780—8.64
33.33
16.67
梁山
5.058
2.270—7.26
8
36
石碳系
黄龙
白云岩
6.426
3.650—8.435
3.17
17.46
11.11
25.4
34.92
7.94
志留系
泥岩
4.250
2.790—7.19
50
30
7.5
2.5
奥陶系
6.872
6.730—7.0
88.89
寒武系
洗象池
白云岩页岩
7.392
4.570—8.83
5.88
29.41
23.53
41.18
龙王庙
7.854
7.070—8.52
66.67
震旦系
7.752
6.650—8.78
四川盆地(样本容量N=745)
6.165
S=1.487
0.67
2.95
6.04
11.68
12.88
33.96
23.08
8.47
0.27
图2-5四川盆地岩石可钻性等级分布图
2.川东北地区地层整体的钻进特性
2001年~2004年,胜利石油管理局钻井工艺研究院,为完成原南方海相油气勘探经理部委托的“南方海相复杂勘探区钻井技术研究”课题,选取川东北地区地层岩样48块,测定了其牙轮钻头可钻性和PDC钻头可钻性、硬度和塑性系数、单轴抗压强度和弹性模量、单轴抗拉强度、密度、纵波声波速度和横波速度,应用数理统计方法对获取的岩石可钻性样本数据进行了等级统计分析,牙轮钻头岩石可钻性等级分布统计结果,见表2-6和图2-6,PDC钻头岩石可钻性等级分布统计结果,见表2-7和图2-7,川东北地区岩石工程力学特性剖面见表2-8。
表2-6川东北地区牙轮钻头地层可钻性等级统计分析表
累计频数
累计频率FN(Xi)
可钻性密度分布
累计概率F(Xi)
︱FN(Xi)-F(Xi)︱
0.021
0.007
0.003
0.042
0.033
0.020
0.063
0.106
0.065
0.085
0.023
0.104
0.167
0.211
0.157
0.242
0.075
12
0.250
0.417
0.270
0.250
0.492
0.313
0.729
0.217
0.253
0.745
43
0.896
0.111
0.163
0.908
0.012
48
1.000
0.036
0.092
0.000
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