摘要:根据地层岩石可钻性级值预测钻井速度、制订钻井计划是科学钻井的一项重要内容。精确地预测地层可钻性是实现超深井优质高效钻井的重要基础之一,对提高钻井速度、降低钻井成本具有十分重要的意义。应用数理统计的方法,依据库车坳陷山前构造已完钻井的钻井、录井、测井资料,以及室内微钻头可钻性实验数据统计分析,建立了库车坳陷山前构造超深井横向、纵向地层岩石可钻性剖面,较精确地预测了地层可钻性级值,满足了现场钻井工作的需要。并编制了设计计算软件,现场应用表明预测值与实测值误差为5%~8%,具有广泛的推广应用价值,对于不同地区、不同构造,应对地层岩石可钻性剖面进行修正,以获得最佳的技术经济效益。
关键词:山前构造超深井;录井;测井;岩石可钻性;钻井成本
1 岩石可钻性研究方法的应用与评价
近年来,相关人员从多方面对岩石可钻性进行了大量的研究工作,建立了多种岩石可钻性预测研究模型及岩石可钻性与岩石力学特性参数的函数关系模型。常规的研究方法可分为如下3类:
1.1 室内岩心试验
传统测定岩石可钻性的方法是室内岩心试验,它以大量岩心试验为基础,需要在研究的地层范围内尽可能取全不同构造、不同层位、不同井深、不同岩性、不同地质时代的岩心,在岩石可钻性测定仪上测定其抗压强度、压入硬度、弹性模量、声波速度等与破碎岩石关系密切的指标。国内外做了大量实验研究,并据实验数据建立了一系列岩石可钻性预测模型。其中以Rollow A.G.在1962年提出的评价牙轮钻头岩石可钻性微型钻头钻进法较完善[1]。
室内微钻头钻进法是对钻井工程的一种模拟,然而由于微钻头在结构和破岩方式上与全尺寸钻头有很大不同,而且实验用岩心为完整岩块、脱离了地下的复杂应力环境,不能代表整个岩体性质。因此,用微钻头钻进岩石也只是一种有限的模拟、近似测定岩石可钻性的方法[2]。在缺少岩心的地区,尤其是在井少、井距远的新探区,要收集大量的有代表性的岩心是不可能的[3~4],而且采样费用高,试验周期长,不能实现快速实时地预测岩石可钻性来满足钻井工程的需要。因此,室内实验方法受到一定的限制。
1.2 应用测井资料
随着测井技术的发展,通过测井方法可以获得岩石的声波、密度、孔隙度等物理性质,这些地层信息能够反映岩石在地下的物理特性。国内外研究表明,岩石可钻性与测井参数之间存在一种必然的联系,并建立了许多单测井参数、多测井参数的预测岩石可钻性的数学模型[5]。随着测井技术的发展和解释水平的提高,通过测井资料预测地层可钻性的方法得到广泛应用。测井资料有较好的连续性,便于建立地层岩石可钻性连续剖面[6],对优选钻头、提高钻井效率具有重要的现实意义。利用测井资料预测岩石可钻性方法简单易行,费用低,不需要大量岩心,且能建立连续的可钻性剖面。然而测井资料属于钻后测量。也就是说,通过测井方法只能确定已钻地层的可钻性,不能对未钻地层的岩石可钻性做出实时预测[7]。
1.3 实钻参数的数理统计法
随着研究的不断深入,对岩石可钻性的研究从常规的室内实验测定发展到利用测井资料、实钻参数的数理统计。实钻参数诸如钻进进尺、钻压、钻时、转速、钻头水功率等反映了不同地层岩石和技术工艺等多种因素的综合影响,应用数理统计方法可分析出各种不同的地层实钻参数与岩石可钻性的内在的必然联系,所得的岩石可钻性指标可以直接用于制定生产指标。
对岩石力学性质和岩石可钻性研究,国内外石油工作者采用实钻参数,应用数理统计、模糊数学原理,依据岩石力学性质和可钻性指标,建立了岩石可钻性的数学模型,并以此模型进行岩石可钻性分级,在一定程度上满足了钻井工程的需要。但是,由于地层因素仍是影响岩石可钻性的最主要的客观因素,现场实钻参数受很多因素的制约,用该方法表示岩石的可钻性具有暂时性和局部性[2]。
2 横向地层可钻性剖面的建立
在库车坳陷山前构造深井钻井中经常要遇到井斜、井漏、井壁失稳、卡钻、蹩跳钻、钻具磨损等井下复杂事故问题,造成钻井速度慢、周期长、成本高,严重制约着库车地区油气资源的勘探开发进度。库车坳陷山前构造地层可钻性差,研磨性高,钻速低,给钻井工程带来了困难,目前,随着勘探开发进一步向山前地区发展,提高钻井速度已成为急需解决的难题。因此,了解山前构造地层横向地层可钻性变化规律,建立山前构造横向地层可钻性剖面意义重大。库车地区山前构造钻井目的层位大部分位于新近系吉迪克组至白垩系。为此笔者统计分析了山前构造地层钻前、钻后资料,建立了库车坳陷山前构造吉迪克组至白垩系地层岩石可钻性横向地层岩石可钻性剖面,为山前构造钻井决策提供理了论依据。
由图1所示,库车地区吉迪克组地层可钻性级值随埋藏深度增加而增加;从拟合数据来看,克依构造地层可钻性级值最大,秋里塔克次之,再其次是库西地区,玉东-英买力-羊塔克(吉迪克组)地层可钻性最小。从地层可钻性变化趋势来看,玉东-英买力-羊塔克地层可钻性级值增加趋势最大,其他3个构造区带相近。克依构造与秋里培克构造区带回归相关性很好,库西地区与玉东-英买力-羊塔克区带回归相关性相对要差一些。从可钻性级值分和来看,库车地区吉迪克组地层可钻性级值分布以5~7级为主,大部分属于中硬地层范畴,地层可钻性级值为3~5级与7~8级分布较少。
由图2所示,库车地区古近系地层可钻性级值回归分析趋势线交叉较为频繁,变化规律较为复杂,但总的来说是随埋藏深度增加而有所增加;随井深的增加,秋里塔克地层可钻性级值逐渐超过克依构造区带地层可钻性级值,而玉东-英买力-羊塔克地层可钻性级值与库西地区地层可钻性级值较为接近,但变化趋势不同,玉东-英买力-羊塔克地层增加趋势更为明显。从可钻性级值分布来看,库车工区大部分地层可钻性级值分布在4~7级。其中,玉东-英买力-羊塔克地层可钻性级值主要分布在4~6级。数据回归相关性都较好,超过75%。
由图3所示,库车地区白垩系地层可钻性级值克依构造区带与秋里塔克构造区带较大,主要分布在6~9级,属于难钻地层,而玉东-英买力-羊塔克地层可钻性级值主要分布在5~8级;从回归分析趋势来看,克依构造与秋里塔克构造增加趋势相近,玉东-英买力-羊塔克地层与库西地区增加趋势相近,但增加趋势大于前两者;从拟合数值来看,克依构造地层可钻性级值最大,秋里塔克次之,再次为库西地区,玉东-英买力-羊塔克构造区带最小,只有在井深达到6000m左右,4个构造区带地层可钻性级值才较为接近。
总体来看,白垩系地层可钻性级值随埋深增加而逐步增大,又由于埋深相对较深,其地层岩石可钻性较差。
3 纵向地层可钻性剖面的建立
笔者分构造区块总结出了整个库车地区白垩系及其以上地层纵向地层可钻性变化规律,并对其作了对比分析(见图4)。以平均地层可钻性对比来看,玉东-英买力-羊塔克地层可钻性最小,秋里塔克次之,再次是克依构造,库西地区平均地层可钻性最大。从变化趋势来看,库西地区地层可钻性变化较为平缓,其他3个构造区带地层可钻性相近。
在古近系到白垩系,库西地区地层可钻性地层可钻性较上部地层变小,与其他3个构造区带地层可钻性变化趋势相反,而其他3个构造区带地层可钻性随井深增加而有所增加。
库车地区4大构造区带地层可钻性级值回归相关系数都较高,达到0.68以上,数据回归可靠性较大。
4 现场应用验证
为验证统计地层可钻性剖面的精确性,把乌参1井与却勒1井吉迪克组至白垩系统计地层可钻性预测值与其室内实验微钻头可钻性实测值进行了对比(见表1)。由表1可知,室内实验测定可钻性级值较预测值偏小,这是由于室内微钻头钻井法是对钻井工程的一种模拟,它在结构和破岩方式上与全尺寸钻头有很大不同,而且实验用岩心为完整岩块、脱离了地下的复杂应力环境,而实验是在常温常压下测定岩心微钻头可钻性。预测值与实测值误差最大值在16%,一般误差为5%~8%,在工程误差可承受范围之内。由此可见,所建立的地层可钻性剖面能够较好地预测库车坳陷山前构造地层可钻性分级。
表1 地层可钻性剖面实测值与预测值对比验证表
地层
|
乌参1井
|
却勒1井
|
||||
实测值
|
预测值
|
相对误差
|
实测值
|
预测值
|
相对误差
|
|
吉迪克组
|
4.79
|
5.23
|
0.084130019
|
4.32
|
4.55
|
0.0505495
|
古近系
|
5.77
|
5.35
|
-0.078504673
|
4.52
|
5.32
|
0.1503759
|
白垩系
|
4.09
|
4.87
|
0.160164271
|
5.79
|
6.19
|
0.0646204
|
5 结论
1) 现有岩石可钻性研究方法主要分为室内实验、应用测井资料以及实钻参数数理统计等3类。
2) 建立了库车坳陷山前构造吉迪克组至白垩系横向与纵向地层可钻性剖面,实现了地层可钻性钻前预测。
3) 验证了所建立的统计横向、纵向地层可钻性剖面的精确性,达到了满足指导现场钻井工作的需要。
4) 所编制的设计计算软件,简便实用、成本低廉,具有广泛的推广应用价值。对于不同地区、不同构造,应对地层可钻性剖面进行修正。
参考文献
[1] 陈平.钻井与完井工程[M].北京:石油工业出版社,2005.
[2] 李士斌,闫铁,李玮.地层岩石可钻性的分形表示方法[J].石油学报,2006,27(1):124-127.
[3] 何龙,朱澄清.川西地层可钻性级值研究[J].钻采工艺,2006,29(3):98-99.
[4] 邹德永,陈永红.利用声波时差资料确定岩石可钻性的研究[J].石油钻采工艺,1996,18(6):27-30.
[5] 刘向君,宴建军,罗平亚,等.利用测井资料评价岩石可钻性研究[J].天然气工业,2005,25(7):69-71.
[6] 孙坤忠.提高鄂西渝东地区钻井速度的有益探索[J].江汉石油科技,2004,14(3):36-42.
[7] 薛亚东,高德利.基于人工神经网络的实钻地层可钻性预测[J].石油钻采工艺,2001,23(1):26-29.
(本文作者:熊继有1 蒲克勇1 周健2 1.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室 西南石油大学;2.中国石油塔里木油田公司勘探事业部)
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