王海斌，嚴(yán)樹旺 (中石化江漢油田分公司荊州采油廠工藝研究所，湖北 荊州 434020)

黃萬龍，陳 巖 (油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長江大學(xué))，湖北 荊州 434023)

張 彬 (中原石油勘探局鉆井二公司，河南 濮陽 457001)

謝鳳橋油田地層可鉆性研究

王海斌，嚴(yán)樹旺 (中石化江漢油田分公司荊州采油廠工藝研究所，湖北 荊州 434020)

黃萬龍，陳 巖 (油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長江大學(xué))，湖北 荊州 434023)

張 彬 (中原石油勘探局鉆井二公司，河南 濮陽 457001)

謝鳳橋油田是江漢油田荊州采油廠重點(diǎn)開發(fā)區(qū)塊，但是在該油田的開發(fā)過程中，機(jī)械鉆速慢和鉆井周期長一直制約該油田開發(fā)速度。對(duì)謝鳳橋油田某井的巖心進(jìn)行了室內(nèi)可鉆性試驗(yàn)及抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，并結(jié)合相對(duì)應(yīng)的聲波時(shí)差數(shù)據(jù)建立了該油田地層巖石可鉆性與聲波時(shí)差數(shù)據(jù)之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,并依據(jù)該模型確定了的該油田地層巖石可鉆性分布規(guī)律，并繪制出地層巖石可鉆性與地層深度剖面圖。該項(xiàng)研究為謝鳳橋油田地層分層、合理選擇和設(shè)計(jì)鉆頭、優(yōu)選鉆進(jìn)參數(shù)提供了科學(xué)依據(jù)。

謝鳳橋油田；巖石可鉆性;抗壓強(qiáng)度；聲波時(shí)差

鉆井工程中做到優(yōu)質(zhì)、快速、安全、高效經(jīng)濟(jì)鉆達(dá)目的層，最佳的實(shí)現(xiàn)勘探開發(fā)目的最為重要的一條就是要正確的認(rèn)識(shí)所鉆遇的地層特性。巖石可鉆性是指在鉆進(jìn)過程中，巖石對(duì)鉆頭破碎巖石的相對(duì)阻抗程度或巖石抵抗鉆頭鉆進(jìn)和鉆鑿及破巖的能力。因此，可鉆性不僅是地層巖石特性的主要指標(biāo)，也是影響破巖效果、制約鉆進(jìn)速度的主要因素。對(duì)鉆井所鉆地層的巖石可鉆性的確定直接影響到鉆頭選型和鉆井速度。

謝鳳橋油田自1997年勘探開發(fā)以來，生產(chǎn)成本逐年上升，而鉆井成本又占到了開發(fā)成本的很大部分。謝鳳橋油田開發(fā)過程中，機(jī)械鉆速慢一直制約該油田開發(fā)速度。因此，針對(duì)謝鳳橋油田機(jī)械鉆速慢，進(jìn)行地層巖石可鉆性研究，旨在提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期。

1 地質(zhì)特征分析

謝鳳橋油田位于江漢盆地江陵凹陷西南緣。油田由謝鳳橋斷層以東的謝風(fēng)橋斷鼻和斷層以西的復(fù)Ⅰ斷塊組成。其中該油田主要斷層——謝鳳橋斷層為一區(qū)域性大斷層，走向由北往南為北東東轉(zhuǎn)近南北再轉(zhuǎn)北北西向呈反“S”字形展布，為一斷面東傾的正斷層。斷距大于1000m，具上小下大的特征，延伸長度大于10km。切割層位從荊沙組下部到基底，斷面具有上陡下緩的犁形結(jié)構(gòu)特征，是控制白堊系-荊沙組沉積的同生斷層，斷層的長期活動(dòng)對(duì)構(gòu)造的形成和油氣的運(yùn)移、聚集成藏起著重要的作用。受斷層作用的影響，位于謝鳳橋斷層上升盤的復(fù)Ⅰ斷塊揭示的地層由上到下有平原組、廣華寺組、荊沙組、新溝嘴組、沙市組、漁洋組和紅花套組。

在該地區(qū)的鉆井過程中平原組和廣華寺組礫石豐富，鉆井速度慢。平原組結(jié)構(gòu)比較松散、膠結(jié)差，易發(fā)生井漏，巖屑不易帶出地面，起下鉆困難，下套管不易下到井底。廣華寺組地層屬流沙層、礫石層比較發(fā)育。新溝嘴組地層巖石可鉆性差，硬度高、粘磨性強(qiáng)，夾層多、軟硬交錯(cuò)；漁洋組地層塑性強(qiáng)，粘膜性強(qiáng)，礫狀砂巖及砂礫巖發(fā)育，鉆頭磨損快。該地區(qū)鉆井過程中機(jī)械鉆速慢，鉆頭選型需待改進(jìn)，尤其是PDC鉆頭。SK8斜-19井荊沙組下部(2592m)由于地層軟硬不均，棕、棕紅色泥巖、粉沙質(zhì)泥巖與棕色、淺棕色泥質(zhì)粉沙巖互層交替出現(xiàn)，普通PDC鉆頭適應(yīng)地層的能力差，造成鉆時(shí)不穩(wěn)定。

2 牙輪鉆頭和PDC鉆頭巖石可鉆性計(jì)算模型

筆者對(duì)謝鳳橋油田A井取得的10塊巖樣采用巖石可鉆性測(cè)試儀應(yīng)用微型牙輪鉆頭和PDC鉆頭進(jìn)行了巖石可鉆性試驗(yàn)。但是僅靠有限的巖心可鉆性試驗(yàn)難以建立起整個(gè)鉆井剖面地層可鉆性級(jí)值的大小，測(cè)井曲線可以較好的體現(xiàn)巖石的物理特性，其中縱波時(shí)差反映了地層的拉伸和壓縮變形特性及強(qiáng)度特性。而地層的巖石可鉆性反映了巖石抵抗鉆頭沖擊與剪切破壞的能力。因此，巖石的縱波時(shí)差必然能夠反映地層的巖石可鉆性，縱波時(shí)差必然與巖石可鉆性級(jí)值Kd之間存在某種內(nèi)在的聯(lián)系。下面，筆者利用聲波時(shí)差測(cè)井資料和巖心可鉆性試驗(yàn)結(jié)果，建立了利用測(cè)井資料預(yù)測(cè)牙輪鉆頭和PDC鉆頭巖石可鉆性的計(jì)算模型。

2.1牙輪鉆頭巖石可鉆性計(jì)算模型

根據(jù)牙輪鉆頭可鉆性試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合對(duì)應(yīng)深度的聲波時(shí)差數(shù)據(jù)，回歸得到了聲波時(shí)差和牙輪鉆頭可鉆性級(jí)值之間的關(guān)系，如圖1所示。由擬合結(jié)果可知其相關(guān)系數(shù)為R2=0.9185,可見其相關(guān)度是高度顯著的。這樣得到PDC鉆頭可鉆性級(jí)值與聲波時(shí)差測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系函數(shù)模型:

Kd=104.47e-(0.0459Δt)

式中，Kd巖石可選性級(jí)值； Δt為聲波時(shí)差，μs/ft(1ft=0.3048m)。

2.2PDC鉆頭巖石可鉆性計(jì)算模型

結(jié)合對(duì)應(yīng)深度的聲波時(shí)差數(shù)據(jù)，回歸得到了聲波時(shí)差和PDC鉆頭可鉆性級(jí)值之間的關(guān)系，如圖2所示。由擬合結(jié)果可知其相關(guān)系數(shù)為R2=0.8657,可見其相關(guān)度是高度顯著的。這樣得到PDC鉆頭可鉆性級(jí)值與聲波時(shí)差測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系函數(shù)模型:

Kd=205.38e(-0.0608Δt)

圖1 聲波時(shí)差與牙輪鉆頭可鉆性關(guān)系回歸曲線圖

圖2 聲波時(shí)差與PDC鉆頭可鉆性關(guān)系回歸曲線圖

3 地層巖石可鉆性級(jí)值的確定

根據(jù)以上建立的巖石可鉆性級(jí)值與聲波時(shí)的關(guān)系式，結(jié)合A井聲波測(cè)井資料，分別計(jì)算出全井各深度對(duì)應(yīng)的牙輪和PDC鉆頭可鉆性級(jí)值(見表1)。通過分析和對(duì)比牙輪和PDC鉆頭可鉆性級(jí)值的試驗(yàn)值和計(jì)算值，發(fā)現(xiàn)誤差均在5%以內(nèi)，說明該方法精度較高，適合該地區(qū)地層巖石可鉆性的確定。

表1 牙輪和PDC鉆頭可鉆性級(jí)值誤差統(tǒng)計(jì)表

圖3 A井可鉆性及地層分級(jí)剖面圖

依據(jù)計(jì)算出全井各深度對(duì)應(yīng)的牙輪和PDC鉆頭可鉆性級(jí)值，繪制了A井的牙輪和PDC鉆頭的巖石可鉆性剖面，并根據(jù)牙輪鉆頭可鉆性級(jí)值的大小進(jìn)行了地層分級(jí)評(píng)價(jià)，如圖3所示。由圖3可以看出牙輪和PDC鉆頭總體上地層可鉆性級(jí)值縱向上隨著井深的增加而增大，荊沙組牙輪鉆頭可鉆性級(jí)值在3～5之間，PDC鉆頭可鉆性級(jí)值在3～6之間，屬于軟-中軟地層；新溝嘴組牙輪鉆頭可鉆性級(jí)值在3～7之間,PDC鉆頭可鉆性級(jí)值在3～6之間，屬于軟-中軟地層；沙市組牙輪和PDC鉆頭可鉆性級(jí)值均在4～7之間，屬于軟-中地層；漁洋組牙輪和PDC鉆頭可鉆性級(jí)值均在5～9之間，屬于中-中硬地層。

4 結(jié) 語

測(cè)井曲線可以較好的體現(xiàn)巖石的物理特性，其中縱波時(shí)差反映了地層的拉伸和壓縮變形特性及強(qiáng)度特性，聲波時(shí)差與巖石的可鉆性在反映巖石綜合物理性能方面必然具有本質(zhì)聯(lián)系,并存在確定的關(guān)系,因此可以利用聲波時(shí)差測(cè)井資料獲得地層巖石的可鉆性。通過室內(nèi)試驗(yàn)，結(jié)合對(duì)應(yīng)的聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，可以建立牙輪鉆頭和PDC鉆頭可鉆性與聲波時(shí)差相互關(guān)系數(shù)學(xué)表達(dá)式,能夠較為準(zhǔn)確地確定地層巖石可鉆性級(jí)值，為研究區(qū)塊的地層分層、合理選擇和設(shè)計(jì)鉆頭、優(yōu)選鉆進(jìn)參數(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

[1]高斐，樓一珊，吳瓊，等.鄂爾多斯盆地馬家溝組地層可鉆性研究及應(yīng)用[J].石油天然氣學(xué)報(bào)(江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào))，2011，33(5)：137-139.

[2]朱澄清，楊迎新，廖忠會(huì),等.川西須家河深層巖石力學(xué)性質(zhì)及可鉆性研究[J].鉆采工藝，2010,33(5)：29-31.

[3]王忠福,孟金城，張志邦.聲波時(shí)差測(cè)井在巖石可鉆性預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2006，25(3)：94-96.

[4]何龍,朱澄清.川西地層可鉆性級(jí)值研究[J].鉆采工藝，2006，29(3)：98-99.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.03.025

TE921

A

1673-1409(2012)03-N075-03

2012-01-17

王海斌(1974-)，男，1999年大學(xué)畢業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事石油與天然氣工程方面的研究工作。