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        利用巖屑元素含量評價(jià)巖石可鉆性方法研究

        2018-08-03 01:03:24李春山何亞彬
        鉆采工藝 2018年4期
        關(guān)鍵詞:鉆性巖屑碳酸鹽巖

        李春山, 李 偉, 何亞彬

        (1中國石油大學(xué)·華東 2新疆克拉瑪依市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì) 3西南油氣田分公司川中油氣礦)

        巖石可鉆性是指在一定鉆頭規(guī)格、類型及鉆井工藝條件下巖石抵抗鉆頭破碎的能力[1]。巖石可鉆性是指導(dǎo)地質(zhì)分層及鉆頭選型工作的重要參數(shù),是決定鉆進(jìn)效率的基本因素[2]。目前評價(jià)巖石可鉆性的方法主要有壓入硬度法、微鉆頭鉆進(jìn)法、鉆速方程反推法、利用測井參數(shù)預(yù)測法和巖屑硬度法[3]。這些評價(jià)巖石可鉆性的方法,成本較高且不能實(shí)時(shí)評價(jià)巖石可鉆性,本文提出了一種新的巖石可鉆性評價(jià)方法,通過對巖屑進(jìn)行元素含量分析,利用元素含量評價(jià)巖石可鉆性,這樣,可以實(shí)時(shí)評價(jià)巖石可鉆性。

        一、影響巖石可鉆性的主要因素

        影響巖石可鉆性的因素雖然有很多,但是真正引起可鉆性變化的主要原因還在于巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu),它決定了巖石的抗鉆能力[4]。地層主要由巖石構(gòu)成,每種巖石由不同的礦物組成,每種礦物均由固定的化學(xué)元素構(gòu)成,因此可以通過元素含量評價(jià)巖石可鉆性。

        不同的礦物所含的物質(zhì)不同,可通過相應(yīng)的元素反映出來[5],例如,Si元素主要與石英關(guān)系密切,Si主要富集在砂巖、硅質(zhì)巖等沉積巖中。K、Al元素含量與黏土(高嶺石、伊利石、蒙脫石、綠泥石、海綠石等)含量密切相關(guān),可通過K、Al等元素判斷黏土礦物含量。Ca元素與方解石和白云石密切相關(guān),主要集中在碳酸鹽巖石中,白云質(zhì)巖石中同時(shí)富集了Ca和Mg。

        二、巖屑元素含量的測定方法

        巖屑元素含量的分析方法有多種,本文采用一種既簡便又快捷,且適用于現(xiàn)場應(yīng)用的分析方法——X射線熒光巖屑分析儀對巖屑進(jìn)行分析,得到巖屑的各種主要元素含量。該儀器可以分析巖屑中Ca、Mg、Si、Fe、Al、K等22種元素的含量。

        本文針對四川磨溪地區(qū)進(jìn)行了研究,對該地區(qū)7口井進(jìn)行了巖屑元素分析,分析樣品達(dá)到3 600余個(gè),獲得了相應(yīng)的元素分析資料。

        三、元素含量與巖石可鉆性關(guān)系分析

        由上述分析可知,巖石可鉆性與礦物成分密切相關(guān),而礦物成分又與其所含元素有關(guān),因此本文試圖通過對元素含量的分析,探索元素含量與巖石可鉆性之間的關(guān)系。

        通過對XRF巖屑元素含量的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)選、分析,優(yōu)選出與巖性密切相關(guān)的Ca、Mg、Si、Fe、Al、K 6個(gè)主要元素,本文以XX1井為例,將以上6種元素的含量及巖性剖面、可鉆性級值繪制成圖進(jìn)行分析,如圖1所示,其中可鉆性資料利用測井?dāng)?shù)據(jù)處理獲得。該井從4 547~4 563 m地層為棲一段,巖性主要為石灰?guī)r,可鉆性級值在6.95~7.21之間,Ca元素含量較高,其余五種元素含量均低;4 563~4 574 m地層為梁山組,巖性主要為砂泥巖,可鉆性級值在4.78~6.22之間,Ca元素含量降低,Mg元素含量較低,其余四種元素含量均較高;4 574~4 595 m地層為高臺(tái)組,巖性主要為含砂質(zhì)白云巖,可鉆性級值在6.48~7.62之間,Ca、Mg元素含量大幅上升,其余元素含量均下降;4 595~4 691 m地層為龍王廟組,巖性主要為白云巖,可鉆性級值在6.8~8.18之間,Ca、Mg元素含量較高,其余元素含量較低;4 691~4 748 m地層為滄浪鋪組,巖性主要為砂泥巖,可鉆性級值在5.7~7.88之間,Ca、Mg元素含量大幅下降,Si、Al、K含量上升,F(xiàn)e元素含量較低。

        圖1 XX1井元素含量及可鉆性級值曲線圖

        從以上分析可知,元素含量與巖石可鉆性存在一定的相關(guān)關(guān)系,主要表現(xiàn)為:

        (1)Si元素在砂泥巖中含量較高,石灰?guī)r、白云巖中含量較低。在砂泥巖剖面中,Si元素含量代表著砂質(zhì)含量,Si元素含量越高,巖石越難鉆,可鉆性級值越大,與可鉆性級值呈正相關(guān)。在碳酸鹽巖剖面中,Si元素含量與可鉆性級值呈負(fù)相關(guān)。

        (2)K、Al含量代表著泥質(zhì)含量,其含量在砂泥巖中最高,碳酸鹽巖中最低。K、Al含量與可鉆性級值呈負(fù)相關(guān)。

        (3)Ca、Mg元素含量之間有較強(qiáng)的相關(guān)性,其含量代表著碳酸鹽巖含量。因此其含量在碳酸鹽巖中較高,在砂泥巖中較低??摄@性級值與Ca、Mg含量成正相關(guān)。在碳酸鹽巖剖面中,Mg元素含量主要代表白云巖的含量變化,從圖中可以看出,Mg元素含量在白云巖段最高,此段可鉆性級值也最高,而Mg元素含量在灰?guī)r段有明顯降低,因此此段可鉆性也略有降低。

        (4)Fe元素代表泥質(zhì)含量。其含量在砂泥巖中最高,碳酸鹽巖中最低。Fe元素含量與可鉆性級值呈負(fù)相關(guān)。

        四、巖石可鉆性預(yù)測模型的建立

        將影響巖石可鉆性的主要元素Si、Mg、Al、K、Ca、Fe進(jìn)行多元回歸分析,利用該地區(qū)7口井的數(shù)據(jù)資料,得到該地區(qū)可鉆性級值預(yù)測方程:

        Kd=7.867+0.019Mg-0.067Al-0.016Si+0.138K-0.017Ca-0.007Fe

        式中:Kd—鉆性極值,無因次;Mg、Al、Si、K、Ca、Fe—分別為巖屑中鎂、鋁、硅、鉀、鈣、鐵元素含量,%。

        該方程的相關(guān)系數(shù)為0.753 92。利用此方程,得到各井的可鉆性級值剖面。圖1中“可鉆性級值1”為利用本模型計(jì)算的巖石可鉆性級值,通過與巖石可鉆性級值曲線對比可見,二者吻合度極高,說明應(yīng)用此種方法預(yù)測可鉆性可行。

        本方法使用的是巖屑的元素含量分析數(shù)據(jù),樣品分析可在現(xiàn)場完成,因此非常及時(shí);測量樣品為巖屑,取樣方便,而且不需特別加工,成本低、評價(jià)速度快;本模型是用磨溪地區(qū)數(shù)據(jù)獲得,僅適用該地區(qū);其它地區(qū)須用本地區(qū)的資料進(jìn)行分析得到相應(yīng)的計(jì)算模型才能使用。

        五、結(jié)論

        (1)分析表明巖石可鉆性與巖屑的元素含量存在相關(guān)關(guān)系。

        (2)通過對磨溪地區(qū)7口井的資料分析,得出了該地區(qū)的巖石可鉆性計(jì)算模型。

        (3)探索了一種利用巖屑元素含量評價(jià)巖石可鉆性的新方法。

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