姚家坡和黑家堡地区地层可钻性研究

吴 琼，高 斐

（长江大学石油工程学院，湖北荆州 434023）

姚家坡和黑家堡地区地层可钻性研究

吴 琼，高 斐

（长江大学石油工程学院，湖北荆州 434023）

姚家坡、黑家堡地区下部地层古老、岩性坚硬、可钻性差，为解决该地区钻头掉齿、机械钻速慢、钻井周期长等问题，在收集该区块测井数据、钻井井史和实钻岩心资料的基础上，利用全自动可钻性测试仪，进行了大量室内岩心可钻性实验研究，并建立了声波时差测井与岩石可钻性关系模型和该区块的地层岩石可钻性剖面。该项研究为该地区的钻头选型、提高机械钻速提供了科学依据。

姚家坡、黑家堡地区；岩石可钻性；声波时差；钻头选型；机械钻速

地层岩石可钻性不仅是地层岩石抗钻特性的主要指标，而且是影响破岩效果、制约钻井速度的主要因素。正确认识地层的可钻性对优质、快速钻达目的层有着非常重要的意义。针对姚家坡和黑家堡地区下部地层沉积时间长、年代久远、岩性致密和机械钻速慢等特点，通过对该区实钻岩心室内可钻性实验，建立了声波时差预测地层牙轮钻头和PDC钻头可钻性级值数学模型，并在此基础上开展了姚家坡、黑家堡地区下部地层可钻性研究。

1 地质特征分析

姚家坡、黑家堡地区地处于鄂尔多斯盆地陕北斜坡带上，沉积环境为海相—海陆过渡相—陆相［1］。该地区主要钻遇的下部地层为石千峰组、石盒子组、山西组、太原组、本溪组和马家沟组。石千峰组、石盒子组主要为泥岩和胶结致密的砂砾岩，地层平均机械钻速为2.09 m／h；山西组、太原组主要为泥岩、砂岩夹煤层，泥岩吸水具有塑性，地层平均机械钻速为2.17 m／h；本溪组上部为厚煤层、中下部为泥岩夹细砂岩，地层平均机械钻速为2.14 m／h。马家沟组主要为碳酸岩地层夹凝灰质泥岩，地层比较坚硬，平均机械钻速为1.44m／h。由此可以看出，该地区下部地层古老，岩性坚硬，可钻性差，导致该地区机械钻速低，严重制约了油田开发速度。

2 岩石可钻性室内实验

本研究采用中国石油大学研制的全自动岩石可钻性测试仪测定岩石的微钻头可钻性。按照《岩石可钻性测定分级方法》（SY／T5462-2000）进行实验。实验流程见图1。

图1 全自动可钻性实验流程

本文收集了姚家坡、黑家堡地区已钻井的实钻岩心资料，按照标准规范进行岩样加工，并在全自动可钻性测试仪上进行实验，实验结果见表1。

3 地层岩石可钻性模型的建立［2］

姚家坡和黑家堡地区部分岩心的可钻性结果见表1。图2～图3分别为可钻性级值实验数据与所测试岩心对应深度处的声波时差数据所获得的相关关系曲线。利用回归分析可以获得牙轮钻头和PDC钻头的可钻性与声波时差值之间的相关数学模型。

依据图2，可建立牙轮钻头可钻性级值与声波时差值的关系为：

依据图3，可建立PDC钻头可钻性级值与声波时差的关系为：

表1 姚家坡、黑家堡地区岩心可钻性试验结果

图2 牙轮钻头与声波时差的关系

图3 PDC钻头与声波时差的关系

图2、图3及（1）、（2）式模拟结果表明，岩石的可钻性级值与声波时差数据具有良好的相关性，存在着较明显的函数关系，因此，可以利用声波时差数据求取岩石可钻性。

4 地层可钻性剖面预测

根据上述地层岩石声波时差与岩石可钻性的关系模型，利用已钻井测井资料建立了姚家坡、黑家堡地区连续的地层可钻性剖面［3］，并对该地区已钻井段进行岩石可钻性评价。图4和图5分别给出了该地区已钻井延144井声波时差测井曲线和牙轮钻头、PDC钻头可钻性级值沿井深分布规律。从曲线趋势上看，声波时差与可钻性级值曲线形式基本相同，但趋势相反。

图4 延144井声波时差数据

由图5可以看出，姚家坡、黑家堡地区下部地层岩石可钻性级值比较大，但变化幅度不是很大。地层岩石的可钻性整体上随着深度的增加而增大的。牙轮钻头的可钻性的级值变化范围为5～8之间，PDC钻头的可钻性级值变化范围为4～7之间。根据《中华人民共和国石油天然气行业标准岩石可钻性测定及分级方法》确定岩石可钻性与地层硬度分类的关系，该地区整体上属于中硬地层。在钻井过程中，若选择不合适的钻头，会对机械钻速产生较大的影响。

为了验证模型的准确性，将延144井取心井段

图5 延144井可钻性级值剖面

2 086.00～2 652.00 m的地层岩石实测可钻性数据与利用模型预测的可钻性级值进行了误差分析，其结果见表2。

表2 实测可钻性级值与预测的可钻性级值比较

从表2看出，地层的实测值与预测值之间的误差最大为2.9%，满足工程设计要求。由此可以看出，室内岩心可钻性试验获得的数据与测井资料解释结果具有较好的符合性，因此证明建立的可钻性预测模型是适用于姚家坡、黑家堡区块的。能够满足工程需要。

5 结论

（1）采用全自动可钻性测试仪开展了室内可钻性实验研究，该仪器具有稳定精确的控制钻压和可变钻速的优点，因此，得到的实验数据具有较高的可靠性。

（2）结合测井资料和钻井资料建立了适合于姚家坡、黑家堡地区可钻性模型，并确定了地层连续的可钻性剖面，为钻井施工提供了技术支持。

（3）姚家坡、黑家堡地区下部地层牙轮钻头的可钻性级值范围为5～8，PDC钻头的可钻性级值范围为4～7。

（4）利用测井数据预测的地层可钻性级值与实际地层可钻性级值相比较，最大误差仅为2.9%，精度较高，满足了工程设计要求。

［1］ 刘伟新，王延斌，张文涛，等.鄂尔多斯大牛地气田古生界储层成岩作用与产能关系研究［J］.石油实验地质，2008，30（6）：557-562.

［2］ 孙连环，鲍洪志，杨洪歧，等.准噶尔盆地地层岩石可钻性研究［J］.石油与地质工程，2009，23（3）：86-88.

［3］ 夏宏南，杨明合，谭家虎，等.一种利用测井资料预测岩石可钻性的计算机方法［J］.探矿工程，2004，（1）：47-49.

The precise prediction of formation drillability is of great importance to bit selection，ROP promotion and quick drilling.The formation of Yaojiapo and Heijiabao districts in Yanchang oilfiled is filled with hard and soft rock within each other，which leads to decreased ROP and poor drillability.In order to solve these problems，the logging data and well history are collected and a mathematical model correlating drillability and acoustic logging is established based on multiple rock drillability tests.Then the drillability distribution profile is got.The comparison between the prediction results and test results shows the error can be ignored.The research provides a scientific reference for bit selection and ROP promotion.

109 Research on formation drillability of Yaojiapo and Heijiabao areas

Wu Qiong et al （College of Petroleum Engineering，Yangtze University，Jingzhou，Hubei 434023）

Yaojiapo-Heijiaobao area；rock drillability；acoustic logging；bit selection；ROP

TE21

A

1673-8217（2011）06-0109-03

2011-06-07；改回日期：2011-07-28

吴琼，1983年生，2006年毕业于天津师范大学，长江大学在读硕士研究生，主要从事油气田开发工程的研究工作。

刘洪树