深井岩石破碎规及破碎的分形机理研究.pdfVIP

火庆石油学院博：Jj{i】f究生学位论义 深井岩石破碎规律及破碎的分形机理研究 摘要 准确预测和计算岩石的力学性质和可钻性是有针对性地优选钻头、优化设计参数， 从而提高钻井速度的重要依据。而针对深井并底条件下的岩石可钻性进行预测和计算是 专家和工程界同行们都很重视但又没有解决的问题，因此本文的工作就是基于大庆深井 钻井情况，开展了针对深井井底条件下岩石可钻性确定的方法研究。由于现行的岩石可 钻性评定方法，是通过钻井取心，并进行室内实验和测定得到岩石可钻性级值，但是室 内试验有滞后于实际钻进、周期长、费用高等缺点，而且井下岩性复杂、岩心变化大， 不可能对整个地层都取心，难以建立连续剖面，导致钻头选型和使用上存在很多问题。 由此本文提出通过对钻井过程中上返岩屑的粒度分布研究，建立用分形特征表示的岩石 可钻性分形模型和方法，制定用岩石的分形特征表示的岩石可钻性的评价指标，为实现 岩石可钻性的实时测定和钻头类型的实时优选提供依据。 首先，在实验基础上，本文建立了岩石可钻性级值和岩石的硬度、强度等岩石力学 参数的相关性模型，从相关性分析可以说明：岩石的强度、硬度等力学参数是岩石可钻性 级值的综合反映，该模型的建立，为确定围压下岩石可钻性级值打下了基础。 其次，针对井底条件，采用室内实验和理论分析相结合的方法研究围压条件下岩石 可钻性问题。通过围压条件下岩石力学参数的室内实验，建立了岩石力学参数与围压之 间的定量关系：通过围压条件下的岩石可钻性分析，建立了在不同围压条件下的岩石可 钻性级值的计算方法。并以大庆油田的深井钻井为例，确定了不同岩性、不同渗透率条 件下的岩石可钻性级值计算方法，其结果表明，在井底围压下的岩石可钻性级值与常温 常压下的可钻性级值比较，差值可达到】～3级，即常压下微钻时为128秒，而在围压下 微钻时可达到256秒，井底压力对岩石可钻性的影响相当大。 另外，本论文还首次研究了高温高压对岩石可钻性级值的影响，结果表明，高压对 可钻性级值影响较大，而在井底温度范围内的高温对岩石可钻性级值的影响较小。 然后，应用可钻性计算模型，结合钻井的实际参数，计算了大庆深井岩石可钻性剖 面，在此基础上，对大庆深井钻头进行了优选和改进，结果表明，优选和改进后的钻头 使机械钻速大幅提高。 本文创造性地将分形理论用于研究岩石可钻性的预测方法中来，为钻井过程中实时 预测可钻性级值开辟了一个方向。 在这方面首先开展了将室内微钻头岩石可钻性岩屑进行分形分析，结果表明微钻头 试验岩屑的粒度分布符合分形分布，统计的分布模型相关性在0．9以上；同时进行了钻井 上返岩屑的块度分布的分形分析，分析结果表明，其分布完全符合分形分布，统计的分 形函数相关性在0．9左右，其分形维数与钻屑深度具有很强的相关关系；为了排除不同破 岩工具、不同钻井液条件等对上返岩届块度分布的影响，，对石油钻井井底上返岩屑进行 摘要 标准化处理，即在相同条件下对上返岩屑进行二次破碎，岩石碎屑块度分形维数线性回 归分析表明，其破碎粒度符合分形特征，相关性在0．95以上。 于是基于岩石等概率破碎的假设，从理论上证明了油气钻井过程中，岩石破碎后的 岩屑符合分形破碎规律。 对微钻头可钻性试验后钻屑的分形维数、上返岩屑颗粒分布分形维数与其各岩心的 强度、硬度进行了比较和分析，结果表明分形维数也是反应岩石力学性质的综合指标。 并制定了一个基于岩屑块度分布分形维数表示的岩石可钻性预测指标。 关键词：钻井；高温高压；可钻性；岩石力学性质：分形维数；块度分布；统计模型 岩屑 火庆石油学院博：I：IiJf究生学位论文 in 0U Rule Wellsand Study Rock-breakingDeep Mechanism Rock-breaking．Fractal ABSTRACT ExactPred