謝鳳橋油田地層可鉆性研究

王海斌，嚴樹旺 (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教育部重點實驗室(長江大學)，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教育部重點實驗室(長江大學)，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開發區塊，但是在該油田的開發過程中，機械鉆速慢和鉆井周期長一直制約該油田開發速度。對謝鳳橋油田某井的巖心進行了室內可鉆性試驗及抗壓強度試驗，并結合相對應的聲波時差數據建立了該油田地層巖石可鉆性與聲波時差數據之間關系的數學模型,并依據該模型確定了的該油田地層巖石可鉆性分布規律，并繪制出地層巖石可鉆性與地層深度剖面圖。該項研究為謝鳳橋油田地層分層、合理選擇和設計鉆頭、優選鉆進參數提供了科學依據。

謝鳳橋油田；巖石可鉆性;抗壓強度；聲波時差

鉆井工程中做到優質、快速、安全、高效經濟鉆達目的層，最佳的實現勘探開發目的最為重要的一條就是要正確的認識所鉆遇的地層特性。巖石可鉆性是指在鉆進過程中，巖石對鉆頭破碎巖石的相對阻抗程度或巖石抵抗鉆頭鉆進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，也是影響破巖效果、制約鉆進速度的主要因素。對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年勘探開發以來，生產成本逐年上升，而鉆井成本又占到了開發成本的很大部分。謝鳳橋油田開發過程中，機械鉆速慢一直制約該油田開發速度。因此，針對謝鳳橋油田機械鉆速慢，進行地層巖石可鉆性研究，旨在提高機械鉆速，縮短鉆井周期。

1 地質特征分析

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橋斷鼻和斷層以西的復Ⅰ斷塊組成。其中該油田主要斷層——謝鳳橋斷層為一區域性大斷層，走向由北往南為北東東轉近南北再轉北北西向呈反“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構特征，是控制白堊系-荊沙組沉積的同生斷層，斷層的長期活動對構造的形成和油氣的運移、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。平原組結構比較松散、膠結差，易發生井漏，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、礫石層比較發育。新溝嘴組地層巖石可鉆性差，硬度高、粘磨性強，夾層多、軟硬交錯；漁洋組地層塑性強，粘膜性強，礫狀砂巖及砂礫巖發育，鉆頭磨損快。該地區鉆井過程中機械鉆速慢，鉆頭選型需待改進，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、粉沙質泥巖與棕色、淺棕色泥質粉沙巖互層交替出現，普通PDC鉆頭適應地層的能力差，造成鉆時不穩定。

2 牙輪鉆頭和PDC鉆頭巖石可鉆性計算模型

筆者對謝鳳橋油田A井取得的10塊巖樣采用巖石可鉆性測試儀應用微型牙輪鉆頭和PDC鉆頭進行了巖石可鉆性試驗。但是僅靠有限的巖心可鉆性試驗難以建立起整個鉆井剖面地層可鉆性級值的大小，測井曲線可以較好的體現巖石的物理特性，其中縱波時差反映了地層的拉伸和壓縮變形特性及強度特性。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，巖石的縱波時差必然能夠反映地層的巖石可鉆性，縱波時差必然與巖石可鉆性級值Kd之間存在某種內在的聯系。下面，筆者利用聲波時差測井資料和巖心可鉆性試驗結果，建立了利用測井資料預測牙輪鉆頭和PDC鉆頭巖石可鉆性的計算模型。

2.1牙輪鉆頭巖石可鉆性計算模型

根據牙輪鉆頭可鉆性試驗結果，結合對應深度的聲波時差數據，回歸得到了聲波時差和牙輪鉆頭可鉆性級值之間的關系，如圖1所示。由擬合結果可知其相關系數為R2=0.9185,可見其相關度是高度顯著的。這樣得到PDC鉆頭可鉆性級值與聲波時差測井數據的經驗關系函數模型:

Kd=104.47e-(0.0459Δt)

式中，Kd巖石可選性級值； Δt為聲波時差，μs/ft(1ft=0.3048m)。

2.2PDC鉆頭巖石可鉆性計算模型

結合對應深度的聲波時差數據，回歸得到了聲波時差和PDC鉆頭可鉆性級值之間的關系，如圖2所示。由擬合結果可知其相關系數為R2=0.8657,可見其相關度是高度顯著的。這樣得到PDC鉆頭可鉆性級值與聲波時差測井數據的經驗關系函數模型:

Kd=205.38e(-0.0608Δt)

圖1 聲波時差與牙輪鉆頭可鉆性關系回歸曲線圖

圖2 聲波時差與PDC鉆頭可鉆性關系回歸曲線圖

3 地層巖石可鉆性級值的確定

根據以上建立的巖石可鉆性級值與聲波時的關系式，結合A井聲波測井資料，分別計算出全井各深度對應的牙輪和PDC鉆頭可鉆性級值(見表1)。通過分析和對比牙輪和PDC鉆頭可鉆性級值的試驗值和計算值，發現誤差均在5%以內，說明該方法精度較高，適合該地區地層巖石可鉆性的確定。

表1 牙輪和PDC鉆頭可鉆性級值誤差統計表

圖3 A井可鉆性及地層分級剖面圖

依據計算出全井各深度對應的牙輪和PDC鉆頭可鉆性級值，繪制了A井的牙輪和PDC鉆頭的巖石可鉆性剖面，并根據牙輪鉆頭可鉆性級值的大小進行了地層分級評價，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值在3～5之間，PDC鉆頭可鉆性級值在3～6之間，屬于軟-中軟地層；新溝嘴組牙輪鉆頭可鉆性級值在3～7之間,PDC鉆頭可鉆性級值在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鉆頭可鉆性級值均在5～9之間，屬于中-中硬地層。

4 結 語

測井曲線可以較好的體現巖石的物理特性，其中縱波時差反映了地層的拉伸和壓縮變形特性及強度特性，聲波時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聯系,并存在確定的關系,因此可以利用聲波時差測井資料獲得地層巖石的可鉆性。通過室內試驗，結合對應的聲波測井數據，可以建立牙輪鉆頭和PDC鉆頭可鉆性與聲波時差相互關系數學表達式,能夠較為準確地確定地層巖石可鉆性級值，為研究區塊的地層分層、合理選擇和設計鉆頭、優選鉆進參數提供科學依據。

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[3]王忠福,孟金城，張志邦.聲波時差測井在巖石可鉆性預測中的應用[J].大慶石油地質與開發，2006，25(3)：94-96.

[4]何龍,朱澄清.川西地層可鉆性級值研究[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年大學畢業，碩士，工程師，現主要從事石油與天然氣工程方面的研究工作。