[發(fā)明專利]一種基于巖屑納米壓痕的巖石可鉆性評價方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210057803.5
• 申請日: 2022-01-19
• 公開（公告）號: CN114091290B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王子振;雷獻波;周衛(wèi)東;王成文;王瑞和;時賢;李羅鵬;倪紅堅;張銳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01N3/40;G06F119/14
• 代理公司: 濟南克雷姆專利代理事務(wù)所(普通合伙) 37279
• 代理人: 楊婷

本發(fā)明屬于石油勘探開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于巖屑納米壓痕的巖石可鉆性評價方法，包括以下步驟：對巖屑樣品開展納米壓痕測試，采集壓頭的位移載荷曲線，計算納米壓痕測試的微觀硬度；并根據(jù)微觀硬度的統(tǒng)計分布特征推算巖屑礦物組成，將巖屑納米壓痕測試的微觀硬度轉(zhuǎn)化為宏觀壓入硬度；根據(jù)巖石宏觀壓入硬度與巖石可鉆性級值的關(guān)聯(lián)性，建立以巖屑納米壓痕測試的微觀硬度表征的巖石可鉆性級值。在井下巖石樣品數(shù)量少、成本高的條件下，本發(fā)明突破了常規(guī)測試對樣品尺寸與形狀的限制，解決了油氣鉆探領(lǐng)域深層巖石力學(xué)參數(shù)測試難題，是常規(guī)測試方法的有力補充，為鉆頭優(yōu)選、提高鉆速提供基礎(chǔ)支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石油勘探開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于巖屑納米壓痕的巖石可鉆性評價方法。

背景技術(shù)

在油氣工程中，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，與地層的強度、硬度、彈塑性、研磨性和結(jié)構(gòu)特征密切相關(guān)，是指導(dǎo)地質(zhì)分層及鉆頭選型工作的重要參數(shù)，對石油、天然氣鉆井和探礦鉆井具有重要意義。

影響巖石可鉆性的較多，目前主要有四種不同的評價方法：

（1）利用巖石的物理力學(xué)性質(zhì)評價巖石的可鉆性：即在室內(nèi)采用相應(yīng)的測定儀器，測量能反映破碎巖石實質(zhì)的某一種或幾種力學(xué)性質(zhì)作為巖石可鉆性的指標。其優(yōu)點是測量壓入硬度的過程和鉆進時鉆頭在軸向載荷下吃入巖石的過程是相似的，而且方法簡便，所測指標相對穩(wěn)定。

（2）利用微鉆速評價巖石的可鉆性：即采用微型設(shè)備和工具，在室內(nèi)進行模擬試驗，用微鉆速來反映某一鉆進條件和技術(shù)的綜合指標。

（3）利用實鉆速度評價巖石的可鉆性：反映了不同地層巖石和技術(shù)工藝等多種因素的綜合影響，只能在實際鉆井過程中采集數(shù)據(jù)評價。

（4）利用破碎比功評價巖石的可鉆性：即利用單位時間內(nèi)破碎巖石體積的量來求相應(yīng)鉆進速度。

目前評價巖石可鉆性的方法有較大的局限性。由于井下地層巖石難以直接得到，井下取芯成本很高，且室內(nèi)測量巖石物理力學(xué)性質(zhì)受巖石形狀、尺寸等因素影響較大，不適用于進行大量破壞性測試；微鉆速評價巖石可鉆性的方法受工作條件的限制，且現(xiàn)場鉆頭進尺已經(jīng)高達數(shù)百米，甚至數(shù)千米，同時地層是多變的和非均質(zhì)的，故微鉆速并不等于實際鉆速，難以反映實際效果；由于實際的機械鉆速受很多因素的制約，例如：鉆井參數(shù)、鉆進工具的特性參數(shù)、水力參數(shù)、鉆井設(shè)備和人員的技術(shù)水平等，因此，采用實際鉆速指標表示巖石的可鉆性具有暫時性和局部性；破碎比功可以比較各種鉆進方式破碎巖石的有效性，但各種鉆進方式的破巖比功不是一個常量，所以利用破碎比功評價巖石可鉆性的變化規(guī)律尚待進一步研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，旨在提供一種基于巖屑納米壓痕的巖石可鉆性評價方法，利用納米壓痕測試對試樣形狀、尺寸要求較低的特點，建立巖屑微觀物理性質(zhì)與巖石可鉆性的關(guān)系。本發(fā)明通過開展納米壓痕測試，克服了常規(guī)巖石力學(xué)測試對樣品尺寸和形狀的限制，獲取不同尺度下壓入載荷-深度曲線，計算獲得巖石的微觀力學(xué)參量，進一步建立微觀力學(xué)參量與巖石可鉆性之間的關(guān)系模型，實現(xiàn)對巖石可鉆性的預(yù)測。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所提供的技術(shù)方案是：一種基于巖屑納米壓痕的巖石可鉆性評價方法，包括以下步驟：

（1）對巖屑測試樣品開展納米壓痕測試，計算巖屑各壓入點的納米壓痕微觀硬度；即：

S10、制備目標巖屑測試樣品；

S20、對巖屑測試樣品開展納米壓痕測試，繪制各壓入點的位移-載荷曲線圖，獲取巖石最大壓入載荷P_m、最大壓入深度h_m；

S30、根據(jù)上述參數(shù)，計算巖屑各壓入點的微觀硬度，并統(tǒng)計壓入點的分布位置情況；