本發(fā)明涉及油氣勘探開發(fā)技術(shù)，具體的講是一種預(yù)測實(shí)鉆頁巖地層pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值的方法及裝置。

背景技術(shù)：

在油氣資源的勘探與開發(fā)中，巖石可鉆性一直是鉆頭選型，鉆井參數(shù)選擇的重要依據(jù)。巖石可鉆性不是巖石固有的性質(zhì)，它受地質(zhì)、工藝、技術(shù)等因素影響，較好的預(yù)測巖石的可鉆性能夠有效地縮短鉆井周期，提高鉆井效率。

目前隨著頁巖油氣的開發(fā)，頁巖層理性的特點(diǎn)對(duì)頁巖可鉆性的影響愈加突出，不同鉆進(jìn)方向下頁巖的可鉆性差異較大。因此，在考慮地層溫度影響的前提下，結(jié)合井眼軌跡參數(shù)，準(zhǔn)確地預(yù)測實(shí)鉆頁巖地層不同鉆進(jìn)方向的巖石可鉆性顯得至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為準(zhǔn)確地預(yù)測實(shí)鉆頁巖地層的pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值，提高鉆井效率，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種預(yù)測實(shí)鉆頁巖地層pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值的方法，包括：

測定實(shí)鉆頁巖地層的頁巖樣品在不同預(yù)設(shè)鉆進(jìn)條件下的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值，所述預(yù)設(shè)鉆進(jìn)條件為預(yù)設(shè)的不同頁巖溫度、不同鉆進(jìn)方向；

根據(jù)測定的頁巖樣品在預(yù)設(shè)鉆進(jìn)條件下的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值建立pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與鉆進(jìn)條件模型；

建立鉆進(jìn)方向與地層傾角、地層下傾方位角、井斜角及井斜方位角的鉆進(jìn)方向-角模型；

根據(jù)所述pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與鉆進(jìn)條件模型和鉆進(jìn)方向-角模型確定pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值預(yù)測模型，所述pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值預(yù)測模型為pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與頁巖溫度、地層傾角、地層下傾方位角、井斜角及井斜方位角的關(guān)系；

根據(jù)鉆井作業(yè)中獲得的井眼軌跡、地層產(chǎn)狀、地溫資料以及pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值預(yù)測模型預(yù)測實(shí)鉆頁巖地層pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述的根據(jù)測定的頁巖樣品在預(yù)設(shè)鉆進(jìn)條件下的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值建立pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與鉆進(jìn)條件模型包括：

對(duì)不同預(yù)設(shè)鉆進(jìn)條件下的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值進(jìn)行多元非線性回歸，確定pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與鉆進(jìn)方向、頁巖溫度的回歸方程。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述的回歸方程為：

其中，kd為pdc鉆頭可鉆性級(jí)值，為鉆進(jìn)方向，t為頁巖溫度。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述的建立鉆進(jìn)方向與地層傾角、地層下傾方位角、井斜角及井斜方位角的鉆進(jìn)方向-角模型包括：

根據(jù)井眼軌跡與地層的空間相交圖確定鉆進(jìn)方向與地層傾角、地層下傾方位角、井斜角及井斜方位角的關(guān)系式(2)；

其中，為鉆進(jìn)方向，α為井斜角，β為井斜方位角，θ為地層傾角，φf為地層下傾方位角。

本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)所述pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與鉆進(jìn)條件模型和鉆進(jìn)方向-角模型確定pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值預(yù)測模型包括：

根據(jù)所述回歸方程(1)和鉆進(jìn)方向與地層傾角、地層下傾方位角、井斜角及井斜方位角的關(guān)系式(2)確定的所述預(yù)測模型為式(3)：

kd＝lg(0.0558(α+tan^-1(tanθ·cos(φf-β)))+7.6535)·(-0.00904t+5.6227)(3)

其中，kd為pdc鉆頭可鉆性級(jí)值，為鉆進(jìn)方向，t為頁巖溫度，α為井斜角，β為井斜方位角，θ為地層傾角，φf為地層下傾方位角。

同時(shí)，本發(fā)明還提供一種預(yù)測實(shí)鉆頁巖地層pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值的裝置，包括：

數(shù)據(jù)接收模塊，用于接收測定的實(shí)鉆頁巖地層的頁巖樣品在不同預(yù)設(shè)鉆進(jìn)條件下的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值，所述預(yù)設(shè)鉆進(jìn)條件為預(yù)設(shè)的不同頁巖溫度、不同鉆進(jìn)方向；

pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與鉆進(jìn)條件模型確定模塊，用于根據(jù)測定的頁巖樣品在預(yù)設(shè)鉆進(jìn)條件下的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值建立pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與鉆進(jìn)條件模型；

鉆進(jìn)方向-角模型確定模塊，用于建立鉆進(jìn)方向與地層傾角、地層下傾方位角、井斜角及井斜方位角的鉆進(jìn)方向-角模型；

預(yù)測模型確定模塊，用于根據(jù)所述pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與鉆進(jìn)條件模型和鉆進(jìn)方向-角模型確定pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值預(yù)測模型，所述pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值預(yù)測模型為pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與頁巖溫度、地層傾角、地層下傾方位角、井斜角及井斜方位角的關(guān)系；

預(yù)測模塊，用于根據(jù)鉆井作業(yè)中獲得的井眼軌跡、地層產(chǎn)狀、地溫資料以及pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值預(yù)測模型預(yù)測實(shí)鉆頁巖地層pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與鉆進(jìn)條件模型確定模塊包括：

回歸處理單元，用于對(duì)不同預(yù)設(shè)鉆進(jìn)條件下的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值進(jìn)行多元非線性回歸，確定pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與鉆進(jìn)方向、頁巖溫度的回歸方程。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于：能夠利用現(xiàn)場鉆井的井眼軌跡參數(shù)、地層產(chǎn)狀和地溫資料直接預(yù)測實(shí)鉆頁巖地層的pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值。該方法應(yīng)用簡單快捷，使用的資料易于獲得，適合實(shí)際工程應(yīng)用，對(duì)于減少室內(nèi)實(shí)驗(yàn)工作，提高鉆井效率有很大的幫助。

為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明公開的預(yù)測實(shí)鉆頁巖地層pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值方法的流程圖；

圖2為發(fā)明實(shí)施例公開的預(yù)測實(shí)鉆頁巖地層pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值的方法的流程圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中鉆進(jìn)方向示意圖；

圖4為不同溫度下頁巖樣品不同鉆進(jìn)方向下的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與鉆進(jìn)方向的關(guān)系曲線；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中井眼軌跡與地層的空間相交圖；

圖6為本發(fā)明公開的預(yù)測實(shí)鉆頁巖地層pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值裝置的框圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供了一種預(yù)測實(shí)鉆頁巖地層pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值的方法，如圖1所示，為本發(fā)明公開的預(yù)測實(shí)鉆頁巖地層pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值方法的流程圖，包括：

步驟s101，測定實(shí)鉆頁巖地層的頁巖樣品在不同預(yù)設(shè)鉆進(jìn)條件下的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值，所述預(yù)設(shè)鉆進(jìn)條件為預(yù)設(shè)的不同頁巖溫度、不同鉆進(jìn)方向；

步驟s102，根據(jù)測定的頁巖樣品在預(yù)設(shè)鉆進(jìn)條件下的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值建立pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與鉆進(jìn)條件模型；

步驟s103，建立鉆進(jìn)方向與地層傾角、地層下傾方位角、井斜角及井斜方位角的鉆進(jìn)方向-角模型；

步驟s104，根據(jù)所述pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與鉆進(jìn)條件模型和鉆進(jìn)方向-角模型確定pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值預(yù)測模型，所述pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值預(yù)測模型為pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與頁巖溫度、地層傾角、地層下傾方位角、井斜角及井斜方位角的關(guān)系；

步驟s105，根據(jù)鉆井作業(yè)中獲得的井眼軌跡、地層產(chǎn)狀、地溫資料以及pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值預(yù)測模型預(yù)測實(shí)鉆頁巖地層pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值。

本發(fā)明的方案能夠利用現(xiàn)場鉆井的井眼軌跡參數(shù)、地層產(chǎn)狀和地溫資料直接預(yù)測實(shí)鉆頁巖地層的pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值，本發(fā)明的技術(shù)方案應(yīng)用簡單快捷，使用的資料易于獲得，適合實(shí)際工程應(yīng)用，對(duì)于減少室內(nèi)實(shí)驗(yàn)工作，提高鉆井效率有很大的幫助。下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖2所示，為發(fā)明實(shí)施例公開的預(yù)測實(shí)鉆頁巖地層pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值的方法，包括以下步驟：

步驟1，測定不同溫度下頁巖在不同鉆進(jìn)方向下的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值，本發(fā)明實(shí)施例中測定pdc鉆頭可鉆性級(jí)值的具體方法如下：

(1)利用取心機(jī)從整塊頁巖上按不同的鉆進(jìn)方向取出直徑為76.2mm、長度為50mm的柱狀頁巖樣品，使用車床把頁巖樣品的兩個(gè)端面車平，保持頁巖樣品表面不存在裂紋及損傷；

(2)將不同鉆進(jìn)方向下的頁巖樣品放入恒溫箱內(nèi)做加熱處理，分別保持一定溫度烘烤24小時(shí)；

(3)將不同溫度和不同鉆進(jìn)方向下的頁巖樣品依次放入巖石可鉆性測量系統(tǒng)，分別測量頁巖樣品的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值。

根據(jù)上述步驟1所測定的不同溫度和不同鉆進(jìn)方向下頁巖樣品的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1

如圖3所示為巖心軸線與層理面法線之間的夾角關(guān)系，即鉆進(jìn)方向示意圖，垂直層理方向?yàn)?°，平行層理方向?yàn)?0°。

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)可做出不同溫度下頁巖在不同鉆進(jìn)方向下的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與鉆進(jìn)方向的關(guān)系曲線，如圖4所示。

步驟2，建立不同溫度下頁巖在不同鉆進(jìn)方向下的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與溫度和鉆進(jìn)方向的數(shù)學(xué)模型，具體方法如下：

對(duì)表1中不同溫度和不同鉆進(jìn)方向下頁巖樣品的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值、不同溫度值、不同鉆進(jìn)方向做多元非線性回歸，得到回歸方程：

式中，kd為不同溫度下頁巖在不同鉆進(jìn)方向下的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值，無因次；為鉆進(jìn)方向，單位為度；t為頁巖溫度，單位為攝氏度。

步驟3，根據(jù)空間幾何關(guān)系建立鉆進(jìn)方向與地層傾角、地層下傾方位角、井斜角和井斜方位角的數(shù)學(xué)關(guān)系，具體方法如下：

作井眼軌跡與地層的空間相交圖，如圖5所示，利用空間幾何的關(guān)系推導(dǎo)鉆進(jìn)方向與地層傾角、地層下傾方位角、井斜角和井斜方位角的數(shù)學(xué)關(guān)系，得到關(guān)系方程：

其中，為鉆進(jìn)方向，單位為度；α為井斜角，單位為度；β為井斜方位角，單位為度；θ為地層傾角，單位為度；φf為地層下傾方位角，單位為度。

步驟4，建立不同溫度下頁巖在不同鉆進(jìn)方向下的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與地層傾角、地層下傾方位角、井斜角和井斜方位角的數(shù)學(xué)模型，具體方法如下：

將步驟3中建立的鉆進(jìn)方向與地層傾角、地層下傾方位角、井斜角和井斜方位角的數(shù)學(xué)關(guān)系代入步驟2中建立的不同溫度下頁巖樣品在不同鉆進(jìn)方向下的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與溫度和鉆進(jìn)方向的數(shù)學(xué)模型，即將式(2)代入式(1)中，可得如下的數(shù)學(xué)模型：

kd＝lg(0.0558(α+tan^-1(tanθ·cos(φf-β)))+7.6535)·(-0.00904t+5.6227)(3)

式中，kd為不同溫度下頁巖在不同鉆進(jìn)方向下的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值，無因次；α為井斜角，單位為度；β為井斜方位角，單位為度；θ為地層傾角，單位為度；φf為地層下傾方位角，單位為度，t為頁巖溫度，單位為攝氏度。

上述式(1)、(2)、(3)的數(shù)學(xué)模型僅作為本發(fā)明實(shí)施例的一種舉例，本發(fā)明不僅限于上述表達(dá)式，因此上述數(shù)學(xué)模型不應(yīng)視為本發(fā)明的限制。

步驟5：根據(jù)式(3)的pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值預(yù)測模型，計(jì)算預(yù)測不同井眼軌跡參數(shù)處的pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值，具體方法如下：

在實(shí)際鉆井作業(yè)中，根據(jù)現(xiàn)場的井眼軌跡、地層產(chǎn)狀和地溫資料，利用步驟4中建立的頁巖地層pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值預(yù)測模型，即可簡便快捷地計(jì)算在不同井眼軌跡參數(shù)處的頁巖pdc鉆頭可鉆性級(jí)值。

同時(shí)，本發(fā)明還提供一種預(yù)測實(shí)鉆頁巖地層pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值的裝置，如圖6所示，為本發(fā)明公開的預(yù)測實(shí)鉆頁巖地層pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值裝置的框圖，包括：

數(shù)據(jù)接收模塊，用于接收測定的實(shí)鉆頁巖地層的頁巖樣品在不同預(yù)設(shè)鉆進(jìn)條件下的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值，所述預(yù)設(shè)鉆進(jìn)條件為預(yù)設(shè)的不同頁巖溫度、不同鉆進(jìn)方向；

pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與鉆進(jìn)條件模型確定模塊，用于根據(jù)測定的頁巖樣品在預(yù)設(shè)鉆進(jìn)條件下的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值建立pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與鉆進(jìn)條件模型；

鉆進(jìn)方向-角模型確定模塊，用于建立鉆進(jìn)方向與地層傾角、地層下傾方位角、井斜角及井斜方位角的鉆進(jìn)方向-角模型；

預(yù)測模型確定模塊，用于根據(jù)所述pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與鉆進(jìn)條件模型和鉆進(jìn)方向-角模型確定pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值預(yù)測模型，所述pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值預(yù)測模型為pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與頁巖溫度、地層傾角、地層下傾方位角、井斜角及井斜方位角的關(guān)系；

預(yù)測模塊，用于根據(jù)鉆井作業(yè)中獲得的井眼軌跡、地層產(chǎn)狀、地溫資料以及pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值預(yù)測模型預(yù)測實(shí)鉆頁巖地層pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值。

此外，本發(fā)明實(shí)施例中，所述的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與鉆進(jìn)條件模型確定模塊包括：

回歸處理單元，用于對(duì)不同預(yù)設(shè)鉆進(jìn)條件下的pdc鉆頭可鉆性級(jí)值進(jìn)行多元非線性回歸，確定pdc鉆頭可鉆性級(jí)值與鉆進(jìn)方向、頁巖溫度的回歸方程。

本發(fā)明利用現(xiàn)場鉆井的井眼軌跡參數(shù)、地層產(chǎn)狀和地溫資料直接預(yù)測實(shí)鉆頁巖地層的pdc鉆頭巖石可鉆性級(jí)值。該方法應(yīng)用簡單快捷，使用的資料易于獲得，適合實(shí)際工程應(yīng)用，對(duì)于減少室內(nèi)實(shí)驗(yàn)工作，提高鉆井效率有很大的幫助。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲(chǔ)器、cd-rom、光學(xué)存儲(chǔ)器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合。可提供這些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)器，使得通過計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲(chǔ)在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中，使得存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。

本發(fā)明中應(yīng)用了具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。