毛敏,杨毅,张立刚,等. 裂缝性储层 PDC 钻头随钻响应特征实验研究[J]. 钻采工艺, 2023,46(1):1-7
MAO Min, YANG Yi, ZHANG Ligang, et al. Experimental Research on Response Characteristics of PDC Bit in Fractured Formation While Drilling [J]. Drilling and Production Technology, 2023, 46(1): 1- 7
作者简介
毛敏(1973-),高级工程师,主要从事录井工程技术研究与管理。地址:(300457)天津经济技术开发区信环西路19号天河科技园1号楼,电话:022-65310705,E-mail:maomin@ cfbgc.com
通信作者: 张立刚(1982- ),教授,博士生导师,主要从事钻录井工程和增产改造研究。地址:(163318)黑龙江省大庆市高新技术产业开发区学府街99号,电话:0459-6503336, E-mail:zhangligang@nepu.edu.cn
毛敏1, 杨毅1, 张立刚2,3, 姬建飞1, 薛东阳2, 李浩2,3, 苗振华2, 谭甲兴2
1 中法渤海地质服务有限公司
2提高油气采收率教育部重点实验室·东北石油大学
3 油气钻完井技术国家工程研究中心
摘要:裂缝性储层的裂缝预测难度大,研究裂缝性地层PDC钻头钻进响应特征对裂缝性储层随钻识别具有重要意义。文章利用水泥石材料制备的无裂缝水泥石试件、填充裂缝水泥石试件和张开裂缝水泥石试件开展了微PDC钻头钻进实验,监测不同裂缝类型的水泥石试件在钻进过程中的钻压、转速、扭矩、钻时等直接参数,通过计算机械比能、机械比能异常因子、机械比能波动因子和扭矩波动因子等衍生参数,揭示了不同裂缝类型的试件在PDC钻头钻进时的响应特征,构建了无缝、填充裂缝、张开裂缝在PDC钻头钻进时的特征图谱、评价指标体系和分类标准。并在渤中19-6气田进行了现场应用,与测井解释符合率达到了82%以上。该项研究成果为裂缝性储层的随钻识别诊断提供了实验依据。
关键词:裂缝性储层;微PDC钻头;钻进响应特征;随钻识别
0 引言
裂缝性储层在碎屑岩、碳酸盐岩和各类潜山地层中广泛发育,潜藏了大量的油气资源,是油气开发的新方向和新领域[1-2]。其中,裂缝是油气重要的储集空间和渗流通道,影响和控制着储层有效性、单井产量和开发效果[3- 4]。在勘探开发过程中对裂缝信息进行快速解释、识别和准确评价,对提前完钻、加深钻进、中途测试等决策具有重大意义[5- 6]。但由于裂缝受到构造运动、沉积环境及风化剥蚀等多种地质因素的作用,储层发育特征复杂,裂缝的预测识别存在较大困难和挑战[7- 8],而目前常用的地震波传播理论[9]、成像测井技术[10-11]、取心识别技术、基于泥页岩压实理论的dc指数法等[12-13],以及近期研究的用ct解释储层裂缝特征的方法,存在解释精度低或时效性较差等情况[14-16]。针对该问题,本文拟利用钻井工程参数开展随钻识别储层裂缝的研究。通过人造裂缝水泥石试件,开展大量的微 PDC钻头钻进实验,研究钻井工程参数在钻遇不同裂缝时的响应特征,并选取PDC钻头在钻遇裂缝时有明显特征的工程参数,建立数学评价模型,提出通过随钻录井工程参数识别裂缝性储层的方法。
1 响应特征实验
1.1 人造裂缝水泥石试件
表 1 人造裂缝水泥石试件设计参数
图1为人造裂缝水泥石试件中裂缝数量、裂缝倾角和裂缝夹角的结构和展布特征。
图 1 人造裂缝水泥石试件的裂缝结构和展布示意图
试件模型在常压下60℃恒温水浴中候凝和养护。其中,填充裂缝试件的养护时间为20 h,脱模后转移到冷却水浴中继续养护;张开裂缝试件在养护时间到12 h时,将钢片拔出,继续恒温水浴养护,到达 20 h 后,脱模,冷却水浴中继续养护。
1.2 室内实验
2 随钻响应特征衍生参数
将测量点处的扭矩值的标准偏差与测量段扭矩平均值之比称为“扭矩波动因子”,计算模型为:
2.2 机械比能
式中:P—机械比能异常值,无量纲;MSEJ—机械比能基值,为不发育裂缝的水泥石机械比能值。裂缝不发育地层物性指数分布在1左右,裂缝发育地层物性指数小于1,机械比能异常值越低,裂缝发育程度越好。
3 裂缝性储层随钻响应特征分析
根据钻压、扭矩、深度、钻时等测量参数,计算无缝、填充裂缝和张开裂缝试件的扭矩波动因子、机械比能、机械比能异常因子、机械比能波动因子等衍生参数,如表2所示。
表 2 微钻实验监测及衍生参数
图 4 机械比能分布状态
图 4 可以看出,张开裂缝试件比填充裂缝试件的机械比能低;随着裂缝条数增加,机械比能减小;相同裂缝条数条件下,相交裂缝和带有倾角的裂缝试件比垂直裂缝试件的机械比能值低。裂缝越发育,地层可钻性越低,机械钻速越高,破碎单位体积岩石消耗的能量越低,机械比能越小。
图 5 机械比能异常因子分布状态
图 6 机械比能波动因子分布状态
图6中,无缝、填充裂缝和张开裂缝试件中机械比能波动因子分别为0.21,0.30~0.40和0.35~0.50,无缝试件的机械比能波动因子最小,张开裂缝试件整体高于填充裂缝试件。机械比能波动因子反映了钻井破岩过程中钻压、扭矩和钻时等的综合波动和振荡情况,与地层非均质性有关,非均质性越强,机械比能波动因子越高。
3.2 随钻衍生参数特征谱图和分类标准
图 7 无裂缝试件扭矩和机械比能图谱
图 8 填充裂缝试件扭矩和机械比能图谱
图 9 张开裂缝试件扭矩和机械比能图谱
表 3 裂缝性储层分类标准
4 现场应用
图10 BX-6 井基于 PDC 钻头响应特征的
随钻裂缝预测
5 结论
参考文献
详见原文。
基金项目
国家自然科学基金项目“致密储层井工厂压裂应力场演化机理及调控方法”(编号:51504067)。
论文原载于《钻采工艺》2023年第1期。
编 辑| 陈丽萍
排 版| 黎蕊菡
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