[发明专利]一种页岩地层PDC钻头机械钻速预测方法及装置

说明书

本发明提供了一种页岩地层PDC钻头机械钻速预测方法及装置，方法包括：测定页岩样本在预设钻进方向的PDC钻头机械钻速、声波时差、单轴抗压强度和三轴抗压强度；根据测定的声波时差确定动态弹性模量和动态泊松比；根据三轴抗压强度确定在预设钻进方向的粘聚力和内摩擦角；根据声波时差、粘聚力以及内摩擦角数据建立粘聚力‑内摩擦角‑声波时差模型；根据PDC钻头机械钻速、钻压、单轴抗压强度、动态弹性模量、动态泊松比、粘聚力、内摩擦角以及建立的粘聚力‑内摩擦角‑声波时差模型建立PDC钻头机械钻速预测模型，预测页岩地层在不同钻进方向的PDC钻头机械钻速。本发明工程应用方便，对提高钻井作业效率，降低钻井周期具有重要意义。

技术领域

本发明涉及油气勘探开发技术，具体的讲是一种页岩地层PDC钻头机械钻速预测方法及装置。

背景技术

岩石的机械钻速在油气田的勘探开发过程中，一直是钻井作业最为关心的重要指标，水文条件、地质条件以及作业参数等因素对其的影响十分复杂。较好地预测岩石机械钻速对降低建井成本、缩短建井周期、提高油气藏开发钻井水平和开发效益有着十分重要的意义。随着页岩油气开采的兴起，页岩的层理性特点对机械钻速的影响逐渐引起人们的重视，不同钻进方向下的机械钻速差异很大。因此，对页岩地层的机械钻速的准确预测显得尤为重要。

发明内容

为更加准确地预测页岩地层的PDC钻头机械钻速，本发明实施例提供一种页岩地层的PDC钻头机械钻速预测方法，包括：

测定页岩样本在预设钻进方向的PDC钻头机械钻速、声波时差、单轴抗压强度和三轴抗压强度，所述声波时差包括横波时差和纵波时差；

根据测定的声波时差确定页岩样本在所述预设钻进方向的动态弹性模量和动态泊松比；

根据测定的三轴抗压强度确定页岩样本在所述预设钻进方向的粘聚力和内摩擦角；

根据所述页岩样本在预设钻进方向的声波时差、粘聚力以及内摩擦角数据建立粘聚力-内摩擦角-声波时差模型；

根据所述页岩样本在预设钻进方向的PDC钻头机械钻速、钻压、单轴抗压强度、动态弹性模量、动态泊松比、粘聚力、内摩擦角以及建立的粘聚力-内摩擦角-声波时差模型建立PDC钻头机械钻速预测模型；

根据被测页岩地层的测井资料、钻进方向、钻压以及PDC钻头机械钻速预测模型预测页岩地层在不同钻进方向的PDC钻头机械钻速。

本发明实施例中，所述根据测定的声波时差确定页岩样本在所述预设钻进方向的动态弹性模量和动态泊松比包括：

根据横波时差、纵波时差以及关系式(1)确定对应钻进方向的动态弹性模量；

根据横波时差、纵波时差以及关系式(2)确定对应钻进方向的动态泊松比；

其中，E_d为动态弹性模量；ν_d为动态泊松比；Δt_p为纵波声波时差；Δt_s为横波声波时差；ρ为从测井资料中确定的岩石密度。

本发明实施例中，所述根据测定的三轴抗压强度确定页岩样本在所述预设钻进方向的粘聚力和内摩擦角包括：

根据测定的三轴抗压强度数据利用莫尔-库伦准则，作出不同围压下的莫尔圆，确定页岩样本在所述预设钻进方向的粘聚力和内摩擦角。

本发明实施例中，所述根据所述页岩样本在预设钻进方向的声波时差、粘聚力以及内摩擦角建立粘聚力-内摩擦角-声波时差模型包括：

对所述页岩样本在预设钻进方向的声波时差、粘聚力以及内摩擦角数据作非线性回归，建立粘聚力-内摩擦角-声波时差模型，所述的粘聚力-内摩擦角-声波时差模型为：