地层参数（精选3篇）
地层参数 篇1
摘要：随着钻井技术的不断发展, 对钻井技术服务提出了更高的要求, 基于准确地层评估的钻头水力参数优选在现场技术服务中扮演者越来越重要的角色。本文论述了钻头水力参数优选的必要性, 对基于地层差异的钻头水力参数优选进行了分析, 并从而实践应用角度对其参数优选进一步说明, 意在为钻头水力参数实际选择提供借鉴与支持, 促进钻井工程的进一步优化。
关键词：钻头,地层,水力参数优选,分析
利用实钻资料、测井资料等现场数据来对地层可钻性作出评估, 并以此为基础来进行钻头水力参数的选优, 是适应钻井工程不断发展的需要。钻头水力参数的选择对于钻井速度有着很大的影响, 不当的参数选择会造成较高的成本和较慢的钻井速度。地层岩性具有复杂性的特点, 在实际的钻井作业当中, 依靠钻头水力参数优化来提升钻头工作性能已收到业内的普遍认可。因此, 对钻头在各种地层的水利参数优选进行探讨, 明确地层差异下所匹配的水利参数, 对于钻井工程的工作优化和长足发展具有积极的现实意义。
1 钻头水力参数优选的必要性
在选择钻头水力参数时, 如选择的水力参数过大, 其水力破岩能力虽然得到增强, 机械钻速得到提高, 但钻头寿命则会缩短、总进尺减少, 造成钻井成本进一步增加。而选择的水力参数过小, 虽然一定程度上节约了资源, 但钻头却不能进行及时地冷却, 其破岩潜力难以有效地发挥出来。因此, 进行钻头水力参数的优选, 寻求效率与成本间的协调就十分必要, 应在实际施工中给予足够的重视。
钻井水力参数优选的关键, 是确定合适的排量、泵压和喷嘴尺寸。牙轮钻头的钻井水力参数优选, 是从充分发挥机泵条件出发, 目前现场用的最多的有两种理论 (工作方式) , 即最大钻头水功率和最大冲击力理论。P DC钻头是一项新技术, 在我国广泛使用还是近几年的事情。国内外的一些厂商和用户, 如休斯工具公司和我国的一些油田, 在实践中摸索和总结出了确定P DC钻头钻井水力参数的基本规律, 但都没有用系统的理论加以说明和定量计算。通过对P DC钻头和牙轮钻头钻井水力参数的优选, 可以得到以下两点基本认识:1) 泵功率一定, P DC钻头与牙轮钻头相比, 排量对钻速的影响更为重要。2) PDc钻头比牙轮钻头要求的泵压低尉牙轮钻头来说, 泵压对钻速的影响更为重要。水力参数优选设计分析现场实践表明, 泵压和排量对P DC钻头和牙轮钻头机械钻速的影响不同。POC钻头。3) 石油钦尖工梦栩q1年艺, j趋向于使用较高排量和较低泵压, 而牙轮钻头趋向于使用较高泵压和较低排量。
2 基于地层岩性差异的钻头水力参数优选分析
当进行某新区的勘探开发时, 只需通过少量的钻井施工, 便可获知测井资料和地质资料, 并对比取得的岩心和钻出的岩屑, 便可对岩石性质作出较为准确的估计。而当岩石性能一旦确定, 便可作为钻头水力参数优选的重要依据。针对各种地层的岩石性质来进行钻头水力参数的优选, 利于降低钻井成本, 提升钻井速度。其优选方法包括以下方面的内容:
对于地层岩性硬度属于软到中, 且研磨性低的岩层, 如遇到半胶结或胶结的白垩岩、泥页岩及砂岩等地层时, 钻头应进行如下水力参数的选择:选用直径为16毫米、19毫米或25毫米的PDC复合片来作为主切削齿, 钻头的剖面轮廓以中等剖面和长剖面为主, 使用中等深度或鱼尾式的排屑槽, 采用PDC复合片保径或金刚石, 选用中等密度或低密度的布齿。
对于地层岩性硬度属于中等, 且研磨性中等岩层, 如遇到硬石膏、白云岩、石灰岩、研磨性页岩、脆性砂岩等地层时, 钻头应进行如下水力参数的选择:选用直径为8毫米或13毫米的PDC复合片来作为主切削齿, 钻头的剖面轮廓以短剖面和中等剖面为主, 应用较之稍浅或中等深度的排屑槽, 采用人造金刚石保径、PDC复合片保径或辅以天然金刚石, 选用高密度或中等密度的布齿。
对于地层岩性硬度属于中硬到坚硬, 且具有较高研磨性的岩石, 如遇到花岗岩、火山岩、石英岩、砂岩等地层时, 常规钻头已经不再适合, 应当选用以天然金刚石或人造聚晶金刚石为切削材料的钻头, 其水力参数应进行如下选择:选用天然金刚石或人造聚晶金刚石来作为切削齿, 钻头的剖面轮廓以短剖面为主, 较平切削剖面有时也可作为应用的选择对象, 应用较浅或浅的排屑槽, 采用天然金刚石保径, 且在布置切削齿时选用高密度的布齿。
3 钻头水力参数优选的实践应用
某油田新区在勘探任务完毕后, 开始实施开发工序。依据岩屑录井资料、取得的岩心及测井资料, 明确地层岩性如下:800～2100米段地层主要为砂岩、泥页岩, 且存在少量煤层, 岩性强度属于软到中, 表现为较低的抗压强度, 参加上述水力参数要求, 选择AR426、TD19M、M60等型号钻头;2100～2700米段地层主要为砂岩, 并含有一定量的煤层和泥页岩, 岩性强度属于中等, 表现为中等的抗压强度, 参考上述水力参数要求, 选择R447、DS53H、M55等型号钻头;2700～3500米段地层主要为石灰岩, 并含有岩盐、砾岩、白云岩等地层, 岩性强度属坚硬, 表现为较高的抗压强度, 故参考水力参数要求, 选择S248、D27等型号尊头。且实践结果表明, 这一参数优化形式, 大大降低了钻井成本, 加快了钻井速度, 经济效益十分显著。
4 结语
钻头在各种地层的水力参数优选是一个复杂、系统, 且需要周全考虑的工作。在实际的参数优选工作当中, 除结合考虑各地层岩性外, 还应根据实际情况作出适当的调整, 有的放矢地进行。我们有理由相信, 科学技术的不断发展, 必将促进钻头工艺的进一步完善, 从而为钻头水力参数提供更多选择, 为钻井工程的有效进行提供有力保障。
参考文献
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地层参数 篇2
在钻井过程中, 通常泥浆柱压力大于地层孔隙压力, 所以泥浆滤液不可避免地侵入渗透性地层。受泥浆滤液侵入的影响, 电缆式地层测试器所取流体样品, 会混入泥浆滤液, 这势必干扰地层流体性质识别从而影响油气层识别。本文方法利用离子色谱, 通过对所取样品进行离子分析, 可以判别样品中泥浆混入情况, 反算地层水总矿化度, 推算出地层水电阻率, 进而指导勘探开发作业。
1 实验仪器
1.1 主要仪器
离子色谱仪 (ICS900型, 配阳离子色谱柱CS12A和阴离子色谱柱AS19, 以及保护柱、抑制器、电导检测器、10μL进样环) , 赛默飞公司;淋洗液自动发生器 (RFC30) , 赛默飞公司。
1.2 离子色谱分析条件
(1) 阳离子体系:使用CS12A柱, 淋洗液是20 m M甲烷磺酸 (MSA) , 选择抑制器类型为CSRS 4 mm (阳离子) , 抑制器电流设为59 m A。
(2) 阴离子体系:使用AS19柱, 淋洗液是20 m M氢氧化钾 (KOH) , 选择抑制器类型为ASRS 4 mm (阴离子) , 抑制器电流设为50 m A。
2 技术方法
水分析技术主要使用赛默飞ICS900离子色谱仪, 现场快速测定电缆地层测试所取水样样品和泥浆滤液的常见阴阳离子浓度。相比传统分析方法, 离子色谱具有明显优势:分析速度快、检测灵敏度高、选择性好、非离子性物质无保留、多离子同时分析[4,5]。经过分析南海西部多口井多个电缆地层测试取样样品发现, 地层取样样品主要含有Na+、NH4+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-。其中Mg2+、Ca2+、NH4+、SO42-、HCO3-、CO32-在取样到测量过程中, 容易受到温度、压力、p H值、溶解气等影响, 离子易发生化学反应。Na+、K+、Cl-离子不易与其它物质反应, 但是Na+、Cl-在地层取样样品和泥浆滤液中含量一般都很高, 不易进行区分定量计算。由于泥浆配制中一般会加入KCl, 滤液中的K+含量非常高。根据钾离子浓度在地层样品中含量稳定且低而泥浆滤液中含量高的特征, 将K+作为特征离子, 可以估算出混合物中泥浆滤液的混入比例、地层水所占比例及总矿化度。其基本原理:水样样品一般为地层水和泥浆滤液的混合物, K+不易发生化学反应, 取样样品中K+的来源也只能为地层水或泥浆滤液, 即混合水样样品中K+浓度乘样品体积等于泥浆滤液中K+浓度乘泥浆滤液体积与地层水中K+浓度乘地层水体积之和, 进一步推导可得到以下计算公式:
式中:M———水样中泥浆滤液混入的比例, %
R0———地区地层水中K+浓度, mg/L
R1———泥浆滤液中K+的浓度, mg/L
R2———水样样品中K+的浓度, mg/L
同样原理, 经过推导, 计算纯地层水矿化度的公式如下:
式中:S0———地层水总矿化度, mg/L
S1———泥浆滤液总矿化度, mg/L
S2———水样总矿化度, mg/L
M———水样样品中泥浆滤液混入的比例, %
地层水电阻率的选取是常规测井解释中确定地层含水饱和度的一个重要参数。利用水分析资料, 在判断取样样品是泥浆滤液或纯地层水之后, 估算得到纯地层水中常见的离子浓度, 利用以下图版 (图1和图2) 折算等效Na Cl总矿化度, 计算得到纯地层水的电阻率。
3 应用实例
例如表1是南海海域A井区某井2 757.5 m处电缆地层取样样品和泥浆滤液样品分析结果, 泥浆滤液中钾离子的含量为8 575 mg/L, 水样样品中钾离子的含量为1 938 mg/L, 取A井区地层水中钾离子含量300 mg/L, 应用公式计算可得样品中混入泥浆的含量为20%。
同样, 地层取样样品总矿化度为26 862 mg/L, 泥浆总矿化度为65 882 mg/L, 从而得到纯地层水总矿化度为17 107 mg/L。
以南海海域B井区某井为例, 该井在3 170.5 m处MDT取样, 分析后样品中常见阴阳离子如表2所示。
样品中钾离子的含量为2 780 mg/L, 泥浆滤液中钾离子的含量为12 538 mg/L, 取南海海域B井区的地层水中钾离子含量1 156 mg/L, 计算可得样品中混入泥浆的含量为14.27%, 纯地层水总矿化度为17 829 mg/L。
在总矿化度为17 829 mg/L条件下, 查图1所示图版, 可得到等效Na Cl矿化度系数, 从而得到等效Na Cl矿化度, 计算纯地层水总矿化度为14 250 mg/L, 如表3所示。
取样点处地层温度为150℃, 纯地层水总矿化度为14 250 mg/L, 根据图2所示, 可以计算B井区地层水的电阻率约为0.12Ωm。
4 结论
(1) 现场离子色谱水分析技术已经在中海油四个海域得到应用, 成为勘探阶段的常规分析项目, 在油气层的识别和评价中发挥了重要作用, 与测井解释相得益彰。
(2) 通过分析泥浆滤液和地层取样获得水样的离子含量, 区分水样中所含泥浆滤液的比例, 判断储层污染程度, 了解区域地层水特性, 对电缆地层测试泵抽时间提供指导性建议, 降低勘探成本。
参考文献
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[4]刘海波, 刘海涅, 李扬, 等.应用离子色谱分析地层水研究[J].化学分析计量, 2010, 19 (20) :58-60.
地层参数 篇3
成都地铁2号线土建22标主体工程包括1个盾构始发井和2个盾构区间,其中经干院站-东部副中心站区间长约1.2km,东部副中心站-东洪路站区间长约0.8km。隧道内径5 400mm,外径6 000mm,管片厚300mm。
工程采用2台海瑞克6 250型土压平衡盾构施工。刀盘为辐条式,刀盘开口率为28%,刀具采用中心齿刀+外周滚刀布置,滚刀轨迹间距100mm。刀盘的配置情况:6把中心刀,14把双刃滚刀,64把小刮刀,左内、左外、右内、右外边缘刮刀各8把,1把超挖刀。盾构最大推力31 667k N,刀盘最大转速6.1rpm,最大工作扭矩4 500k Nm,脱困扭矩5 300k Nm。
根据地质详勘报告,经干院站-东部副中心站区间穿越的地层主要有<4-7-2>含粘土卵石、<4-7-1>含卵石粘土、<5-1>全风化泥岩、<4-2>粘土、<5-2>强风化泥岩等地层。其中穿越的<4-7-2>粘土卵石和<4-7-1>含卵石粘土地层长约800m。该2种地层卵石含量大、粒径大、强度大(以下统一简称为粘土卵石地层),<4-7-1>含卵石粘土地层含20%~40%的弱-强风化卵石及岩屑,卵石粒径20~50mm为主。<4-7-2>含卵石粘土地层卵石含量65%~75%,粒径以20~80mm为主,成分主要为岩浆岩、变质岩和砂岩等硬质岩。
2 掘进参数分析
根据经干院站-东部副中心站区间地层剖面图,粘土卵石和卵石粘土地层主要在第130~610环范围,因此对左线前610环管片掘进参数进行了统计分析,具体情况如下。
2.1 刀盘转速
该区间左线隧道在1~610环盾构施工中刀盘转速实际统计情况如图1所示。
由于第130~610环隧道范围主要为粘土卵石,土体自稳性较差,而且该区段隧道上覆地层较薄,又处在驿都大道正下方,因此为了减少刀盘对前方土体的扰动,控制地面沉降,应将刀盘转速控制在较小的状态,并保持较均衡的速度。另一方面该地层土体含有大颗粒卵石,如果刀盘高速旋转容易损坏刀具,为了保护刀盘及刀具,刀盘转速也不宜过快。
从上图数据分析可以看出:当盾构进入粘土卵石地层(第130环)后,刀盘转速维持相对稳定,波动幅度相对较小,刀盘转速平均在1.4rpm左右(正常为1.8~3.5rpm),刀盘转速控制非常到位,对地面沉降控制起了重要作用。
2.2 刀盘扭矩
该区间左线隧道在1~610环盾构施工中刀盘扭矩实际统计情况如图2所示。
从上图数据统计分析:第130~610环刀盘扭矩平均值为2.05MNm,相对于以中风化岩地层为主的前130环刀盘平均扭矩2.93MNm来说较小,说明在粘土卵石层对刀盘扭矩的要求相对较小。第130~380环刀盘扭矩变化幅度较大,根据我们总结分析认为,此段地层含大量<4-2>粘土,盾构停机较长,粘性渣土易失水固结住刀盘,所以出现刀盘扭矩值波动较大的情况。另外,在第325~345环范围为了保证管线及秀水河的安全,加大了盾构推力,所以该段盾构刀盘扭矩也有明显增大。
2.3 总推力
该区间左线隧道在1~610环盾构施工中盾构掘进总推力实际统计情况如图3所示。
从数据统计可以得出第130~610环盾构掘进总推力平均值约为9 400k N,说明粘土卵石地层中盾构掘进所需推力较小。上图可以看出部分隧道段出现了推力突变的情况,如在230~335环区间推力值较大,平均值分别为10 031k N,因第230~335环隧道上方覆土较薄,且埋设有大量的管线及1条贯穿隧道上方的秀水河,为了减小沉降造成管线及秀水河的损坏,故加大盾构推力,以增加推进速度;而第500~610环间掘进推力有所上升,平均值为11 857k N,因在该区段适当增加盾构的掘进推力,以提高掘进速度。
2.4 推进速度
该区间左线隧道在1~610环盾构施工中盾构推进速度实际统计情况如图4所示。
从数据统计分析可以得出第130~610环盾构掘进速度平均值约为56mm/min。第455~590环掘进速度明显变大,掘进速度平均值约为69mm/min,因该区段上覆地层已逐渐变厚,卵石较小且含量较少,掘进控制和地面沉降控制较容易,所以掘进速度较快。而第591~611环盾构掘进速度明显较小,平均值约为32mm/min,因在该段地层卵石颗粒比较大,经常出现卡螺旋机的情况,严重影响了盾构掘进。
2.5 注浆量
该区间左线隧道在1~610环盾构施工中实际注浆量统计情况如图5所示,以下注浆量单位为冲程,每个冲程折合体积单位约为12L(扣除损耗,90个冲程约为1m3)。
从数据统计可以得出:本区间盾构施工中实际注浆量平均值为375冲程/环(即4.17m3/环),比预计的6m3/环要小得多。第215~263环之间注浆量出现增大,平均值约为447冲程/环(4.97m3/环),因在此区段有4根污水管,为了保护污水管,防止滞后沉降对污水管造成损坏,所以加大了此区段的注浆量。
2.6 螺旋机转速
该区间左线隧道在1~610环盾构施工中盾构螺旋机转速实际统计情况如图6所示。
从数据统计可以得出第130~610环的盾构掘进螺旋机平均转速约为8.1rpm,并且螺旋机转速的变化大体上与掘进速度变化相对应,其产生变化的原因亦与掘进速度产生变化的原因相同。
2.7 泡沫注入量
该区间左线隧道在1~610环盾构施工中泡沫与水混合液注入量实际统计情况如图7所示,此混合液为泡沫以3%的比例添加到水中混合而成。
从数据统计可以得出第130~610环的泡沫混合液用量比较均衡,平均用量约为1 600L/环,即泡沫用量为48L/环。根据掘进情况分析,该配比和用量在粘土卵石地层中实施效果非常好,掘进中未出现结泥饼现象,成本费用也相对较低。
3 结论
成都地铁一、二号线施工过程中,卵石地层不仅造成了盾构刀具严重磨损,而且极大地影响了工程进度,地面后续沉降较大,总体来说卵石地层施工的安全、进度和成本等方面均不理想。而本项目由于掘进措施得当,不仅提前了1个月完工,而且穿越800m粘土卵石地层未换刀具、未结泥饼,取得了圆满成功。因此以上对工程实际掘进参数进行的统计均数可为类似工程提供指导,其中的异常分析也为相似工程提示了应当注意的问题。
摘要：粘土卵石地层的盾构施工实例在国内比较少,相关的经验和可借鉴的资料也较少,因此对这种地层的盾构掘进参数进行统计分析具有十分重要的意义。本文介绍了海瑞克6250型土压平衡盾构在成都地铁粘土卵石地层中掘进参数,供同行参考。