[发明专利]测定岩石研磨性的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及钻井技术，尤其涉及评价岩石研磨性的方法。

技术背景

在石油勘探、开采等的领域中，广泛地进行钻井。钻井是利用钻头钻进岩层的过程。在钻井的过程中，钻头受到岩石的磨损而变钝，从而在使用一段时间之后需要更换。岩石的研磨性是影响钻头磨损的一个重要因素。准确地掌握岩石的研磨性，对于钻井工程中的钻头选型、参数优化以及各项技术措施制定等都有着重要的意义。

岩石的研磨性是岩石磨损钻头切削刃材料的能力。现有的测定岩石研磨性的方法主要包括钻磨法、磨削法、微钻头钻进法和摩擦磨损法。

这几种方法均属室内实验法，存在着许多问题，比如：①所得结果难以反映岩石在地下所处的高温高压环境；②难以全面反映不均质地层岩石性质的变化；③受岩心资料的限制，在岩性变化大的区域测得的数据可能缺乏对比性；④难以建立地区岩石研磨性连续剖面；⑤花费大量的人力和资金。

发明内容

本发明就是鉴于现有技术中的这些问题而提出的。

本发明的发明人从岩石的微观结构入手，根据岩石的研磨性与岩石的内摩擦角的关系，结合岩石力学特性参数测试结果，将分形几何理论应用于岩石研磨性的测定中。

本发明的发明人经过大量的研究，发现岩石内摩擦角与岩石颗粒粒度分形维数存在密切的相关性。

在本发明的一个方面中，提出了一种测定岩石的研磨性的方法，该方法包括以下步骤：步骤1：预先确定岩石的内摩擦角与岩石的粒度分形维数之间的关系；步骤2：取得现场岩石样本，测定其粒度分形维数；步骤3：根据所测定的所述现场岩石样本的粒度分形维数以及所述预先确定的关系，确定所述现场岩石样本的内摩擦角。

在本发明的另一个方面中，提出了一种测定岩石的研磨性的方法，该方法包括以下步骤：步骤1：取得现场岩石样本，测定其粒度分形维数；步骤2：根据所测定的所述现场岩石样本的粒度分形维数以及预先确定的岩石的内摩擦角与岩石的粒度分形维数之间的关系，确定所述现场岩石样本的内摩擦角。

在本发明的另一个方面中，提出了一种测定岩石的研磨性的系统，该系统包括：存储部，其存储预先确定的岩石的内摩擦角与岩石的粒度分形维数之间的关系；粒度分形维数测定部，其测定现场岩石样本的粒度分形维数；计算部，其根据所测定的所述现场岩石样本的粒度分形维数以及所述存储部中存储的所述关系，确定所述现场岩石样本的内摩擦角。

根据本发明，能够现场利用岩屑（砂样）来随钻评价岩石研磨性。本发明对于钻井工程中的钻头选型、参数优化以及各项技术措施制定等都具有重要的实际意义。

附图说明

图1示出了岩样的毛细管压力曲线的一例；

图2示出了图1所示数据的线性回归的残差分布；

图3示出了岩石内摩擦角和孔隙分形维数的线性回归结果的一例；

图4示出了图3所示线性回归的残差分布；

图5示出了岩样的粒度分析数据的线性回归结果的一例；

图6示出了图5所示线性回归的残差分布；

图7示出了岩石粒度分形维数与内摩擦角的线性回归结果的一例；

图8示出了图7所示线性回归的残差分布；

图9示出了本发明第一实施方式的岩石研磨性测定方法的流程图；

图10示出了本发明第三实施方式的岩石研磨性测定系统的框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

岩石的研磨性与岩石的内摩擦角有很好的相关性，岩石的内摩擦角越大，则岩石的研磨性越大。因此，普遍采用岩石的内摩擦角来作为衡量岩石研磨性的指标。

另一方面，分形理论是由法国数学家曼德布罗特（B.B.Mandelbrot）于二十世纪七十年代提出来的。目前，岩石力学的分形研究已初步形成三个基本方向，一是基于岩石自然结构可抽象地看成分形结构的基本假设，探讨分形空间中岩石力学研究的数学力学基础，构造其基本的数学力学框架，包括重新认识和建立分形空间中的物理力学量和物理力学定律；二是深入研究岩石力学中的分形现象、分形性质和分形机理，重点揭示和定量描述岩石力学中的一些复杂物理力学行为的分形机理和形成过程；三是岩石力学分形研究的工程应用，将研究成果应用于解决工程实际问题，促进或实现复杂岩石力学问题的定量化、精确化和可预测性。但是在相关领域中还没有提出在岩石研磨性的测定中应用分形的概念。

本发明的发明人对岩石颗粒的分形特征与研磨性（即岩石的内摩擦角）之间的关系进行了研究。