本发明涉及地质勘探领域，具体的涉及了一种砾岩地层岩石可钻性级值的评价方法和校正方法。
背景技术：
岩石可钻性是描述岩石被侵入并被破坏难易程度的一个综合表征值，岩石可钻性不仅仅存在于石油工业钻井工程中，该项指标也广泛应用于探矿工程、煤炭工程、隧道工程等大型岩土工程中。在油气井工程中，岩石可钻性是进行钻头选型和指导地质分层的一项重要依据。传统的压入硬度法、微钻头钻进法、钻速方程反推法、声波时差计算法等都假定岩石是均质的，并且某些方法存在需要大量岩心、数据滞后、数据处理复杂等问题。砾岩广泛存在于自然界中且具有强烈的非均质性，所以现有的手段均无法准确的获取砾岩地层的岩石可钻性级值，这对岩土工程中尤其是钻井工程中对井下设备的高效安全运行造成了极大的干扰。
技术实现要素：
本发明实施例的目的是一种砾岩地层岩石可钻性级值的评价方法和校正方法。岩石可钻性级值作为一项综合性指标，会受到岩石密度、孔隙度、纵横波速、矿物组分、弹性模量、剪切模量、抗压强度等因素的影响。本发明利用密度测井资料、电阻率测井资料、中子孔隙度测井资料、声波测井资料直接评价砾岩地层的岩石可钻性级值，计算简便、成本低、能够建立砾岩地层层段的岩石可钻性级值剖面，该方法对于岩土工程降本增效、降低安全风险具有重要的实际意义。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种砾岩地层岩石可钻性级值的评价方法和校正方法，该方法包括：包括：根据岩样的测井数据，计算所述岩样的可钻性级值；所述测井数据包括密度测井数据、电阻率测井数据、中子孔隙度测井数据和声波测井数据。
可选的，所述密度测井数据包括密度测井值、砾岩地层井段密度测井值最大值、砾岩地层井段密度测井值最小值；所述声波测井数据包括声波时差测井值、声波时差测井值最大值、声波时差井值最小值；所述电阻率测井数据包括深电阻率测井值；所述中子孔隙度测井数据包括中子孔隙度测井值。
可选的，所述根据岩样的测井数据，计算所述岩样的可钻性级值，包括：根据所述岩样的密度测井数据和声波测井数据，计算砾石体积含量；根据所述岩样的中子孔隙度测井值和深电阻率测井值，计算砾石粒径中值；根据所述岩样的砾石体积含量、砾石粒径中值和声波时差测井值，计算所述岩样的可钻性级值。
可选的，所述根据所述岩样的密度测井数据和声波测井数据，计算砾石体积含量，包括：根据所述岩样的密度测井数据，计算归一化密度测井值；根据所述岩样的声波测井数据，计算归一化声波时差测井值；根据所述归一化密度测井值和所述归一化声波时差测井值，计算砾石体积含量。
可选的，所述根据所述岩样的密度测井数据，计算归一化密度测井值，包括
其中，ρ*为归一化密度测井值，
ρ为密度测井值，
ρmax为砾岩地层井段密度测井最大值，
ρmin为砾岩地层井段密度测井最小值。
可选的，所述根据所述岩样的声波测井数据，计算归一化声波时差测井值，还包括
其中，δt*为归一化声波时差测井值，
δt为声波时差测井值，
δtmax为声波时差测井最大值，
δtmin为声波时差测井最小值。
可选的，所述根据所述归一化密度测井值和所述归一化声波时差测井值，计算砾石体积含量，包括
v＝a·ρ*-b·δt*+c
其中，v为砾石体积含量，
a，b，c为回归系数，
ρ*为归一化密度测井值，
δt*为归一化声波时差测井值。
可选的，所述根据所述岩样的中子孔隙度测井值和深电阻率测井值，计算砾石粒径中值，包括
其中，d为砾石粒径中值，
d，e为回归系数，
rt为深电阻率测井值，
φ为中子孔隙度测井值。
可选的，所述根据所述岩样的砾石体积含量、砾石粒径中值和声波时差测井值，计算所述岩样的可钻性级值，包括
dc＝f·v·lnd·e-0.0039δt+g(1-v)·e-0.0056δt
其中，dc为岩石的可钻性级值，
v为砾石体积含量，
d为砾石粒径中值，
f，g为回归系数，
δt为声波时差测井值。
相应的，本发明实施例还提供一种砾岩地层岩石可钻性级值的校正方法，包括：砾岩地层岩石可钻性级值的评价方法，获取岩样的可钻性级值测量值；利用多个岩样相对应的多个岩样的可钻性级值测量值，结合砾石体积分数和砾石粒径中值，拟合形成岩样的可钻性级值校正值与岩样的可钻性级值测量值之间的线性关系式；将岩样的砾石体积分数和粒径中值代入所述线性关系式，得到岩样的可钻性级值校正值。
通过上述技术方案，本发明通过根据岩样的测井数据，计算所述岩样的可钻性级值；所述测井数据包括密度测井数据、电阻率测井数据、中子孔隙度测井数据和声波测井数据。该方法利用密度测井资料、电阻率测井资料、中子孔隙度测井资料、声波测井资料直接评价砾岩地层的岩石可钻性级值，计算简便、成本低、能够建立砾岩地层的岩石可钻性级值剖面，该方法对于岩土工程降本增效、降低安全风险具有重要的实际意义。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1和图2是本发明的一种砾岩地层岩石可钻性级值的评价方法的流程示意图；
图3是本发明的砾岩地层岩石可钻性级值的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
图1是本发明的一种砾岩地层岩石可钻性级值的评价方法的流程示意图。根据岩样的测井数据，计算所述岩样的可钻性级值；所述测井数据包括密度测井数据、电阻率测井数据、中子孔隙度测井数据和声波测井数据。如图1所示，本发明实施例的砾岩地层岩石可钻性级值的评价方法可以包括以下步骤：
步骤s101，获取测井数据中的密度测井数据。密度测井为根据伽马射线与地层的康普顿效应测定地层密度的测井方法，密度测井是划分煤层、划分致密岩层中的裂隙带，以及研究渗透性岩层的孔隙度的有效方法。根据密度测井资料获取密度测井值，用于对岩样的可钻性极值进行分析计算。所述密度测井数据包括密度测井值、砾岩地层井段密度测井值最大值、砾岩地层井段密度测井值最小值。
步骤s102，获取测井数据中的电阻率测井数据。电阻率测井是地球物理测井中常见的测井方法，它根据岩石导电性的差别，测量底层的电阻率，岩石的电阻率与岩性、储集物性、含油性有密切的关系，可以通过研究岩石的电阻率的差异区分岩性、划分储集层并评价含油性、进行底层对比，为井内研究钻井地质剖面特性的重要参数。电阻率测井是以岩石、矿石电性为基础的一组测井方法，包括普通电阻率测井、微电极、聚焦测井(深、浅三侧向、深、浅七侧向、双侧向、微侧向等)等测井方法。所述电阻率测井数据包括深电阻率测井值。根据电阻率测井资料获取电阻率测井值，用于对岩样的可钻性极值进行分析计算。
步骤s103，获取测井数据中的中子孔隙度测井数据。中子孔隙度是用在中子刻度井中刻度过的中子测井仪器测出的地层孔隙度，实质上是等效含氢指数。用在中子刻度井中刻度过的中子测井仪器测出的地层孔隙度，如实际孔隙度为零的石膏的中子孔隙度为49％。所述中子孔隙度测井数据包括中子孔隙度测井值。
步骤s104，获取测井数据中的声波测井数据。声波在不同介质中传播时，速度、幅度及频率的变化等声学特性也不相同。声波测井就是利用岩石的这些声学性质来研究钻井的地质剖面，判断固井质量的一种测井方法。其中可以通过声波速度测井，得到孔隙度和力学参数；通过声幅测井，研究固井质量；通过声波电视测井，观察井壁情况、裂缝；通过噪声测井，了解井下流体的流动。声波在岩石中的传播方式包括纵波和横波，在井下，纵波和横波都能在底层传播，而泥浆中只能传播纵波。所述声波测井数据包括声波时差测井值、声波时差测井值最大值、声波时差井值最小值。
步骤s105，根据岩样的测井数据，计算所述岩样的可钻性级值。所述测井数据包括密度测井数据、电阻率测井数据、中子孔隙度测井数据和声波测井数据。岩石的可钻性就是在一定技术条件下钻进岩石的难易程度。也可以说是钻进时岩石抵抗破碎的能力。准确的岩石可钻性，是预估凿岩速度制定凿岩生产定额的科学依据，也是正确选择钻凿岩石方法与设计凿岩工具的理论基础。岩石可钻性是工程钻探中选择钻进方法、钻头结构类型、钻进工艺参数，衡量钻进速度和实行定额管理的主要依据，能够建立砾岩地层层段的岩石可钻性级值剖面。
图2是步骤s105的一种具体实施方式。按照该具体实施方式，计算所述岩样的可钻性级值，包括：
所述根据岩样的测井数据，计算所述岩样的可钻性级值，包括：根据所述岩样的密度测井数据和声波测井数据，计算砾石体积含量；根据所述岩样的中子孔隙度测井值和深电阻率测井值，计算砾石粒径中值；根据所述岩样的砾石体积含量、砾石粒径中值和声波时差测井值，计算所述岩样的可钻性级值。
步骤s201，获取密度测井数据。所述密度测井数据包括密度测井值、砾岩地层井段密度测井值最大值、砾岩地层井段密度测井值最小值。所述根据所述岩样的密度测井数据和声波测井数据，计算砾石体积含量，包括：根据所述岩样的密度测井数据，计算归一化密度测井值，包括
其中，ρ*为归一化密度测井值，ρ为密度测井值，ρmax为砾岩地层井段密度测井最大值，ρmin为砾岩地层井段密度测井最小值。
步骤s202，获取声波测井数据。所述声波测井数据包括声波时差测井值、声波时差测井值最大值、声波时差井值最小值。所述根据所述岩样的密度测井数据和声波测井数据，计算砾石体积含量，包括：根据所述岩样的声波测井数据，计算归一化声波时差测井值，还包括
其中，δt*为归一化声波时差测井值，δt为声波时差测井值，δtmax为声波时差测井最大值，δtmin为声波时差测井最小值。
步骤s203，根据所述岩样的密度测井数据和声波测井数据，计算砾石体积含量。包括：根据所述归一化密度测井值和所述归一化声波时差测井值，计算砾石体积含量，包括
v＝a·ρ*-b·δt*+c
其中，v为砾石体积含量，a，b，c为回归系数，ρ*为归一化密度测井值，δt*为归一化声波时差测井值。
步骤s204，根据所述岩样的中子孔隙度测井值和深电阻率测井值，计算砾石粒径中值，包括
其中，d为砾石粒径中值，d，e为回归系数，rt为深电阻率测井值，φ为中子孔隙度测井值。
步骤s205，根据所述岩样的砾石体积含量、砾石粒径中值和声波时差测井值，计算所述岩样的可钻性级值，包括
dc＝f·v·lnd·e-0.0039δt+g(1-v)·e-0.0056δt
其中，dc为岩石的可钻性级值，v为砾石体积含量，d为砾石粒径中值，f，g为回归系数，δt为声波时差测井值。图3是本发明的砾岩地层岩石可钻性级值的示意图。如图3所示，通过密度测井数据、电阻率测井数据、中子孔隙度测井数据、声波测井数据，能够直接评价砾岩地层的岩石可钻性级值，建立砾岩地层段的岩石可钻性级值剖面。
本申请人主要通过观察砾岩岩心样品及统计方法获取砾岩样品的砾石体积含量及粒径中值，并取得工程资料中密度测井资料、电阻率测井资料、中子孔隙度测井资料、声波测井资料，建立数学模型，实现对砾岩地层岩石可钻性级值的测定，本发明不仅砾岩适用，存在侵入体岩石也适用。具体步骤为：
步骤1，获取直径为100mm的干燥砾岩样品。所述砾岩样品为圆柱体砾岩岩心。干燥处理可选将所述岩样放入110℃的烤箱烘烤24h。
步骤2，将所述岩样放入岩石可钻性测量系统，每端面测量3组岩心的岩石可钻性级值，并记录被切削体积的砾石体积含量及粒径中值。获得得岩石可钻性级值、砾石体积含量、砾石粒径中值结果如下表1所示：
表1
步骤3，根据获取砾岩样品的砾石体积含量数据，建立砾石体积含量和密度测井值及声波时差测井值之间的计算模型；具体方法如下：
分析砾石体积含量与密度测井值及声波时差测井值，建立如下数学模型：
其中，v为砾石体积含量，ρ为密度测井值，ρmax为砾岩地层井段密度测井最大值，ρmin为砾岩地层井段密度测井最小值，δt为声波时差测井值，δtmax为声波时差测井最大值，δtmin为声波时差测井最小值，回归系数a为1.063，b为1.127，c为-0.014。
步骤4，根据获取砾岩样品的砾石粒径中值，建立砾岩样品砾石粒径中值与对应中子孔隙度测井值、电阻率测井值之间的计算模型。
具体方法如下：利用多元非线性回归方法分析砾石粒径中值与中子孔隙度测井值及电阻率测井值，建立如下数学模型：
其中，d为砾石粒径中值，rt为深电阻率测井值，φ为中子测井值，回归系数d为38，e为5。
步骤5，建立砾石体积含量、砾石粒径中值及声波时差测井值与砾岩地层岩石可钻性级值之间的关系模型，利用多元非线性回归方法分析得到砾岩地层岩石可钻性级值计算模型：
dc＝3.3569v·lnd·e-0.0039δt+1.2723(1-v)·e-0.0056δt
其中，dc为岩石可钻性级值，回归系数f取值为3.3569，g取值为1.2723。上述各公式各系数取决于区块砾岩特性，并非唯一的取值。
根据所确定的砾岩地层的砾石体积含量、砾石粒径中值及测井资料中的声波时差测井值，带入上式即可得到考虑非均质性影响的砾岩地层的岩石可钻性级值。对于现有的针对均质性岩石的岩石可钻性评价方法，本发明计算出了砾岩的砾石体积含量及砾石粒径中值，考虑了砾石对岩石可钻性的影响，准确性强。且本发明能够直接利用测井资料评价砾岩地层岩石可钻性级值，计算简便，学习成本极低，推广性强，计算模型得出的可钻性级值与实际砾岩可钻性级值高度相关，评价结果准确可靠，对于砾岩钻头选型、高效破岩钻进、钻井工程降本增效具有重要意义。
本发明还提供了一种砾岩地层岩石可钻性级值的校正方法，包括：根据上述砾岩地层岩石可钻性级值的评价方法，获取岩样的可钻性级值测量值；利用多个岩样相对应的多个岩样的可钻性级值测量值，结合砾石体积分数和砾石粒径中值，拟合形成岩样的可钻性级值校正值与岩样的可钻性级值测量值之间的线性关系式；将岩样的砾石体积分数和砾石粒径中值代入所述线性关系式，得到岩样的可钻性级值校正值，实现对砾岩岩样的可钻性级值的校正。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。
技术特征：
1.一种岩石可钻性级值的评价方法，用于评价砾岩地层，其特征在于，包括：
根据岩样的测井数据，计算所述岩样的可钻性级值；
所述测井数据包括密度测井数据、电阻率测井数据、中子孔隙度测井数据和声波测井数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述密度测井数据包括密度测井值、砾岩地层井段密度测井值最大值、砾岩地层井段密度测井值最小值；
所述声波测井数据包括声波时差测井值、声波时差测井值最大值、声波时差井值最小值；
所述电阻率测井数据包括深电阻率测井值；
所述中子孔隙度测井数据包括中子孔隙度测井值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据岩样的测井数据，计算所述岩样的可钻性级值，包括：
根据所述岩样的密度测井数据和声波测井数据，计算砾石体积含量；
根据所述岩样的中子孔隙度测井值和深电阻率测井值，计算砾石粒径中值；
根据所述岩样的砾石体积含量、砾石粒径中值和声波时差测井值，计算所述岩样的可钻性级值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述岩样的密度测井数据和声波测井数据，计算砾石体积含量，包括：
根据所述岩样的密度测井数据，计算归一化密度测井值；
根据所述岩样的声波测井数据，计算归一化声波时差测井值；
根据所述归一化密度测井值和所述归一化声波时差测井值，计算砾石体积含量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述岩样的密度测井数据，计算归一化密度测井值，包括
其中，ρ*为归一化密度测井值，
ρ为密度测井值，
ρmax为砾岩地层井段密度测井最大值，
ρmin为砾岩地层井段密度测井最小值。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述岩样的声波测井数据，计算归一化声波时差测井值，还包括
其中，δt*为归一化声波时差测井值，
δt为声波时差测井值，
δtmax为声波时差测井最大值，
δtmin为声波时差测井最小值。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述归一化密度测井值和所述归一化声波时差测井值，计算砾石体积含量，包括
v＝a·ρ*-b·δt*+c
其中，v为砾石体积含量，
a，b，c为回归系数，
ρ*为归一化密度测井值，
δt*为归一化声波时差测井值。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述岩样的中子孔隙度测井值和深电阻率测井值，计算砾石粒径中值，包括
其中，d为砾石粒径中值，
d，e为回归系数，
rt为深电阻率测井值，
φ为中子孔隙度测井值。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述岩样的砾石体积含量、砾石粒径中值和声波时差测井值，计算所述岩样的可钻性级值，包括
dc＝f·v·lnd·e-0.0039δt+g(1-v)·e-0.0056δt
其中，dc为岩石的可钻性级值，
v为砾石体积含量，
d为砾石粒径中值，
f，g为回归系数，
δt为声波时差测井值。
10.一种砾岩地层岩石可钻性级值的校正方法，其特征在于，包括：根据权利要求1至9中任一权利要求所述的砾岩地层岩石可钻性级值的评价方法，获取岩样的可钻性级值测量值；
利用多个岩样相对应的多个岩样的可钻性级值测量值，结合砾石体积分数和砾石粒径中值，拟合形成岩样的可钻性级值校正值与岩样的可钻性级值测量值之间的线性关系式；
将岩样的砾石体积分数和砾石粒径中值代入所述线性关系式，得到岩样的可钻性级值校正值。
技术总结
一种砾岩地层岩石可钻性级值的评价方法和校正方法。所述砾岩地层岩石可钻性级值的评价方法，包括：根据岩样的测井数据，计算所述岩样的可钻性级值；所述测井数据包括密度测井数据、电阻率测井数据、中子孔隙度测井数据和声波测井数据。本发明利用密度测井资料、电阻率测井资料、中子孔隙度测井资料、声波测井资料直接评价砾岩地层的岩石可钻性级值，计算简便、成本低、能够建立砾岩层段的岩石可钻性级值剖面，该方法对于岩土工程降本增效、降低安全风险具有重要的实际意义。
技术研发人员：张辉;李军;路宗羽;王新锐;吴虎
受保护的技术使用者：中国石油大学(北京)
技术研发日：2021.03.03
技术公布日：2021.06.22
声明：
“砾岩地层岩石可钻性级值的评价方法和校正方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：中国石油大学(北京)
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2024年06月14日 ~ 16日 
