砂样岩屑图像特征的岩性智能高效识别

在录井过程中，岩屑的岩性分析主要依靠人工，效率较低且稳定性较差，难以在钻进地层过程中快速识别岩性变化。为此，提出基于砂样图像中颗粒岩屑纹理、色泽和形状等特征的岩性智能识别方法。首先，计算砂样图像的像素值梯度并求取颗粒质心，采用分水岭算法获取颗粒岩屑轮廓线并标记；然后，采用图像分割算法从砂样图像中分离出待检测的单个颗粒岩屑图像，建立颗粒岩屑图像样本库；最后，利用注意力机制及特征融合模块改进MobileNetV2网络，提取颗粒岩屑特征并分类，实现单个颗粒岩屑图像岩性识别，进而获取砂样岩性成分比。该方法将以往岩性智能识别过程中常采用的砂样整体识别方式转变为对砂样中单颗粒岩屑的岩性识别，大幅度减少了颗粒岩屑之间的相互干扰。多个油气区块的砂样图像测试结果表明，该方法对灰岩、泥岩、砂岩和页岩的识别准确率均不低于92%,一组砂样图像岩性分析的用时小于10 s。     

K近邻分类法在岩屑数字图像岩性分析中的应用

为解决采集的岩屑图像中对岩屑颜色、岩性、粒度的描述难题,提出了通过改进K近邻分类法对岩屑岩性进行分类识别的方法。通过对岩屑图像进行颗粒分割,获取其形状、颜色、纹理特征,将这些特征引入到改进的K近邻分类法中,可实现对岩屑图像的岩性分析。现场应用取得了较好效果,加强了岩屑图像描述的数字化程度,提高了地质资料的准确性。     

岩屑图像采集影响因素及图像采集标准

岩屑图像录井技术的岩屑采集环节直接关系到对岩性和含油岩石的准确识别,针对PDC钻头普遍使用及空气钻井技术推广应用所造成的录井岩屑细小甚至呈粉末状的状况,通过对岩屑图像采集过程中自平衡校正、岩屑的粒径及其存放时间以及钻井液添加剂水膜等影响因素的分析研究,制定出岩屑图像采集参数标准,通过实施岩屑图像采集的标准化、规范化,为准确识别岩性及含油岩石提供真实、清晰、系统的基础图像信息.在四川盆地普光构造、东濮凹陷文留构造的应用表明了该标准在空气钻井条件下对岩性识别及现场快速识别油气层的作用.     

岩屑图像分析新技术简介

该文全面地总结了岩屑图像分析技术科技攻关取得的主要成果；简要介绍了新型岩屑图像分析仪，岩屑图像采集方法、技术，岩屑图像信息处理、管理技术，岩屑岩性、含油性智能分析、识别技术，岩屑图像分析成果应用和软件实现多项新技术。对录井数字化技术做了有益的探索，对促进录井信息数字图像化技术的快速发展具有重要技术价值。     

岩屑分形特征对PDC齿破岩性能影响规律研究

随着油气井钻井工程研究的不断深入，岩屑形貌特征已成为评测岩石可钻性级值与钻头破岩效率的关键考量因素之一。为探究岩屑形貌分形特征对钻头破岩效率的影响规律，结合理论建模和室内试验等研究方法，围绕岩屑粒径分形维数、岩屑最大粒径、地层岩性系数等关键岩屑形貌描述参数，建立了基于岩屑粒径分形特征的PDC齿破岩比功评估模型，并针对常规齿和锥形齿等PDC齿开展破碎硬质花岗岩试验研究，验证该模型评估PDC齿破岩性能的预测精度。利用该理论模型和试验规律，进一步揭示常规齿和锥形齿等类型PDC齿不同出刃高度、布齿角度等破岩工艺参数下岩屑形貌生成特征及破岩能耗变化规律。研究结果发现：切削深度对PDC齿破岩性能影响效果远大于切削角度，随着地层埋深的增大，PDC齿吃入深度减小，PDC齿生成岩屑分形维数逐渐增大，最大岩屑粒径显著减小，且锥形齿生成岩屑平均粒径大于常规齿；同等钻压或破岩能量条件下，锥形齿脆性破碎能力强于常规齿，生成岩屑分形维数和最大粒径均大于常规齿。研究结果可为深层硬岩钻进过程中岩屑录井形貌数据和PDC钻头混合布齿工艺提供理论依据。     

基于激光诱导击穿光谱的岩屑岩性在线识别试验研究

钻井新技术的发展及其推广应用，在提高钻井时效的同时，钻井产生岩屑的粒径变小，给常规岩屑录井带来了困难。近年来，基于激光诱导击穿光谱（LIBS）的岩屑岩性识别技术取得了较好的效果，但该技术仍需要人工采集、清洗岩屑样品，并存在钻遇地层岩屑样品代表性难以准确控制、岩屑岩性识别结果与钻遇地层真实岩性之间具有一定差异等问题。为了解决上述问题，提出了利用LIBS在线识别岩屑岩性的技术构想，在实验室构建了试验平台，探索了激光器光源功率对岩屑样品LIBS信息的影响，通过优选光源功率，提高了岩屑样品LIBS信息的采集精度，进行了干样与湿样、疏松与压实状态下岩屑样品的LIBS检测，发现不同状态下岩屑样品的LIBS特征较为稳定，岩屑样品的LIBS特征与其状态无关。试验结果表明，录井过程中岩屑样品无需处理，可以直接检测，即利用LIBS技术在线识别岩屑岩性可行。      

基于音频信号的气体钻井返出岩屑量监测方法研究

为了监测钻井过程中的井壁坍塌、井底岩爆等井下工况信息,进行了基于音频信号的气体钻井返出岩屑量监测方法研究。该方法利用音频采集系统采集返出岩屑在排砂管中运移所产生的音频信号,根据短时能量确定声音段的起止点并计算特征参数,建立声音的特征参数库,再利用神经网络算法排除干扰声音,然后分析排砂管内不同大小岩屑的声音特征,利用动态时间弯折算法识别岩屑的大小,计算岩屑流量,进而判断气体钻井携岩状态及井下工况。双探7井现场试验结果表明,该方法对干扰声音的分类成功率达到96.8%,对不同粒径岩屑的识别率达到85.0%。研究结果表明,基于音频信号的气体钻井返出岩屑量监测方法可以监测返出岩屑流量变化情况,有效判断气体钻井的井下工况,从而降低气体钻井作业风险。      

岩屑远程识别技术研究与应用

长城录井自主研发的远程录井平台应用无线宽带组网技术将岩屑图像快速传到基地,可登录网络并操控岩屑图像采集系统进行实时拍摄,实现基地专家决策和岩屑远程识别,充分发挥少数基地专家的技术优势,避免地质录井现场复杂岩性识别及关键层位卡取等重要作业环节发生错误。基地专家利用远程录井平台,通过观察现场岩屑图像和操控现场图像采集仪进行拍摄的方式,对岩屑图像进行分析、描述、定名,实现了岩屑远程识别和指导层位卡取。岩屑识别定名由现场向基地专家的转变,提高了岩屑识别的准确性和及时性,避免层位卡取和岩屑识别错误的发生,既有利于管理层决策,也提高了录井作业效率。     

泡沫钻井岩屑迟到时间计算

泡沫钻井录井中岩屑迟到时间的计算精度是影响地层信息反演准确性的主要因素.基于泡沫流变学原理和液固两相流理论建立了泡沫钻井岩屑迟到时间计算模型,将分段积分法和多重迭代计算法用于解决岩屑迟到时间计算问题,建立了泡沫钻井岩屑迟到时间计算方法.利用所建立模型与方法对泡沫钻井录井岩屑迟到时间问题进行了数值模拟,对影响泡沫钻井岩屑迟到时间的关键因素进行了敏感性分析并揭示了注气量、泡沫质量、岩屑等效直径等因素对岩屑迟到时间的综合影响规律.计算实例表明,高泡沫质量条件下,注气量较小时岩屑迟到时间对注气量的敏感性较大,岩屑直径较小时岩屑迟到时间对岩屑直径的敏感性较小,泡沫质量对岩屑迟到时间的影响存在临界值.     

岩屑数字图像采集分析技术应用研究

为了拓展岩屑录井资料的信息量,近年国内开发了岩屑数字图像采集分析技术,使岩屑录井从常规的实物保存、肉眼观察识别地层信息方法向数字化识别方法转化,这无疑是岩屑录井技术的一大进步,也是录井发展的必然趋势,对石油地质勘探具有一定的现实意义。采用CCD成像方式,运用自动调焦技术对岩屑的荧光和白光图像进行采集,图像采集清晰、方便;使用形态学滤波,分水岭分割和特征空间分类的方法对图像进行自动分析,图像分析准确、速度快。     

利用岩屑孔隙物质的荧光性判别油水层

为了寻求快速、准确判别油水层的方法，探讨了岩屑孔隙中物质的荧光性在判别油水层及油层水淹状况中的应用。经泥浆模拟浸泡实验及水驱模拟实验验证：水基泥浆对岩屑孔隙中物质的荧光性不会产生太大的影响；短时间的水洗不会影响荧光分析结果。只要分析及时，岩屑孔隙中物质的荧光图像可以判别油水层及油层的水淹程度。将岩屑制成荧光薄片，在荧光显微镜下观察岩屑孔隙中的荧光图像，并利用图像分析仪计算样品中的油水比例，给出含油率、含水率、面孔率等量化参数。通过对已知试油结果的探井和有水淹程度解释资料的密闭取心井取样进行荧光图像分析，把获得的荧光图像特征、含油率、含水率资料进行综合对比，在此基础上建立油水层和水淹层的判别标准。经试油验证，符合率达100％。     

一种新型除油机理及含油钻屑除油技术

油基钻井液是页岩气开发中最为常用的一种钻井液体系,随着页岩气勘探开发的加快发展及油基钻井液的大量使用,其产生的含油钻屑带来的环境污染也逐渐成为油气田企业的环保难题。为此,进行了现场含油钻屑组成、重金属含量和浸出液生物毒性分析,确定了含油钻屑污染特性和处理重点:针对含油钻屑污染特性,基于化学清洗法,首次引入过渡态理论,通过理论和实验分析,提出了一种新型岩屑除油机理,油滴从岩屑表面移动至油相存在着一个势能壁垒,清除岩屑中的油污需越过此势能壁垒;进而设计了含油钻屑除油配方,并通过单剂筛选、配方优化和除油条件优选,最终开发了一套含油钻屑化学清洗法除油技术。使用效果表明:在所研制的聚氧乙烯类除油剂与硫酸盐类、磺酸盐类辅助除油剂的共同作用下,势能壁垒可降低92.81%,由其处理的含油钻屑除油率达到93.02%。结论认为,该技术工艺安全简单、成本低、除油率高,可有效地解决含油钻屑的环境污染问题。     

基于CCD的光谱测量系统在定量荧光录井中的应用

利用CCD(电荷耦合元件)光电传感器作为检测器的荧光光谱测量系统在很多领域已得到应用,现将这一技术应用于定量荧光录井。通过检测含油岩石样品(岩心、岩屑、井壁取心)的荧光光谱,定量评价岩石含油丰度及原油性质,为油气层评价提供参数。为了验证基于CCD光学检测器的光谱测量系统的准确性、稳定性、线性,利用光纤作为传感组件,对录井现场的实际样品进行了荧光检测。实验结果表明,与传统的基于PMT(光电倍增管)检测器的光谱测量系统相比,CCD光谱测量系统具有分析周期短、体积小、质量轻、寿命长等优点,并且稳定性、重复性良好,适用于石油勘探录井现场含油岩样的检测。     

大位移井岩屑动态运移计算简便方法研究

对现有岩屑运移稳定和不稳定模型优缺点进行了分析,基于大位移井岩屑运移机理和连续性定理提出了一种半经验半理论的岩屑动态运移计算新方法,可以将稳定模型方便地用于大位移井岩屑动态运移计算中,可以简单描述岩屑实际运移和累积过程,同时计算简便,易于编程,适合工程应用.计算结果表明,使用稳定模型计算大位移井环空岩屑运移状态将会产生...     

Investigations into the coiled tubing partial underbalanced drilling (CT-PUBD) technique for drilling hard formations

To improve the rate of penetration (ROP) in drilling deep and hard formations, this paper proposes a new drilling method called coiled tubing partial underbalanced drilling (CT-PUBD). As a preliminary investigation into the new drilling method, this paper presents predictions of hole cleaning efficiency, drilling speed, cuttings migration and pressure loss in the drilling process with CT-PUBD. Based on numerical simulation and full-scale experimental studies, we conclude that using CT-PUBD, an underbalanced drilling condition can be achieved near the bit while maintaining wellbore safety at the same time. This condition can be achieved using a cuttings discharge device, a rotary packer and a backflow controller. According to the numerical simulations performed in this study, CT-PUBD can achieve high efficiency of hole cleaning. Along the cuttings migration process, the fluid velocities can reach the maximum values in the backflow holes. A full-scale laboratory experimental system was used to test the hydraulic characteristics and obtain the drilling performance of the new technology. The result shows that CT-PUBD significantly improves the ROP compared to the conventional drilling method.     

计算空气-氮气钻井最小气体体积流量的新方法

目前对空气-氮气钻井最小气体体积流量的计算方法仅适用于岩屑不受碰撞作用力的理想情况下的携岩要求,而实际所需的体积流量往往高于该方法的计算结果,主要原因可能是未考虑岩屑多次碰撞、重复破碎造成的能量损耗.引入了岩屑重复破碎概念,根据井底和井口岩屑粒径的变化,确定了岩屑重复破碎能耗.并据此对Angel模型进行了修正,得到一种更加准确地确定气体钻井最小气体体积流量的新方法.利用该方法可以更加清晰、准确地描述气体钻井过程中气-固流动状态及沿程压力损失,从而更好地选择设备及节约钻井成本.     

油基岩屑热脱附处理技术研究进展

近年来,油基岩屑热脱附处理技术因处理后残渣含油率可小于0.3%、油回收率高于75%等优点,在油基岩屑环保治理中得到了广泛的应用,但该技术的瓶颈问题也越来越突出,主要表现为:单套设备处置能力低、装备能耗高等。为此,基于对国内外大量文献资料、现场应用情况的调研,从油基岩屑热脱附机理、工艺及设备、主要影响因素、资源化利用等方面,系统介绍了油基岩屑热脱附处理技术的研究进展及应用情况,指出了该工艺技术存在的问题并提出了今后研究方向的建议。研究结果表明:(1)油基岩屑热脱附过程分为水分与轻质油、重质油、重质烃等不同成分分离阶段;(2)一段式和两段式工艺及设备结构主要热源有微波、电磁、天然气或柴油;(3)加热温度、加热时间对残渣含油率、回收油回收率及组分的影响最大;(4)残渣可用于制砖、筑路材料、土壤回填材料等资源化利用。结论认为:(1)油基岩屑热脱附技术存在着能耗成本偏高、装置稳定运行能力低、设备针对性不足等问题;(2)今后需加强油基岩屑预处理、热脱附工艺参数优化、传热传质优化、残渣多途径资源化利用等方面的研究。     

射流磨钻头流场特性及其外排屑槽影响的数值模拟

在油气田开发中,水平井钻进时携岩困难、托压严重、机械钻速慢等问题严重影响生产效益。射流磨钻头既能降低井底压差实现欠平衡提速,又能粉碎岩屑实现岩屑悬浮运移,为水平井安全高效钻井作业提供技术支撑。研究基于计算流体力学方法,建立了射流磨钻头流场的数值仿真,并采用标准k-ε双方程模型对其流场特性及其外排屑槽尺寸的影响进行了模拟研究。结果表明,无外排屑槽时射流磨钻头的降压效果最好,井底低压区和中压区呈现一降一升的趋势;井底压力沿钻头直径方向分布极不均匀,高压与低压交错出现;在开外部排屑槽的情况下,内排屑孔的总体积流量占比达100%以上,随单个外排屑槽宽度的增大,内排屑孔的总体积流量占比增加,且外排屑槽存在钻井液回流的现象,回流体积流量占比4%以内。研究结果为射流磨钻头的优化设计与应用提供理论依据。