专利名称：测定岩石研磨性的方法及系统的制作方法
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。
背景技术：
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难以全面反映不均质地层岩石性质的变化受岩心资料的限制，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I :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I :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。
图I示出了 岩样的毛细管压力曲线的一例；图2示出了图I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。
具体实施例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。岩石颗粒的分形特征可包括孔隙分形维数和颗粒粒度分形维数。首先，发明人对岩石孔隙分形维数与岩石内摩擦角之间的相关性进行了研究。根据分形几何原理，若岩石孔隙分布符合分形结构，则岩石中孔隙半径大于r的孔隙数目N(r)与r有如下幂函数关系
权利要求
1.一种测定岩石的研磨性的方法，该方法包括以下步骤 步骤I: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，測定其粒度分形维数； 步骤3 :根据所測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。
2.根据权利要求I所述的測定岩石的研磨性的方法，其中，所述步骤I包括 步骤11，采集多个岩石样本，測定各个岩石样本的内摩擦角； 步骤12，将各岩石样本破碎后进行粒度分析，得到各岩石样本的粒度分形维数； 步骤13，根据各岩石样本的内摩擦角与各岩石样本的粒度分形维数，进行线性拟合，得到内摩擦角与粒度分形维数的关系。
3.根据权利要求2所述的測定岩石的研磨性的方法，其中，在所述步骤12中，根据式
4.根据权利要求I所述的測定岩石的研磨性的方法，其中， 在所述步骤2中，将所述现场岩石样本破碎后进行粒度分析，根据式
5.一种测定岩石的研磨性的方法，该方法包括以下步骤 步骤I :取得现场岩石样本，測定其粒度分形维数； 步骤2 :根据所測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。
6.根据权利要求5所述的測定岩石的研磨性的方法，其中， 在所述步骤I中，将所述现场岩石样本破碎后进行粒度分析，根据式
7.—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； 粒度分形维数測定部，其測定现场岩石样本的粒度分形维数； 计算部，其根据所測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。
8.根据权利要求7所述的測定岩石的研磨性的系统，其中， 所述粒度分形维数測定部将所述现场岩石样本破碎后进行粒度分析，根据式 进行线性回归分析，确定系数a的值，然后由式D2=3_a得到所述现 场岩石样本的粒度分形维数D2, 其中，M(R)是直径小于R的颗粒累计质量，Mt是所有颗粒的总质量，0是与平均直径有关的量，a为Weibull模量。
全文摘要
本发明提供了测定岩石研磨性的方法及系统。本发明的测定岩石研磨性的方法包括以下步骤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；取得现场岩石样本，测定其粒度分形维数；根据所测定的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。由此可确定岩石的研磨性。
文档编号G01N33/24GK102735821SQ201210235720
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月6日 优先权日2012年7月6日
发明者张辉, 高德利 申请人:中国石油大学(北京)