Цифровизация процесса гидровращательного бурения для непрерывного механического профилирования кремнеобломочных осадочных пород

Том 13 научных докладов, номер статьи: 3701 (2023) Цитировать эту статью

352 доступа

Подробности о метриках

Гидравлическое роторное бурение может предоставить важную информацию и образцы керна для исследований твердой земли. Регистрация фактических данных полевого бурения и анализ процесса гидравлического роторного бурения являются сложной, но многообещающей задачей для использования массивной информации о бурении в геофизике и геологии. В этой статье используется метод мониторинга процесса бурения (DPM) и регистрируются четыре параметра смещения, давления тяги, восходящего давления и скорости вращения в сериях в реальном времени для профилирования кремнеобломочных осадочных пород вдоль скважины глубиной 108 м. Результаты оцифровки со 107 линейными зонами представляют пространственное распределение пробуренных геоматериалов, включая поверхностные отложения (насыпь, лесс, гравийный грунт), аргиллиты, алевритистые аргиллиты, песчаники и мелкие песчаники. Постоянные скорости бурения в диапазоне от 0,018 до 1,905 м/мин отражают устойчивость пробуренных геоматериалов к керну на месте. Кроме того, постоянные скорости бурения позволяют определить прочность грунта к твердым породам. Распределение мощностей шести основных классов прочности представлено для всех осадочных пород и каждого отдельного типа из семи грунтов и горных пород. Профиль прочности на месте, определенный в этой статье, может быть использован для оценки механического поведения геоматериала на месте вдоль буровой скважины и может обеспечить новую механическую оценку для определения пространственного распределения геологических пластов и структур в недрах. Они важны, поскольку один и тот же слой на разной глубине может иметь разное механическое поведение. Результаты обеспечивают новые количественные измерения для непрерывного механического профилирования на месте с использованием цифровых данных бурения. Результаты статьи могут предложить новый и эффективный метод совершенствования и модернизации наземных исследований на месте, а также могут предоставить исследователям и инженерам новый инструмент и ценный справочный материал для оцифровки и использования фактических данных текущих проектов бурения.

Бурение, особенно гидравлическое ротационное колонковое бурение, является распространенной, важной и важной операцией, позволяющей получить образцы керна и соответствующую информацию для геофизических и геологических исследований твердой земли1. Соответствующая информация о бурении стала предметом все более междисциплинарных исследований в рамках растущей цифровизации твердоземных обсерваторий во всем мире2. Флинчум и др. использовали данные сейсмической рефракции и физическое состояние образцов керна, полученных в процессе гидравлического ротационного отбора керна, чтобы сделать вывод о структуре недр под гранитным хребтом3. Аллен и др. По результатам лабораторных испытаний образцов керна вдоль одной 100,6-метровой скважины4 выявлено наличие зоны изменений мощностью 30 м, перекрывающей как ядро ​​разлома, так и зону повреждения4. Лабораторные измерения образцов керна, извлеченных из буровых скважин, широко используются для количественной оценки внутрискважинных изменений механических и геофизических свойств5,6,7.

Однако лабораторные измерения керна и некоторые испытания на месте для многих скважин могут быть непомерно дорогими и сложными с точки зрения логистики, особенно в некоторых сложных геологических условиях, где часто основное внимание уделяется геофизическим исследованиям3. Фактически, само бурение также можно рассматривать как измерение свойств геоматериала на месте8,9,10. Массивные фактические данные о параметрах бурения, таких как скорость бурения (или скорость проходки), как побочных продуктах процесса бурения, не были собраны и использованы. Он может содержать механическую и геофизическую информацию. Цифровизация процесса бурения с использованием фактических данных является сложной, но многообещающей задачей для исследований в твердой земле.

Некоторые исследователи сосредоточились на изучении информации о бурении. Риццо и др. использовали цифровые электрические сигналы из скважины для определения распределения гидравлической проводимости11. Информация о деформации на месте отслеживалась и анализировалась с помощью скважинных деформометров с четырьмя датчиками (FGBS)12. Технология измерения во время бурения (MWD) использовалась для измерения параметров бурения: скорости проходки, давления тяги и скорости вращения в нефтегазовой и горнодобывающей науке и технике13,14,15. Юэ и др. изобрел метод мониторинга процесса бурения (DPM) и разработал метод рядов в реальном времени для измерения и анализа фактических данных10,16.