本發(fā)明涉及地質(zhì)勘探領(lǐng)域，尤其涉及是地下資源鉆采工程領(lǐng)域，具體涉及一種利用巖屑元素含量評價巖石可鉆性的方法。

背景技術(shù)：

隨著巖石礦物學(xué)、巖石力學(xué)以及鉆井技術(shù)的發(fā)展，提出了各種各樣巖石可鉆性的表示方法和鉆速方程來研究巖石可鉆性，歸結(jié)起來，獲取巖石可鉆性的方法主要有兩種方法：一是傳統(tǒng)的方法，假定研究的對象是均質(zhì)的，采用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行測量；另一種方法是近年來迅速發(fā)展的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法確定地層巖石的可鉆性。

具體的，現(xiàn)有的巖石可鉆性的評價方法有以下幾種：(1)壓入硬度法，自50年代以來，我國的石油、地質(zhì)、礦山等行業(yè)中廣泛使用史立涅爾的靜壓入硬度實(shí)驗(yàn)法測試巖石的可鉆性級值；(2)微鉆頭鉆進(jìn)法，在室內(nèi)通過可鉆性測定儀來測定地層巖石的可鉆性，利用穿孔速度和牙輪磨損情況，壓痕試驗(yàn)中確定的壓痕器指數(shù)，以及抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，對地層巖石的可鉆性進(jìn)行綜合評定；(3)鉆速方程反推法，采用通用鉆速方程反求巖石可鉆性的方法比室內(nèi)巖心實(shí)驗(yàn)求巖石可鉆性的方法更為科學(xué)和便利，可節(jié)省大量的人力、物力和財(cái)力。但是鉆速方程中的各項(xiàng)指數(shù)受到地質(zhì)條件、水力參數(shù)、人員操作等因素的影響較大，在計(jì)算的過程中還可能引入誤差，它同測量儀器儀表和鉆井過程中的施工參數(shù)密切相關(guān)，所求取的可鉆性級值不能完全代表地下巖石的真實(shí)情況；(4)聲波時差計(jì)算法，根據(jù)彈性波理論，巖石的聲波時差與巖石的彈性模量、泊松比、巖石的密度等參數(shù)有關(guān)，巖石聲波時差的大小反映了巖石的強(qiáng)度、彈性及硬度，而地層巖石的可鉆性又與巖石的強(qiáng)度、彈性及硬度等參數(shù)密切相關(guān)，利用巖屑聲波時差法確定地層巖石的可鉆性應(yīng)用較廣；(5)巖屑硬度法，是近幾年來提出的一種新方法，通過利用巖屑硬度法測定地層力學(xué)參數(shù)的研究，來確定地層的力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而指導(dǎo)鉆井現(xiàn)場的鉆頭選型。

以上幾種預(yù)測巖石可鉆性的方法，雖然在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮了一定的作用，但上述方法還有一些不足之處，主要是有些方法需要巖心樣品，而有些方法其數(shù)據(jù)滯后，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，成本較高且不能實(shí)時評價巖石可鉆性，因此，現(xiàn)有的巖石可鉆性評價方法中亟需實(shí)時評價巖石可鉆性的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種利用巖屑元素含量評價巖石可鉆性的方法，成本低、操作簡便、實(shí)時性強(qiáng)，對鉆頭選型、鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)選、降低鉆井成本具有重要意義。

本發(fā)明的利用巖屑元素含量評價巖石可鉆性的方法，具體包括以下步驟：

(1)分析火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖的礦物類別，分析上述礦物類別中的化學(xué)元素種類以及含量，得出不同巖石的主要化學(xué)元素成分及含量；

(2)測量待測地區(qū)鉆井巖屑的化學(xué)元素組成和含量，篩選與巖性最相關(guān)的10-12種元素，繪制地層分層的元素含量與巖性剖面、利用測井資料獲得的巖石可鉆性級值的曲線變化圖；

(3)通過上述曲線變化圖，進(jìn)一步在上述10-12種元素中篩選出與巖石可鉆性相關(guān)的7種元素，根據(jù)變化曲線圖的元素含量和可鉆性級值數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得出評價巖石可鉆性的計(jì)算模型；

(4)利用上述計(jì)算模型計(jì)算巖石可鉆性級值，通過上述巖石可鉆性級值評價待測地區(qū)的巖石可鉆性。

進(jìn)一步的，步驟(2)中測量待測地區(qū)鉆井巖屑的化學(xué)元素組成和含量是通過巖屑分析儀器測量。

進(jìn)一步的，所述評價巖石可鉆性的計(jì)算模型如下：

kd＝r+amg+bal+csi+dk+eca+fmn+gfe；

其中，kd-巖石可鉆性，無量綱；

r-常數(shù)項(xiàng)；a,b,c,d,e,f,g-回歸系數(shù)；

mg-巖屑中鎂元素含量，％；

al-巖屑中鋁元素含量，％；

si-巖屑中硅元素含量，％；

k-巖屑中鉀元素含量，％；

ca-巖屑中鈣元素含量，％；

mn-巖屑中錳元素含量，％；

fe-巖屑中鐵元素含量，％。

本發(fā)明的有益效果在于：

1、本發(fā)明通過對巖屑進(jìn)行元素含量進(jìn)行現(xiàn)場分析，相對于其他需要取巖心樣品的方法，取材簡便，成本低；

2、相對于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)滯后的巖石可鉆性評價方法，本發(fā)明僅需幾分鐘即可分析出巖屑的元素，通過元素含量可計(jì)算出巖石的可鉆性，實(shí)時性強(qiáng)；

3、本發(fā)明的巖石可鉆性評價方法不需要大型的設(shè)備，操作簡便，步驟簡單，計(jì)算模型得出的可鉆性級值與測井資料計(jì)算的可鉆性極值高度相關(guān)，評價結(jié)果可靠，對鉆頭選型、鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)選、降低鉆井成本具有重要意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的xx1井元素含量及可鉆性級值曲線圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的xx2井元素含量及可鉆性級值曲線圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例所提供的xx3井元素含量及可鉆性級值曲線圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例所提供的xx4井元素含量及可鉆性級值曲線圖；

圖5為上述4口井可鉆性級值對比圖。

具體實(shí)施方式

下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例提供了利用巖屑元素含量評價巖石可鉆性的方法，包括：

s1：分析火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖的礦物類別，分析上述礦物類別中的化學(xué)元素種類以及含量，得出不同巖石的主要化學(xué)元素成分及含量。

本步驟中，地層由不同的巖石組成，而巖石主要由各種不同的造巖礦物構(gòu)成，并通過各種膠結(jié)物以各種不同方式膠結(jié)而成。巖石的性質(zhì)主要取決于造巖礦物的組成成分及含量。所以，巖石的礦物成分是影響巖石可鉆性的重要因素。而礦物是由地殼中相對穩(wěn)定的自然元素構(gòu)成的單質(zhì)和化合物所組成的。因此，各種各樣的造巖礦物都含有固定的化學(xué)元素種類，巖石的化學(xué)元素成分以及含量與巖石性質(zhì)(巖性)密切相關(guān)，從而可以通過巖石的化學(xué)元素成分和含量變化來判別地層巖性，進(jìn)而預(yù)測巖石可鉆性級值的大小。

s2：測量待測地區(qū)鉆井巖屑的化學(xué)元素組成和含量，篩選與巖性最相關(guān)的10-12種元素，繪制地層分層的元素含量與巖性剖面、利用測井資料獲得的巖石可鉆性級值的曲線變化圖。

本步驟中，優(yōu)選的，通過巖屑分析儀器進(jìn)行測量，通過待測地區(qū)的鉆井操作，巖屑分析儀器所測量的元素?cái)?shù)量略有不同，但大多能測量20個左右的元素含量，主要有mg、al、si、p、s、cl、k、ca、ti、mn、fe、sr、v、cr、cu、zn、ag、mo等元素。這些元素含量的不同意示著巖屑中礦物含量的的變化，而巖石是由礦物組成的，不同的巖石所含的各種礦物成分不同，因此礦物成分的變化意示著巖性的變化，亦即礦物成分的含量與巖性直接相關(guān)。上述元素中篩選與巖性最相關(guān)的10-12種元素與可鉆性級值進(jìn)行分析，曲線變化圖不但可以觀察元素絕對含量的變化，還能觀察元素的相對變化趨勢。

s3：通過上述曲線變化圖，進(jìn)一步在上述10-12種元素中篩選出與巖石可鉆性最相關(guān)的7種元素，根據(jù)變化曲線圖的元素含量和可鉆性級值數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得出評價巖石可鉆性的計(jì)算模型；

具體模型如下：

kd＝r+amg+bal+csi+dk+eca+fmn+gfe；

其中，kd-巖石可鉆性，無量綱；

r-常數(shù)項(xiàng)；a,b,c,d,e,f,g-回歸系數(shù)

mg-巖屑中鎂元素含量，％；

al-巖屑中鋁元素含量，％；

si-巖屑中硅元素含量，％；

k-巖屑中鉀元素含量，％；

ca-巖屑中鈣元素含量，％；

mn-巖屑中錳元素含量，％；

fe-巖屑中鐵元素含量。

在本步驟中，通過曲線變化圖可以獲取鉆井的主要信息，列表后的數(shù)據(jù)利于模型的建立，通過進(jìn)一步篩選與可鉆性最相關(guān)的7種元素，通過回歸分析建立的計(jì)算模型能夠準(zhǔn)確揭示巖性變化。

s4：利用上述計(jì)算模型計(jì)算巖石可鉆性級值，通過上述巖石可鉆性級值評價待測地區(qū)的巖石可鉆性。

本步驟中，通過上述計(jì)算模型，計(jì)算得到巖石可鉆性級值，通過上述不同地層的可鉆性級值可以評價相應(yīng)的巖石可鉆性。

為了更清楚詳細(xì)地介紹本發(fā)明實(shí)施例所提供的利用巖屑元素含量評價巖石可鉆性的方法，以下將結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行說明。

對磨溪地區(qū)進(jìn)行4口井的鉆井，4口井分別標(biāo)號為xx1，xx2，xx3，xx4號井。

s1：分析火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖的礦物類別，分析上述礦物類別中的化學(xué)元素種類以及含量，得出不同巖石的主要化學(xué)元素成分及含量。

表1是組成三大類巖石火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖的主要礦物類別。巖石的礦物成分是影響巖石可鉆性的重要因素。例如在碎屑巖中，砂巖的可鉆性級值隨著石英含量的增加而增大，而隨著粘土礦物含量的增大而減?。荒鄮r的可鉆性級值隨著石英、粘土礦物含量的增大而增大。在碳酸鹽巖中，白云巖的可鉆性級值隨著白云石含量的增大而增大，隨著方解石含量的增加而減?。皇?guī)r的可鉆性級值隨著白云石、方解石含量的增加均增大。

表1組成三大類巖石的主要礦物列表

由于不同的造巖礦物都含有固定的化學(xué)元素種類，表2是一般石油地層礦物所含的化學(xué)元素，從表中可以看出，不同的礦物含有不同的化學(xué)成分，也即不同的化學(xué)元素。例如，方解石的主要化學(xué)成分是ca[co3]，反映在元素上就是c、o和ca，高嶺石的主要化學(xué)成分是al4[si4o10](oh)8，反映在元素上就是h、o、si和al，因此不同的元素可以反映出不同的礦物。

表2一般石油地層礦物所含的化學(xué)元素

不同的巖石也具有不同的化學(xué)元素成分，當(dāng)其中的化學(xué)元素成分及含量保持穩(wěn)定時，巖石礦物的成分及含量也就確定了。表3為一些常見巖石的主要化學(xué)成分含量。

表3巖石的主要化學(xué)成分含量

由表3可以看出，不同巖石由不同的化學(xué)元素組成。其中，純橄欖巖到純石灰?guī)rcao含量從0增長到56.0％，sio2含量從34.9％下降到0，反映到元素上就是ca元素含量與si元素含量的變化。因此，不同的巖石含有不同的元素組成及含量，元素含量與巖性密切相關(guān)。

s2：通過巖屑分析儀器測量待測地區(qū)鉆井巖屑的化學(xué)元素組成和含量，篩選與巖性最相關(guān)的12種元素，繪制地層分層的元素含量與巖性剖面、利用測井資料獲得的巖石可鉆性級值的曲線變化圖。

通過分析，優(yōu)選出與巖性密切相關(guān)的12個主要元素ca、mg、si、fe、al、k、s、p、cl、mn、ti、sr，將以上12種元素的含量及巖性剖面、可鉆性級值繪制成圖進(jìn)行分析，如圖1-4所示。通過元素含量及可鉆性級值隨井深的變化曲線圖，不但可以觀察元素絕對含量的變化，還能觀察元素的相對變化趨勢。

1)xx1井巖屑元素含量與可鉆性關(guān)系的分析

將xx1井通過xrf巖屑分析實(shí)驗(yàn)所得到的元素含量數(shù)據(jù)，利用測井資料獲得的巖石可鉆性級值，地層分層數(shù)據(jù)及地層巖性剖面繪制成圖進(jìn)行分析，如圖1所示。該井從4264米開始到4733米，5046米開始到5503米進(jìn)行x射線熒光分析實(shí)驗(yàn)，間距為1米1樣，共926米，所遇地層分別為梁山組、湄潭組、桐梓組、洗象池組、高臺組、龍王廟組、滄浪鋪組、燈四組、燈三組、燈二組。巖性主要包括泥巖、頁巖、砂巖、粉砂巖、白云巖、石灰?guī)r等，可鉆性級值變化較大，其中，

4264m-4280m為梁山組地層，巖性主要為泥巖及頁巖，可鉆性級值在3.8-5.86之間，si、fe、k、al、mn元素含量較高，其余幾種元素含量均較低；

4280m-4365m為湄潭組地層，其中4280m-4293m巖性主要為石灰?guī)r，可鉆性級值在6.42-7.12之間，si、fe、k、al元素含量降低，ca、mn元素含量升高，其余幾種元素含量基本保持不變；4293m-4365m巖性主要為泥巖、頁巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖，可鉆性級值在3.4-5.82之間，si、fe、k、al元素含量升高，ca、mn、p元素含量降低，其余幾種元素含量基本保持不變；

4365m-4411m為桐梓組地層，巖性主要為泥質(zhì)白云巖、白云巖、石膏質(zhì)白云巖及頁巖，可鉆性級值在5.33-7.79之間，si、fe、k、al元素含量降低，ca、mg、mn、p元素含量升高，在含石膏層段s元素含量明顯上升，其余幾種元素含量基本保持不變；

4411m-4542m為洗象池組地層，巖性主要為白云巖、頁巖、泥巖及泥質(zhì)白云巖，可鉆性級值在7.43-8.05之間，si、fe、k、al元素含量繼續(xù)下降，ca、mg元素含量繼續(xù)升高，mn元素含量降低，其余幾種元素含量基本保持不變；

4542m-4611m為高臺組地層，巖性主要為白云質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)白云巖及白云巖，可鉆性級值在6.71-7.95之間，si、fe、k、al元素含量略有升高，ca、mg元素含量略微下降，其余幾種元素含量基本保持不變；

4611m-4705m為龍王廟組地層，巖性主要為白云巖、泥質(zhì)白云巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、白云質(zhì)泥巖及砂質(zhì)白云巖，可鉆性級值在7.49-8.09之間，si、fe、k、al元素含量降低，ca、mg元素含量較高，sr元素含量升高，其余幾種元素含量基本保持不變；

4705m-4733m為滄浪鋪組地層，巖性主要為泥巖、粉砂巖及白云質(zhì)粉砂巖，可鉆性級值在6.71-7.6之間，si、fe、k、al元素含量升高，ca、mg元素含量降低，其余幾種元素含量基本保持不變；

5046m-5347m為燈四組地層，巖性主要為白云巖、泥質(zhì)白云巖及白云質(zhì)泥巖，可鉆性級值在7.11-8.24之間，ca、mg元素含量較高，其余幾種元素含量均較低；

5347m-5403m為燈三組地層，巖性主要為泥質(zhì)白云巖、砂質(zhì)白云巖、白云質(zhì)泥巖及頁巖，可鉆性級值在5.96-8.24之間，si、fe、k、al、mn元素含量略有升高，ca、mg元素含量略微下降，其余幾種元素含量基本保持不變；

5403m-5503m為燈二組地層，巖性主要為白云巖，可鉆性級值在7.51-8.18之間，si、fe、k、al、mn元素含量降低，ca、mg元素含量升高，其余幾種元素含量基本保持不變。

將圖1中的主要信息列表分析，如表4所示。

表4xx1井元素含量與可鉆性級值表

2)xx2井巖屑元素含量與可鉆性關(guān)系的分析

將xx2井通過xrf巖屑分析實(shí)驗(yàn)所得到的元素含量數(shù)據(jù)，利用測井資料獲得的巖石可鉆性級值，地層分層數(shù)據(jù)及地層巖性剖面繪制成圖進(jìn)行分析，如圖2所示。該井從4547米開始到4748米進(jìn)行x射線熒光分析實(shí)驗(yàn)，間距為1米1樣，共201米，所遇地層分別為棲一段、梁山組、高臺組、龍王廟組、滄浪鋪組。巖性主要包括泥巖、粉砂巖、白云巖、石灰?guī)r等，可鉆性級值變化范圍較大。

將圖2中的主要信息列表分析，如表5所示。

表5xx2井元素含量與可鉆性級值表

3)xx3井巖屑元素含量與可鉆性關(guān)系的分析

將xx3井通過xrf巖屑分析實(shí)驗(yàn)所得到的元素含量數(shù)據(jù)，利用測井資料獲得的巖石可鉆性級值，地層分層數(shù)據(jù)及地層巖性剖面繪制成圖進(jìn)行分析，如圖3所示。該井從4416米開始到4700米，5012米開始到5491米進(jìn)行x射線熒光分析實(shí)驗(yàn)，間距為1米1樣，共763米，所遇地層分別為棲一段、梁山組、洗象池組、高臺組、龍王廟組、滄浪鋪組、燈四組、燈三組、燈二組。巖性主要包括泥巖、頁巖、粉砂巖、白云巖、石灰?guī)r等，可鉆性級值變化范圍較大。

將圖3中的主要信息列表分析，如表6所示。

表6xx3井元素含量與可鉆性級值表

4)xx4井巖屑元素含量與可鉆性關(guān)系的分析

將xx4井通過xrf巖屑分析實(shí)驗(yàn)所得到的元素含量數(shù)據(jù)，利用測井資料獲得的巖石可鉆性級值，地層分層數(shù)據(jù)及地層巖性剖面繪制成圖進(jìn)行分析，如圖4所示。該井從4460米開始到5017米進(jìn)行x射線熒光分析實(shí)驗(yàn)，間距為1米1樣，共557米，所遇地層分別為棲一段、梁山組、洗象池組、高臺組、龍王廟組、滄浪鋪組、筇竹寺組。巖性主要包括泥巖、頁巖、砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、白云巖、石灰?guī)r等，可鉆性級值變化范圍較大。

將圖4中的主要信息列表分析，如表7所示。

表7xx4井元素含量與可鉆性級值表

s3：通過上述曲線變化圖，進(jìn)一步在上述10-12種元素中篩選出與巖石可鉆性最相關(guān)的7種元素，分別為mg，al，si，k，ca，mn，fe。根據(jù)變化曲線圖的元素含量和可鉆性級值數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得出評價巖石可鉆性的計(jì)算模型。

通過對磨溪地區(qū)4口井的數(shù)據(jù)分析，得到磨溪地區(qū)的巖石可鉆性計(jì)算模型：

kd＝7.8651+0.0478mg-0.0964al-0.0030si+0.1468k-0.0587ca-0.0187mn-0.0185fe

式中：kd-巖石可鉆性，無量綱；mg-巖屑中鎂元素含量，％；al-巖屑中鋁元素含量，％；si-巖屑中硅元素含量，％；k-巖屑中鉀元素含量，％；ca-巖屑中鈣元素含量，％；mn-巖屑中錳元素含量，％；fe-巖屑中鐵元素含量，％。

s4：利用上述計(jì)算模型計(jì)算巖石可鉆性級值，通過上述巖石可鉆性級值評價待測地區(qū)的巖石可鉆性。

通過上述回歸方程計(jì)算的結(jié)果，與測井資料解釋的巖石可鉆性極值對比分析，如圖5所示?；貧w顯著性檢驗(yàn)結(jié)果如表8、表9。

表8回歸參數(shù)表

表9方差分析表

由表9可見，該多元回歸方程f檢驗(yàn)的p值為0，小于顯著性水平0.05，說明此多元回歸方程的回歸效果顯著。

對于其它地區(qū)可用實(shí)鉆資料，使用本方法回歸出相關(guān)的系數(shù)使用。

本發(fā)明利用巖屑元素含量的分析結(jié)果，優(yōu)選出了與巖石可鉆性相關(guān)性強(qiáng)的元素，通過對這些元素的含量進(jìn)行回歸分析，得到了評價巖石可性的計(jì)算模型，利用上述計(jì)算模型計(jì)算巖石可鉆性級值，通過上述巖石可鉆性級值評價待測地區(qū)的巖石可鉆性。圖5為本方法計(jì)算的可鉆性級值與利用測井資料計(jì)算的可鉆性級值對比結(jié)果。圖中展示了4口井的處理結(jié)果，其中實(shí)線為測井資料計(jì)算的可鉆性級值，虛線為本方法計(jì)算的可鉆性級值，由圖5可見二者相關(guān)性極高，說明本發(fā)明的計(jì)算模型計(jì)算得到的可鉆性級值可靠性高，可以用來評價巖石可鉆性，從而進(jìn)一步證明本發(fā)明的計(jì)算模型以及評價方法的可靠性。