旋转钻井中岩石破碎能耗的分形分析

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1、第27卷增2岩石力学与工程学报Vol.27Supp.22008年9月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringSept.，2008旋转钻井中岩石破碎能耗的分形分析闫铁，李玮，毕雪亮，李士斌(大庆石油学院提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江大庆163318)摘要：通过旋转钻井中破碎岩石的能耗分析，应用分形岩石力学理论，从钻井过程中钻头破碎岩屑的粒度分布、能量耗散等角度，建立旋转钻井中钻头破碎岩石所需能量的分形描述模型，详细分析影响钻头破碎岩石能耗的因素。该模型显示出旋转钻井岩石破碎能耗不仅与钻压、

2、转速等钻井参数关，还与地层岩石破碎体的尺度和粒度分布分形维数等因素有关。应用该模型不仅可以确定钻井过程中破碎岩石所需的能量，还可以反演计算，根据所需岩石的破碎能量优选钻进参数。将所建立的模型进行适当简化，可得到经典岩石破碎比功三大学说表达式，说明该模型具有一定的普遍性。关键词：钻井工程；旋转钻井；岩石破碎；分形维数；能量耗散；破碎比功；钻进参数中图分类号：TE21文献标识码：A文章编号：1000–6915(2008)增2–3649–06FRACTALANALYSISOFENERGYCONSUMPTIONOFROCKFRAGMENTATION

3、INROTARYDRILLINGYANTie，LIWei，BIXueliang，LIShibin(KeyLaboratoryofEnhancedOilRecoveryofMinistryofEducation，DaqingPetroleumInstitute，Daqing，Heilongjiang163318，China)Abstract：Accordingtothefractaltheory，afractalmodelforconsumingenergyonrockfragmentationisprovidedthroughenergyc

4、onsumptionanalysisofrockfragmentationinrotarydrilling.Thefactors，suchassizedistributionofrockcuttingsandenergyconsumptionintheprocessofdrillingaretakenintoaccountandthefactorsaffectingenergyconsumptionofrockfragmentationonthebitareconsidered.Themodelshowsthattheenergyconsu

5、mptiononrockfragmentationisnotonlyrelatedtothedrillingparameterssuchasweightonbitandrotationalspeed，butalsothesizeofrockcuttingsandthefractaldimensionofsizedistribution.Themodelcanbeusedtodeterminethenecessaryenergyconsumedonrockfragmentationanditcanalsobeinverselyusedtoop

6、timizedrillingparameterswiththeenergyconsumptionontherockfragmentation.Inaddition，thethreeclassicalformulasofthecrushingworkratiotheorycanbeobtainedbyproperlysimplifyingthemodel，hence，thegeneralapplycationofthemodelisproved.Keywords：drillingengineering；rotarydrilling；rockf

7、ragmentation；fractaldimension；energyconsumption；crushingworkratio；drillingparameters井效果的重要指标之一，也是优选钻头类型和定制1引言钻进措施的重要依据。如何在同样的地层和钻头等条件下用最小的破岩能量取得最大的钻进效果，一在石油钻井中，岩石破碎能耗的大小是衡量钻直是广大钻井工作者追求的目标。目前有关石油钻收稿日期：2007–05–10；修回日期：2007–07–26基金项目：国家自然科学基金资助项目(50474093)；中国石油天然气集团公司中青年科技创新基

8、金资助项目(03E703)作者简介：闫铁(1957–)，男，2001年于哈尔滨工业大学工程力学获博士学位，现为教授、博士生导师，主要从事油气井工程力学等方向的教学与研究工作。E-