專利名稱：測定巖石抗壓強度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖石抗壓強度的測定，具體說來本發(fā)明可應(yīng)用到用來沿一指定軌跡鉆一井孔的鉆井計劃的制定和/或修正。
為了沿一井孔軌跡確定和預(yù)計巖石的抗壓強度，已經(jīng)提出了各種各樣的方案。在一種這樣的方案中，提出的建議是，使巖石的抗壓強度和剪切式聲速測井的過渡時間直接相關(guān)。剪切式測井的費用相當昂貴。此外，由于在實踐中極少去測量剪切過渡時間，所以通常必須從壓縮式聲速測井的過渡時間導(dǎo)出剪切過渡時間。然而，這種方法既沒有把孔隙度、側(cè)限應(yīng)力效應(yīng)、或應(yīng)力隨時間變化考慮在內(nèi)，又沒有把諸如傾角和溫度之類的其它相關(guān)物理條件考慮在內(nèi)。最后，這種方法的精度可能會受到巖石均地層中的微觀裂縫的影響。
還有些人建議，只使用鉆井期間施加的力返回去計算巖石強度。這些力很少有直接測量的。因此通常必須從其它參數(shù)外推出這些力。還是這樣，既沒有把孔隙度、側(cè)限應(yīng)力、應(yīng)力隨時間變化考慮在內(nèi)，也沒有把可能影響巖石抗壓強度的其它上述物理性質(zhì)考慮在內(nèi)。
在下一個例子中，從彈性模量推出巖石強度。這種方法不僅具有和以上所述的現(xiàn)有技術(shù)相似的缺點，而且此外，至外僅對沒有受到超過其彈性極限的應(yīng)力作用的巖石才是有效的。
由E.C.Onyia所著的“Relationships Between FormationStrength,Drilling Strength,and Electric Log Properties”(在地層強度、鉆井強度、和電測井性質(zhì)之間的關(guān)系)(Society of Petroleum Engineers石油工程師學(xué)會，論文NO.18166,1988年10月)的確使抗壓強度和孔隙度相關(guān)聯(lián)，但沒有考慮各種不同巖性之間的差異，例如與頁巖不同的沙巖。這種方法在最大或最小孔隙度值附近給出錯誤的結(jié)果，并且和上述其它方法類似，沒能把應(yīng)力隨時間變化考慮在內(nèi)。
本發(fā)明提供一種測定巖石抗壓強度的方法，該方法導(dǎo)出作為孔隙度函數(shù)的抗壓強度，此外還和巖性比值有關(guān)。
在優(yōu)選實施例中，不僅把應(yīng)力隨時間變化考慮進去，而且還使用側(cè)限應(yīng)力、以及其它物理性質(zhì)(如溫度、和層面取向、或“傾角”)來改進測定。在沿井孔軌跡的井孔鉆井期間和/或在此之前，可利用這種測定來確定沿井孔軌跡的各個位置的巖石的強度。
具體來說，本發(fā)明的方法按其最基本的形式包括如下步驟測試多個具有類似巖性的原生巖石樣品，所說樣品中至少某一些具有不同的孔隙度，從而對每一樣品分別確定一個抗壓強度和一個孔隙度。
從這些側(cè)試數(shù)據(jù)產(chǎn)生第一系列成對的電信號。在此第一系列中的每一對信號包括一個抗壓強度信號和一個孔隙度信號，分別對應(yīng)于相應(yīng)的一個原生巖石樣品的抗壓強度和孔隙度。使用計算機處理該第一系列信號以外插附加的這樣一些成對信號，并產(chǎn)生第二系列電信號，所說第二系列電信號對應(yīng)于隨孔隙度變化的抗壓強度。
因為正是在收集和制備巖石樣品的過程，在每個樣品中的至少某些巖石受到應(yīng)力作用，這種作用不僅超過了它的屈服點或彈性極限，而且超過了它的塑性極限或單軸抗壓強度值，所以本發(fā)明的優(yōu)選實施例在導(dǎo)出上述第二系列信號過程中把樣品應(yīng)力隨時間的變化考慮在內(nèi)。為此，用迭代方法處理可能對應(yīng)于某種特性的電信號，以產(chǎn)生多個可能的第二系列，并且使用對應(yīng)于一個函數(shù)的可能第二系列作為該第二系列，可以實現(xiàn)上述實施例，所說函數(shù)的圖形表示為一對數(shù)下降曲線，該對數(shù)下降曲線在抗壓強度對孔隙度的笛卡兒圖形上與對應(yīng)于第一系列信號的一群數(shù)據(jù)點的上周邊擬合得最靠近。實際上這意味著，在產(chǎn)生第二系列信號中使用的巖石樣品只有至少受過收集和制備過程應(yīng)力作用的巖石樣品。
在優(yōu)選實施例中，在測試原生的巖石樣品中確定的抗壓強度是非側(cè)限抗壓強度，并且通過用調(diào)節(jié)信號進行處理來調(diào)節(jié)第二系列信號，以產(chǎn)生把影響抗壓強度的其它條件考慮在內(nèi)的一個累加系列信號，這些條件最好包括側(cè)限應(yīng)力。
為了產(chǎn)生用于調(diào)節(jié)的應(yīng)力調(diào)節(jié)信號以便把側(cè)限應(yīng)力考慮在內(nèi)，在橫向側(cè)限條件下測試多個具有和原生樣品巖性類似的巖性的次生巖石樣品，并且至少某些次生樣品具有不同的孔隙度。對于每一樣品，再次確定一個側(cè)限抗壓強度和孔隙度。產(chǎn)生第三系列成對的電的抗壓強度和孔隙度信號，對其進行處理以外插附加的這樣的成對信號，并且產(chǎn)生對應(yīng)于側(cè)限抗壓強度的第四系列電信號，所說側(cè)限抗壓強度隨孔隙度而變。如果不存在對其它條件的調(diào)節(jié)，則可使用該第四系列信號作為累加系列信號。通過把第四系列信號的圖形表示曲線擬合到對應(yīng)于第三系列信號的一群數(shù)據(jù)點的上邊緣，再次將應(yīng)力隨時間變化考慮在內(nèi)。
調(diào)節(jié)信號還可能對應(yīng)于抗壓強度變化的函數(shù)，所述抗壓強度變化是由巖石層面傾角和/或溫度之類的其它條件引起的，其中再次將應(yīng)力隨時間變化考慮在內(nèi)。
在任何情況下，最好針對至少一種另外的巖性重復(fù)進行測定，并且可在鉆井之前和/或?qū)崟r地使用這兩個最終的累加系列在沿穿過包括該巖性(一種或多種)在內(nèi)的巖石的井孔軌跡的多個位置模擬巖石的原地抗壓強度。關(guān)于又使用這一模擬產(chǎn)生和/或周期性地修改沿該軌跡的鉆井計劃。該計劃可能包括如下因素對于鉆井不同部分的鉆頭的選擇、鉆壓的選擇、轉(zhuǎn)速、以及其它可能的因素。這些其它因素甚至可包括井的精確軌道或軌跡。具體來說，模擬的抗壓強度可能指示在沿原來提出的軌跡的一個特寫點該井可能是不穩(wěn)定的，即有可能坍塌，并且有可能在各個不同位置再次使用模擬的抗壓強度略微改變一點軌跡的避免出現(xiàn)坍塌問題。
在本發(fā)明人的序列號為No.＿＿＿＿＿＿＿、名稱為“Method ofAssaying Downhole Occurence and Conditions”(測定井下的產(chǎn)狀條件的方法)的申請中，以及與之同時逆交的序列號為No.＿＿＿＿＿＿＿的、名稱為“Method of Regulating Drilling Conditions Applied to a WellBit”(調(diào)節(jié)加到鉆頭上的鉆井條件的方法)的申請中，全面描述了對于按本發(fā)明產(chǎn)生的巖石抗壓強度測定的這種實際應(yīng)用的具體的并且是高度優(yōu)選的實例，這里明確地參考引入了它們的內(nèi)容。然而，應(yīng)強調(diào)的是，按本發(fā)明產(chǎn)生的巖石抗壓強度測定還可用于選擇鉆井鉆頭、選擇鉆壓和轉(zhuǎn)速、以及確定其它的鉆井計劃因素等的其它方法中。巖石強度測定值甚至于可簡單地基于操作員的經(jīng)驗用作一般操作指南。
在任何情況下，對于原地模擬，可以確定用于井孔軌跡的巖石的位置特性，其中包括孔隙度和類似于用來產(chǎn)生前述的調(diào)節(jié)信號的物理性質(zhì)的其它物理性質(zhì)。產(chǎn)生對應(yīng)的信號，并且用累加系列信號去處理這些對應(yīng)的信號，以產(chǎn)生在對應(yīng)位置對應(yīng)于巖石原地抗壓強度的信號。
然而，為了產(chǎn)生位置信號，最好把專用于該軌跡的附加條件考慮在內(nèi)。這些附加條件可包括井孔中流體和周圍地層中流體之間的壓力差(“失衡”)、由于這載引起的有效應(yīng)力、和/或由局部地質(zhì)應(yīng)力場引起的有效應(yīng)力。
通過以下的詳細描述、附圖、和權(quán)利要求書，將使本發(fā)明的各種其它特征和優(yōu)點、和/或它的優(yōu)選實施例變得更加清楚明白。


圖1是本發(fā)明的一個典型實施例的概括性的示意圖；圖2是表示巖石在受到應(yīng)力作用時的行為的曲線圖；圖3是表示第一、第二、第三、和第四系列電信號的曲線圖；圖4是表示在一特定實例中的準確曲線擬合的、類似于圖3的曲線圖；圖5是一曲線圖，它針對相當?shù)偷目紫抖鹊膸r石，對應(yīng)于相對傾角的調(diào)節(jié)信號的導(dǎo)出過程；圖6是類似于圖5的曲線圖，但針對的是相當高的孔隙度的巖石；圖7是類似于圖5的曲線圖，它針對相當?shù)偷目紫抖鹊膸r石，表示溫度調(diào)節(jié)信號的產(chǎn)生過程；圖8是類似于圖7的曲線圖，它針對的是相當高的孔隙度的巖石。
在描述本發(fā)明本身之前，考慮沉積巖在受到應(yīng)力作用時的某些特性是有益的。
圖2表示的是沉積巖的典型應(yīng)力一應(yīng)變曲線。該曲線展示出四個區(qū)OA、AB、BC、和CD。點C的應(yīng)力值被定義為單軸抗壓強度或塑性極限，并且是一個特定的巖石樣品在不破損(削弱)的條件下可以承受的最大應(yīng)力。在區(qū)OA和AB，巖石主要表現(xiàn)出彈性行為。即，在該區(qū)的應(yīng)力加載和卸載使巖石產(chǎn)生可以忽略的永久變形。點B被定義為屈服點或彈性極限，點B是從彈性區(qū)OB過渡到塑性區(qū)BC的轉(zhuǎn)折點。把巖石上的應(yīng)力加到它的塑性區(qū)，在卸載時總要引起永久性的變形，并且可能引起斷裂。若重新給巖石加應(yīng)力，將使曲線遵循一條不同的路徑，這個路徑在點C之前的塑性區(qū)和原來的曲線重新結(jié)合。雖然巖石永久性的變形了，但它仍保持它原來的強度(如果還沒有斷裂的話)。在塑性區(qū)BC，巖石在不失去它的承受最大負荷的能力的條件下能夠保持永久性的形變(當然，如以上所述，巖石不總是這樣，很可能發(fā)生斷裂)。區(qū)CD被定義為脆性區(qū)。這里，巖石承受負荷的能力隨形變的增加而減小。換言之，脆性巖石永久性地削弱了，連續(xù)加載和卸載循環(huán)將使巖石進一步削弱。在脆性區(qū)形成微觀裂縫使巖石基體削弱。脆性區(qū)的巖石在逐漸斷裂的狀態(tài)。在點D的值處，完全斷裂肯定要發(fā)生(如果還沒有發(fā)生的話)。
現(xiàn)在回到發(fā)明本身，并且參照圖1，描述一個典型的實施例。該實施例模擬巖石沿井孔軌跡的抗壓強度。為方便起見，圖中只表示出一個鉆頭14，鉆頭14已經(jīng)開始沿該軌跡鉆出一個井孔12，井孔2的其余部分用線1表示。然而，如下面將要全面說明的那樣，所述的模擬方法可在開始鉆井前進行，以及/或者在正在進行鉆井時實時地進行。
按照本發(fā)明，無論如何，在實際模擬之前，至少進行一次抗壓強度測定。為了完成這樣一種測定，要對沿軌跡1產(chǎn)生的多個原生的巖石樣品的巖性進行測試，如步驟方框16所示。在16處測試的樣品的巖性是相當純的，如真少巖或真頁巖，地質(zhì)學(xué)的技術(shù)人員會對原生巖石進行分類的。巖石的巖性還可以是沿軌跡1的預(yù)期的類型。如果期望，并且如果從一特定場地得到足夠多的巖芯樣品，測試的樣品可以來自將要鉆孔的井14的場地，并且最終的測定可以取最佳局部回歸曲線的形式并且對應(yīng)于信號系列，根據(jù)所說最終測定進行所說模擬。然而，結(jié)合開發(fā)本發(fā)明的至今的調(diào)查研究表明，這是不必要的，因為來自各種不同位置的巖性相似地樣品趨向于產(chǎn)生幾乎相同的結(jié)果。
在框16中表示的只是一個典型的樣品18，但應(yīng)理解，對多個原生巖石樣品中的每個樣品都可進行相同類型的測試。具體來說，所說的測量對于每個樣品都要分別確定抗壓強度和孔隙度?？紫抖扔杀绢I(lǐng)域中公知的幾個標準方法中的任何一個方法確定。如框16中箭頭所示的平行于樣品中心軸向樣品施加壓力直到樣品斷裂為止，從而可確定抗壓強度。這里用符號σ1表示使樣品斷裂的強度，這個強度就是該樣品的抗壓強度。樣品將沿一傾斜平面f斷裂，這里巖性的特征，該平面是最大應(yīng)力平面。通過非側(cè)限的抗壓應(yīng)力來測試多個原生樣品，并且因此當加上力σ1時這些樣品在側(cè)面沒有得到支撐。
如圖所示，樣品是圓柱形的，并且為了在步驟16進行測試，對樣品進行切割，使樣品的任何巖層或?qū)用?0都垂直于圓柱的軸。應(yīng)仔細切割巖芯樣品并制備成標準的測試尺寸，要小心仔細不要給樣品帶來最小的損壞。在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以得到的任何數(shù)目的參考著作中都詳細地描述了用于抗壓強度準確測試的其它標準，這里詳細重復(fù)它們。
由于抗壓強度強烈地依賴于顆粒間的膠接作用，并且孔隙度是顆粒間膠接作用的一個度量，所以這里使用孔隙度作為確定基線抗壓強度的主要標準或變量。這不僅比現(xiàn)有技術(shù)所用其它標準更加準確，而且更加容易并且更加實際，因為如上所述，孔隙度很容易在試驗室測量，而且還可以在鉆井操作過程中進行日常例行確定。
在已經(jīng)測試了所有的原生樣品、并且已經(jīng)確定了它們的相應(yīng)非側(cè)限抗壓強度和孔隙度以后，產(chǎn)生第一系列成對的電的抗壓強度和孔隙度信號，以便在計算機24中處理，如線25所示。每對信號分別對應(yīng)于相應(yīng)的一個原生樣品的抗壓強度和孔隙度。
參照圖3，由實線的數(shù)據(jù)點22組成的下方的“群”對應(yīng)于相應(yīng)原生樣品的成對的孔隙度和抗壓強度，它們和抗壓強度相對于孔隙度的笛卡兒圖形相關(guān)聯(lián)。
(在整個本說明書中，無論何時引用數(shù)值、和/或它們的圖形表示、和/或計算值、或這些數(shù)值或表示的其它操縱管理，都應(yīng)該理解，通過使用適當編程或配置的計算機(如，24)來處理相應(yīng)的電信號，都能完成這些操縱。)參照圖3，可以看出，孔隙度極其相似的樣品測出有不同的抗壓強度。這是因為，在樣品的獲得和制備過程中，不可避免地必須對每個樣品的至少某些巖石施加壓力，即至少對樣品的周邊附近施加壓力，使其達到單軸抗壓強度或塑性極限(再次參看圖2的C點)；并且，某些樣品受到的壓力比其它的樣品大。這種損壞在這里一般稱為樣品的“應(yīng)力隨時間的變化”。
該方法在這一階段的初始目的是為使以下面將更加全面描述的方式適當配置和編程的計算機24能處理一系列的成對信號22，以便外插這些附加的信號對并產(chǎn)生對應(yīng)于非側(cè)限抗壓強度的第二系列電信號，所說非側(cè)限抗壓強度是孔隙度的函數(shù)。
在典型的現(xiàn)有技術(shù)方法中，不管是依賴于孔隙度還是依賴于任何其它的基本標準，當出現(xiàn)這樣一“群”數(shù)據(jù)點時，一般來說，實際的作法是，產(chǎn)生一個函數(shù)，該函數(shù)用圖表示為穿過群的垂直中心的一條曲線。然而，按照本發(fā)明，為了對在收集和/或制備樣品過程中產(chǎn)生的上述的應(yīng)力隨時間變化進行校正，第二系列應(yīng)使其可用圖形表示為大體沿數(shù)據(jù)點群22的上周邊通過的一條曲線mu。(如這里所使用的，“對應(yīng)于”意指在功能上相關(guān)于…，無論是一個信號相關(guān)于一個物理現(xiàn)象(或數(shù)值)、一個信號相關(guān)于另一個信號、或者一個物理現(xiàn)象(或數(shù)值)相關(guān)于另一個物理現(xiàn)象(或數(shù)值)全是如此；在一個信號相關(guān)于一個物理現(xiàn)象的情況下，“精確對應(yīng)于”意指該信號準確轉(zhuǎn)換成或變換成所研究的這個現(xiàn)象的值或數(shù)據(jù)。)在本發(fā)明中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，曲線mu一般取如下形式σu=Seσumax+(1-Se)σumin…(1)其中Se=(1-φ/φmax)α…(2)σu=非側(cè)限抗壓強度σumax=最大非側(cè)限抗壓強度(在零孔隙處)σumin=最小非側(cè)限抗壓強度(在最大孔隙處)φ=孔隙度φmax=最大孔隙度α=一個礦物學(xué)值注意，Se被定義為“有效硬度”。方程(2)是一個方便的數(shù)學(xué)定義，因為從理論上看，如果巖石的孔隙度不管何時達到最大值，就不會有任何顆粒間的膠接作用，因此抗壓強度為零；換句話說，巖石可能會破碎；以上對于Se給出的公式在孔隙度最大時產(chǎn)生出必要的最小值0。還要注意，礦物學(xué)值α是經(jīng)驗的巖性比值。
由于方程(1)表示如圖3所示的曲線mu的一般形式，即對數(shù)下降的，所以α可以被認為是確定該曲線相對于連接曲線mu的兩個端點的一條直線(未示出)的凹度大小的值。因此，一種方法是使用計算機24按迭代方式處理可能對應(yīng)于φmax的電信號、以及對于σumin、σunax、和α的成對值，從而產(chǎn)生方程(1)規(guī)定的形式的幾個可能的第二系列；用圖形方式輸出(如標號17所示)或按其它方式表示在抗壓強度相對于孔隙度的笛卡兒圖形上的這些曲線，以及對應(yīng)于第一系列中的成對信號的那些點，如22；然后，選擇其輸出曲線能被可視地看見并達到最靠近擬合的程度、或者其輸出曲線位于數(shù)據(jù)群的上周邊附近的那些可能的第二系列，再次如圖3所示。
為了進一步弄清楚“擬合”一個數(shù)據(jù)群的上周邊的含義，現(xiàn)在參照圖4。可以看出，圖4中的曲線mu′是取已知關(guān)系的形式，并且盡可能接近數(shù)據(jù)群的上周邊擬合的曲線實際上只通過兩個數(shù)據(jù)點，具體說即22′和22″，并且接近第三個數(shù)據(jù)點22。這說明了兩個重要的問題。第一，大多數(shù)數(shù)據(jù)點完全集中在曲線mu′的下方，并且按照通常的想法，點22′、22″和22完全可能被認為是偏差，并從分析的數(shù)據(jù)中除掉；在任何情況下，該曲線都有可能穿過整個數(shù)據(jù)群的中心，這可能產(chǎn)生截然不同的結(jié)果。然而，實驗表明，mu′事實上代表了所述數(shù)據(jù)群的正確的信號系列。第二，正確形式的并且具有最佳擬合的曲線穿過所有重要的(上邊緣)數(shù)據(jù)點是不必要的，并且，有時的確是不可能的。在這種情況下，該曲線不會準確地穿過點22，事實上在22下方通過，并且如果給出對數(shù)下降的必要形式，該曲線仍舊代表對所研究的數(shù)據(jù)群的上周邊的最佳擬合。
上述方法利用了通過計算機24對所述信號進行迭代處理、和人的交互作用的組合，即相對數(shù)據(jù)群可視地檢查各種可能的第二系列曲線以獲得最佳擬合。在另一個實施例中，可對計算機24編程或配置，以完成整個擬合過程。
無論如何，通過把曲線mu或mu′擬合到數(shù)據(jù)群的上周邊，就可保證使用在收集和制備中損傷最小的那些樣品來產(chǎn)生方程(1)表示的關(guān)系，并且把損傷較大的那些樣品丟棄掉。因此，所考慮的正是樣品應(yīng)力隨時間的變化，從而對所研究的巖石巖性的非側(cè)限抗壓強度提供更加準確的測定，像它在自然界中可能發(fā)生的那樣(原始的巖石強度)。
再次參照圖3，可以看出，數(shù)據(jù)點22不包括孔隙度φ的值為零的數(shù)據(jù)點，因此不包括抗壓σ最大的任何一點。類似地，如以上所述，不存在φ為最大值并且σ為零值的點22。然而，對于上述的處理，非常期望的是產(chǎn)生曲線mu的系列，從而使曲線mu的確可延伸到這樣一些最大和最小孔隙度值以及成對的抗壓強度σumax和σumin，因為曲線mu(在下面要說明的模擬中要使用)將要覆蓋所有可能的情況。
進而，重要的是要確定第二系列信號的邊界，以及確定用前述的最大孔隙度通過曲線mu表示的對應(yīng)函數(shù)的邊界，如由線lb所示。這可以保證比在一直向下延伸的曲線mu而和圖3中的φ軸相交的條件下得到的模型更加準確。這是因為，在曲線和φ軸相交的點，人們可能會取100％的零抗壓強度和最大孔隙度的狀態(tài)。然而，在自然界，這種狀態(tài)不會發(fā)生。事實上，在自然界中存在的任何巖石在較高的σ值和較低的φ值都可能會破碎，即，達到取大孔隙度和最小抗壓強度。類似地，按以上所示的方式定義有效硬度Se而不使用更加方便的硬度定義1-φ的理由是，在真的最在孔隙度使Se變?yōu)?的方便性，這再次更加準確地反映了自然界的巖石行為的表現(xiàn)方式。
雖然，在優(yōu)選程度較差的實施例中，可以使用對應(yīng)于方程(1)和曲線mu的第二系列信號來模擬或至少“估計”在開發(fā)一個鉆井計劃中必須評估的各種條件，但非常期望的是，針對影響巖石抗壓強度的各種條件，調(diào)節(jié)方程(1)中指定的相互關(guān)系，并且因此調(diào)節(jié)了相應(yīng)的第二系列信號。換言之，方程(1)和曲線mu代表了巖石在標準條件下的行為。因此，要用第二系列信號去產(chǎn)生并處理對應(yīng)于和這些條件(一個或多個)相關(guān)的值的電調(diào)節(jié)信號，以產(chǎn)生對應(yīng)于調(diào)節(jié)的抗壓強度的累加系列電信號，抗壓強度不僅是孔隙度的函數(shù)，而且是這些其它條件的函數(shù)。
優(yōu)選進行這種調(diào)節(jié)的條件中的最重要的條件是側(cè)限應(yīng)力對巖石的作用結(jié)果，像它在自然界中發(fā)生的那樣。為了針對側(cè)限應(yīng)力調(diào)節(jié)方程(1)和相應(yīng)的系列信號，可使用以下的約定如以上結(jié)合步驟框16描述的，收集并制備次生的多個巖石樣品，它們的巖性和原生的多個巖石樣品基本相同。如步驟框26所示，沿軸向施加壓力，直到在抗壓強度σ1處樣品斷裂為止，如用類似的參考箭頭所示，從而在這些次生的樣品上完成類似的抗壓強度測試，次生樣品的一個示范樣品表示在28處。然而，在這些測試中，樣品在橫向受到側(cè)限應(yīng)力σ3的約束，如用類似的標號矢量表示的那樣。現(xiàn)在，將描述全都在一指定的側(cè)限壓力σ3下進行的一組這樣的測試；當然，如下面將要說明的，最好使用不同的側(cè)限壓力對另外一些組的次生的樣品重復(fù)這一步驟。當然，就原生巖石樣品的測試而論，先要確定每個樣品的孔隙度，而后再進行抗壓測試。
因此，對每個樣品，再次確定側(cè)限抗壓強度σ1和孔隙度φ。產(chǎn)生第三系列成對的、電的、側(cè)限的、抗壓強度和孔隙度信號，以便在計算機24中處理，如線30所示。對于次生的樣品中的一個對應(yīng)的樣品，每一個這樣的信號對都分別對應(yīng)于側(cè)限抗壓強度和孔隙度，并且通過圖3中的中空數(shù)據(jù)點32形象地表示出這些信號對。通過計算機24處理該第三系列成對的信號，以便能外插這樣一些附加的信號對，產(chǎn)生對應(yīng)于作為孔隙度函數(shù)的側(cè)限抗壓強度的第四系列電信號，并由曲線mc作圖形表示。再有，這一曲線有可能是計算機24輸出17之一。
由于礦物學(xué)值α對所研究的巖性的所有巖石樣品來說都是常數(shù)，不管經(jīng)測試側(cè)限的還是非側(cè)限的都是這樣，并且由于在導(dǎo)出對應(yīng)于曲線mu的系列信號的過程中α已被確定，所以可以把諸如mc之類的曲線擬合到數(shù)據(jù)點32的群的上周邊，而不需要迭代這么多的變量。具體來說，曲線mc，對應(yīng)的函數(shù)、以及第四系列信號可以作為曲線mu的調(diào)節(jié)形式，它的相應(yīng)的對應(yīng)函數(shù)和信號系列進行觀察，并且事實上可被用作先前提到過的累加系列，其條件是側(cè)限應(yīng)力是調(diào)節(jié)方程(1)的唯一條件。在本發(fā)明中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這個第四系列信號，即一個累加系列，當作為第二系列信號的調(diào)節(jié)值觀測時，具有如下形式σc=se[σumax+Δσmax(σ3/σ3max)β]+(1-Se)[σumin+Δσmin(σ3/σ3max)β] …(3)其中σc=側(cè)限抗壓強度σ3=側(cè)限應(yīng)力σ3max=測試期間施加的最大試驗室側(cè)限應(yīng)力β=主應(yīng)力關(guān)系值
Δσmax=在零孔隙度和最大側(cè)限應(yīng)力下(φ=0,σ3=σ3max)巖石強度的最大增加Δσmin=在最大孔隙度和最大側(cè)限壓力下(φ=φmax,σ3=σ3max)巖石強度的最小增加。
注意，方程(3)中代表變化的項，即Δσmax和Δσmin，指的是對于相同的對應(yīng)孔隙度值的相對于非抗側(cè)限抗壓強度的變化。還有，為了理論上正確可針對標準條件調(diào)節(jié)表達式(σ3/σ3max)，但為了簡單起見這里將其省略，因為這個差別是可以忽略的。
雖然為了和剛剛描述的典型實施例中結(jié)合曲線mu描述的目的相似的目的、通過最大的孔隙度(以及對應(yīng)的最小抗壓強度)確定曲線mc的邊界是很重要的，但已經(jīng)這樣做了，因為對于一種指定的巖性的最大孔隙度是一個常數(shù)，并且不隨側(cè)限壓力或應(yīng)力而改變。
在這一點上應(yīng)注意的是，雖然我們針對在一個側(cè)限壓力σ3下測試的一個指定組的次生的樣品正在討論諸如mc之類的曲線的曲線擬合過程，但在不同的側(cè)限壓力下還這樣分別測試了其它組的次生的樣品，因此在方程(3)中存在兩項σ3和σ3max。σ3max對應(yīng)于在這些測試中所用的最大的這種側(cè)限壓力。(這里假定選擇該測試過程σ3max，使其大于對于準備模擬其強度的在其原生位置的巖石所預(yù)期的任何側(cè)限應(yīng)力，但又不能過高；在優(yōu)選程度較差的實施例中，方程(3)中的項σ3max可以用測試中使用的任何一個指定的側(cè)限壓力代替。)現(xiàn)在回到曲線擬合一群數(shù)據(jù)點(如32)的上邊的過程，其中α是已知的，最簡單的作法是從數(shù)據(jù)點群和對應(yīng)的信號(從在σ3max的測試導(dǎo)出)開始，并且我們假定點32來自于那個組。我們暫時設(shè)β=1。如先前提到過的，從結(jié)合方程(1)描述的以前的方法步驟可知，α(α包含在Se中)是已知的，并且已知曲線mc的形式是由方程(3)給定的。因此，為了把曲線mc擬合到從最大側(cè)限壓力σ3max處的測試導(dǎo)出的數(shù)據(jù)點32的群的上周邊，可以簡單地迭代項Δσmax和Δσmin，直到按可視方式看見看見一個良好的曲線擬合時為止。因此，雖然曲線mc的形式可以作為輸出17產(chǎn)生、而輸入17來自于和點32對應(yīng)的信號的處理，并且這些信號對應(yīng)于方程(1)，但最好的作法還是借助于人的可視交互作用實現(xiàn)最終的曲線似合、和對于Δσmax、Δσmin、σcmax(見圖3)、和σcmin的最終值的確定。注意到以下情況也是有益的可以推想，在曲線mc擬合來自最大的測試側(cè)限壓力的數(shù)據(jù)群的情況下，可把Δσmax看作為圖3中點σumin和σcmax之間的距離，并且類似地，把項Δσmin看作為點σumin和σcmin之間的距離。
如先前所述，測試幾組次生的樣品28，每一組在一對應(yīng)的側(cè)限壓力σ3作用下。直至這時，我們一直在討論對于這些樣品組中的一個組(即，在最大側(cè)限壓力下測試的那個組)產(chǎn)生對應(yīng)于mc形式的曲線的第四系列信號的問題?，F(xiàn)在考慮到對于幾個這樣的測試樣品組，按以上所述的方式產(chǎn)生這樣的交替的第四系列信號，還令方程(3)中的β等于1，并且用在測試相應(yīng)組次生的樣品中使用的實際側(cè)限壓力代替σ3max。這一過程將產(chǎn)生對應(yīng)的交替的第四系列信號，所說交替的第四系列信號對應(yīng)于相應(yīng)的數(shù)據(jù)點群(未示出)的曲線(未示出)的精確形狀或形式。然而，除非對于所研究的巖性來說真正的β值恰好等于1，這些交替曲線的位置不會沿著它們的對應(yīng)的數(shù)據(jù)點群的上周邊。因此，對于β，我們要重復(fù)不同的值，直到這些另外的曲線的確準確地擬合它們的數(shù)據(jù)群的上周邊時為止。這對β產(chǎn)生一個最終的實際值，借此可使方程(3)對于所有可能的側(cè)限應(yīng)力都通用，并且方程(3)變成對應(yīng)于累加系列信號的方程，其條件是側(cè)限應(yīng)力是用于調(diào)節(jié)對應(yīng)于方程(1)的系列的唯一條件。
在剛剛定義的典型實施例中，處理在步驟框26收集的數(shù)據(jù)和相應(yīng)信號的所有步驟可被認為是由通用方程(3)產(chǎn)生的一部分步驟，并且因些是產(chǎn)生累加系列的一部分步驟(即使如以下所述加上附加的調(diào)節(jié)因素)；并且，為了本發(fā)明的需要，可把對應(yīng)于數(shù)據(jù)點(如，32)的電信號(第三系列)、諸如mc之類的曲線(第四系列)、和/或β值都看作是“應(yīng)力調(diào)節(jié)信號”。在另一些實施例中，可以使用另一些過程對在產(chǎn)生累加系列過程中的側(cè)限應(yīng)力進行調(diào)整。例如，不用方程(3)直接操作并且不使用相應(yīng)系列的電信號，而是使用下述方程，也可能完成類似的過程Δσc=[SeΔσmax+(1-Se)Δσmin](σ3/σ3max)β…(4)其中
Δσc=由于側(cè)限應(yīng)力產(chǎn)生的巖石強度變化然后，進一步處理最終的信號，即完成把方程(4)的Δσc加到方程(1)的σu上的電子學(xué)等效處理，從而得到累加系列。
在優(yōu)選程度較差的一些實施例中，有可能只在一個側(cè)限壓力σ3下測試單個樣品組28，通過按照和針對曲線mu的產(chǎn)生方式相同的方式用數(shù)據(jù)點32和它們的對應(yīng)的信號進行操作產(chǎn)生諸如mc之類的一條曲線，然后簡單地使用對應(yīng)于mc形式的單個曲線的信號系列作為累加系列。的確，在這些優(yōu)選程度較差的實施例中。有可能會在沒有進行任何非側(cè)限應(yīng)力測試16和有關(guān)處理步驟的條件下作到這些。然而，應(yīng)當理解，從這樣一個系列進行的模擬可能和從由方程(1)和曲線mu代表的系列進行的模擬有相似的缺點該模型可能只對一個側(cè)限條件是真正有效或完全準確的。
最好，進一步調(diào)節(jié)方程(3)和對應(yīng)的電信號系列，以便計及由于巖石層面傾角的不同引起的抗壓強度變化。對于諸如頁巖之類的明顯成層的巖石，取向?qū)r石強度的作用可能是很大的。例如，在約55°的臨界相對傾角，已經(jīng)觀測到約40％的巖頁強度的最大減小。當層面與最大剪切應(yīng)力的內(nèi)平面重合時(見框16)，這個臨界傾角發(fā)生。因而產(chǎn)生附加的電調(diào)節(jié)信號，即對應(yīng)于這些變化的取向調(diào)節(jié)信號。
使用多個第三紀的樣品36，該樣品的巖性類似于至今所涉及的巖性，但它的層面38相對于圓柱形樣品的中心軸有一傾斜角度。
對于幾組這樣的樣品，在如步驟框34所示的非側(cè)限條件下進行測試，每組樣品具有不變的孔隙度中，但具有不同的層面角θ。如線35所示，產(chǎn)生相應(yīng)的抗壓強度、孔隙度、和層面角信號，以便由計算機24處理。
圖5中的曲線表示對一個指定的孔隙度φ抗壓強度隨相對傾角θ的變化方式。(對于本申請，“相對傾角”意指相對于鉆孔軸的傾角，而不是相對于地面的傾角。如果相對傾角θ是0°，則層面垂直于鉆孔軸；如果相對傾角θ是90°則層面平行鉆孔軸。)在本發(fā)明中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，θ/σ關(guān)系可由mo形式的一條曲線代表，并且該曲線一般來說對應(yīng)于下述形式的方程
σco=Se[σumax+Δσmax(σ3/σ3max)β](1-comax) …(5)+(1-Se)[σumin+Δσmin(σ3/σ3max)β](1-comin)其中對于0＜θ≤θcγ=(θ/θc)π/2 …(6)f1=(σθ=0-σ0=θc)/σθ=0，在最小孔隙度下 …(7)f2=f1，在最大孔隙度下 …(8)Comax=f1sinn(γ)…(9)Comin=f2sinn(γ)…(10)并且，對于θc＜θ≤90°γ=π/2+(θ-θc)/(1-θc2/π)…(11)f3=(σθ=90°-σθ=0)/σθ=0，在最小孔隙度下 …(12)f4=f3，在最大孔隙度下 …(13)Comax=f1+f3sinn(γ)-f3…(14)Comin=f2+f4sinn(γ)-f4…(15)并且σco=針對側(cè)限應(yīng)力和取向調(diào)節(jié)的抗壓強度σomax=在零孔隙度的最大取向校正σomin=在最大孔隙度的最小取向校正f1=在零孔隙度并在臨界相對傾角(θ=θc和θ=0°比較)，抗壓強度的最大百分減小f2=在最大孔隙度并在臨界相對傾角(θ=θc和θ=0°比較)，抗壓強度的最大百分減小f3=在零孔隙度，平行于傾角(θ=90°和θ=0°比較)的抗壓強度的最大百分增加f4=在最大孔隙度，平行于傾角(θ=90°和θ=0°比較)的抗壓強度的最大百分增加θ=層面相對于井孔軸的相對傾角θc=抗壓強度達到最小值的臨界相對傾角
γ=從當θ=θc時達到最大值π/2的相對傾角導(dǎo)出的正弦函數(shù)參數(shù)σθ=在特定的相對傾角θ的抗壓強度n=一個取向指數(shù)對于一組第三紀的樣品，產(chǎn)生一系列的電信號對，對于一個指定的樣品，每一對信號都分別對應(yīng)于相對傾角θ和抗壓強度σ，并且可將這些信號對在17處作為諸如圖5中40所示的數(shù)據(jù)點輸出，并且不管怎樣全能觀察到。如果知道了方程(5)的一般形式，并且知道了它作為曲線mo的表示的一般形式(曲線mo是兩個不同的正弦波的部分結(jié)合)，就可以把曲線mo和相應(yīng)系列的信號(通過處理對應(yīng)于點40的信號所產(chǎn)生的信號)擬合到數(shù)據(jù)點40的群的上周邊；擬合的方法是迭代估算值θc、f1、f2、f3、f4、和n，進一步處理這些信號，和/或針對如圖5所示的圖形表示進行至少某些人為可視干預(yù)。如以上其它地方描述過的，如果擬合了群的上周邊，就等于把應(yīng)力隨時間變化考慮在內(nèi)。
如果只測試了兩組樣品，則這兩個組的孔隙度最好分別在零附近(這是圖5所示的情況)和最大孔隙度附近(這是圖6所示的情況)在圖6中，對應(yīng)于相對傾角θ和抗壓強度σ的數(shù)據(jù)點、以及對于第二級的對應(yīng)信號示于42，并且把擬合到圖6中該群數(shù)據(jù)點的上周邊的曲線記為mo′。
一旦擬合了至少兩條這樣的曲線，并且確定了為擬合這些曲線迭代的變量的最終值，就有可能確定comax和cimin的值并且產(chǎn)生對應(yīng)的信號，它們都是最終需要求解方程(5)的未知數(shù)。因此，對應(yīng)于comax和comin的信號是最終的取向調(diào)節(jié)信號，并且，如果要進行調(diào)節(jié)的因數(shù)只有側(cè)限應(yīng)力和取向，則方程(5)現(xiàn)在對應(yīng)于累加系列信號。從概念上看，comax和comin可以作為通過垂直移動曲線mc的端點來調(diào)節(jié)曲線mc(圖3)的因數(shù)被觀測到，其中Se使所有的中間點產(chǎn)生準確的平移，從而產(chǎn)生對應(yīng)于方程(5)的累加系列的一條曲線。如以上所述，在典型的實施例中，在非側(cè)限條件下進行只在步驟框34要作的測試。然而，在更加詳細描述的實施例中，有可能通過對在一個或多個側(cè)限壓力下測試的另一些第三紀樣品組重復(fù)上述過程獲得附加的數(shù)據(jù)(比較步驟框26)。
如先前所述，還有另一些等價的處理方式。例如，下述的方程對應(yīng)于用于抗壓強度和取向的一個組合校正信號，可把該方程簡單地附加到方程(1)上以產(chǎn)生累加方程，并且通過處理對應(yīng)于方程(7)和(1)的信號產(chǎn)生累加系列，計算機24當然可完成電子學(xué)等效作用(其條件是只有壓應(yīng)力和取向才是要進行校正和調(diào)節(jié)的因素)Δσco=Se[σumax+Δσmax(σ3/σ3max)β](-comax)+(1-Se)[σumin+Δσmin(σ3/σ3max)β](-comin) …(16)在最為優(yōu)選的實施例中，同樣優(yōu)選的作法還有，對溫度引起的抗壓強度變化作進一步調(diào)節(jié)，并且在本發(fā)明中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這樣一種溫度效應(yīng)和側(cè)限壓力有函數(shù)關(guān)系。溫度對抗壓強度的作用效果在所研究的溫度范圍內(nèi)大多數(shù)(但并非全部)的巖性來說一般是相當?shù)偷模缂s為2-7％。因此，只對某些巖性來說，這種作用可能比較重要。況且，在高邊限壓力下溫度效應(yīng)變得更加突出，因此就更加重要。
因為存在側(cè)限壓力和溫度的這種已發(fā)現(xiàn)的關(guān)系，所以在由步驟框44表示的操作中最好測試更多數(shù)目的第四紀樣品子組。
在本發(fā)明中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，完全調(diào)節(jié)的累加系列，即針對側(cè)限應(yīng)力效應(yīng)、取向效應(yīng)和溫度效應(yīng)，具有如下形式σcot=Se[σumax+Δσmax(σ3/σ3max)β](1-comax)(1-ctmax)+(1-Se)[σumin+Δσmin(σ3/σ3max)β](1-comin)(1-ctmin)…(17)其中ctmin=[(T-T2)/(Tmax-T3))]b[(σ3/σ3max)a(f5-f6)+f6]…(18)ctmax=[(T-T2)/(Tmax-T3)]b[(σ3/σ3max)a(f7-f8)+f8]…(19)f5=在最大孔隙度(φ=φmax)、最大測試溫度和最大測試側(cè)限應(yīng)力(T=Tmax,σ3=σ3max)下，抗壓強度的百分減小。
f6=在最大孔隙度(φ=φmax)、最大測試溫度和標準壓力(T=Tmax,σ3=0)下，抗壓強度的百分減小。
f7=在零孔隙度(φ=0)、最大測試溫度和最大測試側(cè)限應(yīng)力(T=Tmax,σ3=σ3max)下，抗壓強度的百分減小。
f8=在零孔隙度(φ=0)、最大測試溫度和標準壓力(T=Tmax,σ3=0)下，抗壓強度的百分減小。
σcot=針對側(cè)限應(yīng)力、取向、和溫度調(diào)節(jié)過的抗壓強度。
Tmax=最大測試溫度。
Ts=標準溫度。
T=溫度。
a=一個壓力-強度關(guān)系值。
b=一個溫度-強度關(guān)系值。
在步驟框44中表示的過程最好包括至少十八(18)組第四紀樣品的測試。這些組樣品中的第一族具有一個共用的樣品孔隙度，并且孔隙度最好盡可能地低，為φ1。這一族最好包括3組第四紀樣品，第一組在非側(cè)限應(yīng)力下測試，第二組在第一側(cè)限應(yīng)力下測試，第三組在另一側(cè)限應(yīng)力下測試，另一側(cè)限應(yīng)力大于第一側(cè)限應(yīng)力并且等于σ3max(步驟框26)。這些組中的每一個最好又包括至少3個子組，在不同的溫度下測試每個子組(當然，在優(yōu)選程度較差的一些實施例中，也可能用每個組僅有兩個這樣的子組進行操作)。第二族包括的第四紀樣品全都具有一個共同的、相當高的孔隙度φh，并且具有按不同方式對應(yīng)于第一族中的組和子組的組和子組。
圖7用圖形描述對于來自這個第一族的測試結(jié)果的上周邊曲線擬合狀況。因此，對于曲線mT1、mT2、mT3上的所有點的孔隙度φ1都是相同的，并且是相當?shù)偷?。曲線mT1反映了抗壓強度σ在沒有任何側(cè)限應(yīng)力的條件下隨T溫度變化的方式；曲線mT2表示隨第一(較低)側(cè)限應(yīng)力的這種變化；并且，曲線mT3表示在系列測試中使用的最大側(cè)限應(yīng)力下側(cè)限的樣品的這種變化。因此，圖7中的每一曲線描述了上述測試子組之一，因此當孔隙度和側(cè)限應(yīng)力對于每一子組為常數(shù)時只有溫度和抗壓強度在變化。
因此，推導(dǎo)出這三條曲線的測試對于每一個這樣的子組都會產(chǎn)生用于每一個樣品的T溫度和抗壓強度σ。根據(jù)這些，產(chǎn)生相應(yīng)一個組的成對的電信號，每一對信號對于相應(yīng)子組中的一個指定的樣品分別對應(yīng)于溫度T和抗壓強度σ；并且，可在圖7中用圖形描述對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(未示出)。通過計算機24來處理分別對于每個第四樣品子組的這些信號以外插這些附加的對，并產(chǎn)生對應(yīng)于相應(yīng)曲線的系列信號，并且如以上其地方所述，通過迭代f5,f6,f7,f8,a和b的估算值，就可把每條曲線擬合到相應(yīng)數(shù)據(jù)點群的上周邊。
就取向而論，把由圖7表示的所有測試的孔隙度最好取得相當?shù)偷睦碛墒?，在產(chǎn)生對應(yīng)于方程(17)、(18)、和/或(19)的系列信號過程中，對于零孔隙度而言，由計算機24進行的外推應(yīng)該盡可能準確(由于獲得零孔隙度樣品實際上是不可能的)。相對于獲得最大孔隙度的樣品的不可能性而言，對于第二族第四紀樣品的相當高的孔隙度也適用于這種情況。
如剛剛所指的，圖8的圖形描述和圖7相同的信息類型，只是具有相當高的孔隙度的第二族第四紀樣品除外。
一旦擬合圖7和8所示的兩族曲線(每個φ值至少兩條曲線)，并且確定了f5,f6,f7,f8,a和b的最終值，就有可能利用方程(18)和(19)確定ctmin和ctmax的值，并且產(chǎn)生對應(yīng)的信號，它們都是最終需要求解方程(17)的未知數(shù)。因此，在本實施例中，對應(yīng)于ctmin和ctmax的信號是最終的溫度調(diào)節(jié)信號，并且如前所述，方程(17)對應(yīng)于最終的累加系列信號。和comax及comin類似，通過在端點表示垂直調(diào)節(jié)，ctmax及ctmin也可作為調(diào)節(jié)曲線Cc(圖3)的因數(shù)被觀測到，項Sc導(dǎo)致所有的中間點的準確平移。
對于該實施例，對應(yīng)于圖7和8中所示的T和σ值的信號可以作為溫度變量信號被觀測到f5,f6,f7,f8,a和b可以作為中間溫度信號被觀測到；并且，ctmin和ctmax可以作為最終溫度調(diào)節(jié)信號被觀測到，所說最終溫度調(diào)節(jié)信號分別對應(yīng)于最小溫度調(diào)節(jié)值(在最大孔隙度下)和最大溫度調(diào)節(jié)值(在最小孔隙度下)。
注意，如果在等于σ3max的側(cè)限應(yīng)力下(方程3)以及至少一個較低的側(cè)限應(yīng)力下完成在44處的測試，則方程(17)、(18)和(19)是良好的。否則，必須修正方程(17)、(18)和(19)，使其可包括用于在步驟2b和44使用的對應(yīng)最大側(cè)限應(yīng)力的不同項。
在另一個實施例中，可以附加到對應(yīng)于方程(1)的系列上的、用于產(chǎn)生對壓應(yīng)力、取向和溫度進行調(diào)整的累加系列的一個信號系列，對應(yīng)于以下方程Δσcot=Se[σumax+Δσmax(σ3/σ3max)β](1-comax)(-ctmax)+(1-Se)[σumin+Δσmin(σ3/σ3max)β](1-comin)(-ctmin)…(20)在下一個實施例中，有可能針對每個要進行調(diào)整的條件產(chǎn)生單個的調(diào)節(jié)信號，這些條件彼此無關(guān)，并且把所有這些條件都加到方程(1)上。在這種情況下，在優(yōu)選實施例中，一個或多個單個調(diào)節(jié)信號可作為一個或多個其它條件的函數(shù)產(chǎn)生；例如，還沒有針對側(cè)限應(yīng)力調(diào)節(jié)的溫度調(diào)節(jié)信號可作為側(cè)限應(yīng)力的函數(shù)產(chǎn)生出來。進而，在優(yōu)選程度較差的一些實施例中，如果不期望針對所有的上述條件進行調(diào)節(jié)的話，則可以只把這些單個調(diào)節(jié)信號的某一些加到第一系列信號上。無論如何，如果按照期望調(diào)節(jié)的條件已經(jīng)得到了某個累加系列，并且對于一種相當純的巖性(例如沙巖)得到了(至少)隨孔隙度變化的抗壓強度的通用測定值，那么最好重復(fù)整個過程，以提供對于相當純的頁巖(一種明顯不同的巖性)的測定值，或者提供對于任何沿軌跡1預(yù)期的其它巖性(一種或多種)的測定值。然后，利用這些測定值中的一個或兩個去模擬沿井孔14的軌跡1的至少幾個位置的抗壓強度，并且最好對所有這樣的位置提供連續(xù)的模型。
具體來說，在沿軌跡長度的多個位置，并且當巖石由鉆頭尋址時，確定巖石對于軌跡1的位置特征。這些位置特征包括孔隙度和類似于用來產(chǎn)生包含在累加系列中的任何調(diào)節(jié)信號的物理性質(zhì)的其它物理性質(zhì)。此外，每個位置的位置特征應(yīng)該包括對應(yīng)于每個位置的巖性(在此情況下是沙巖和頁巖)的相對百分數(shù)的值。為此，可以這樣做，在鉆井孔12之前，使用來自附近的一個井孔52的用標號50示意的測井記錄和其它相關(guān)的數(shù)據(jù)，所說井孔52已穿過巖石鉆出，并且認為和沿軌跡1的井孔相同或相似。
產(chǎn)生對應(yīng)于對應(yīng)的位置特征的位置信號，并且通過計算機24用累加系列處理該位置信號，以便在每個位置產(chǎn)生對應(yīng)于巖石的原地抗壓強度的原地抗壓強度。具體來說，計算機完成用位置特征值代替用于累加系列的方程中的對應(yīng)變量的電子等效操作，然后再求解。
如果位置特征表示至少一部分軌跡1穿過了混合巖性的巖石，則可以使用該位置特征(除了沙頁和頁巖的百分數(shù)以外)為該位置產(chǎn)生兩個抗壓強度信號，一個信號來自基于沙巖的累加系列，另一個信號來自基于頁巖的累加系列。然后，計算機24根據(jù)上述百分數(shù)處理這些信號，以進行加權(quán)平均。本發(fā)明的優(yōu)選實施例的其它一些方面涉及產(chǎn)生各種位置信號的方式。除了對應(yīng)于累加系列中的變量的那些條件以外，某些位置特征和對應(yīng)的信號可能還和一些局部條件(例如，過載、失衡、地質(zhì)應(yīng)力)有關(guān)，因此可利用該位置特征和對應(yīng)的信號來進一步改進模型。
從MWD或測井記錄可直接得到相對傾角數(shù)據(jù)。如果有了方向測量數(shù)據(jù)和地層傾斜及方位角數(shù)據(jù)，還可以計算出相對傾角?，F(xiàn)在描述用電子學(xué)方法計算它的一種優(yōu)選方法，即在沿軌跡1的一個指定位置產(chǎn)生相對于相對傾角的信號的優(yōu)選方法。對于每個位置產(chǎn)生對應(yīng)于井孔傾斜角的一個電的井孔角度信號、對應(yīng)于井孔方位角的電的井孔方位角信號、對應(yīng)于針對地面的層面的傾角的電的層面角度信號、以及對應(yīng)于“傾斜方位角”(即，層面傾斜的羅盤方向或方位角方向)的電的層面傾斜方位角信號。對這些信號進行處理，以便通過使用如以下所述的矢量點積的電子學(xué)等效操作產(chǎn)生相對于相應(yīng)位置處井孔的、對應(yīng)于層面的相對傾角θ的、電的相對傾角信號cosθ=idiw+jdjw+kdkw…(21)其中(id,jd,kd)和(iw,jw,kw)分別是描述垂直于地層的傾斜平面和平行于井孔軸的線的方向的單位矢量ud和uw。應(yīng)把相對傾角約束到小于90°，或者使用計算機邏輯如果θ＞π/2，則θ=π-θ…(22)描述垂直于傾斜的地層平面的線的單位矢量ud的i、j、k分量可以表示為id=sinλdsin(Ad-π) …(23)jd=sinλdcos(Ad-π) …(24)kd=cosλd…(25)描述平行于井孔軸的線的單位矢量uw的i、j、k分量可以表示為iw=sinλwsinAw…(26)jw=sinλwcosAw…(27)kw=cosλw…(28)其中λd=地層傾角Ad=地層傾斜方位角λw=井孔傾斜角Aw=井孔方位角在產(chǎn)生相應(yīng)的位置信號的過程中，對于任何一個對應(yīng)于側(cè)限應(yīng)力的位置信號，如果對幾個局部的物理條件中的一個或多個進行了考慮，就可實現(xiàn)較高的精度。這些條件是井孔中流體和周圍地層中的流體之間的壓力差(“失衡”)，由于過載所致的有效應(yīng)力、以及由于局部地質(zhì)應(yīng)力場產(chǎn)生的有效應(yīng)力。
總括起來，可把側(cè)限應(yīng)力σ3表示為由失衡所致的有效應(yīng)力、由于過載所致的有效應(yīng)力、以及由局部地質(zhì)應(yīng)力場產(chǎn)生的有效應(yīng)力(被表示為一個最終的矢量)的函數(shù)。
可把在一指定深度由失衡引起的有效側(cè)限應(yīng)力表示為σb=σmd+σif+σpof-σpore…(29)其中σb=由失衡所致的有效應(yīng)力σmd=由于動態(tài)泥漿重量所致在底部施加的壓力(即，包括由于環(huán)形摩擦損失所致引起的靜止泥漿重量的增量增加)σif=由于噴射沖擊力所致在底部上施加的壓力σpof=由于在鉆頭和井孔之間的約束的環(huán)形區(qū)引起的抽吸應(yīng)力σpore=地層井孔壓力。注意，如果地層的透水性基本上為零(或可忽略)，則有效井孔壓力為零。
由于過載引起的有效應(yīng)力σx有不同的水平和垂直分量。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，我們考慮作用在所研究的一個指定位置垂直于井孔的一個環(huán)形巖石上的一點的力。
由于過載產(chǎn)生的水平側(cè)限應(yīng)力在任何垂直深度徑向地作用在這一點上，并且在所有水平方向都是均勻的。可把水平側(cè)限應(yīng)力表示為矢量σhuh，其中σh是由于過載產(chǎn)生的水平應(yīng)力的大小，并且uh是描述在所說所研究的點σh的方向的單位矢量。注意，uh的方向由任何方位角確定?？砂薛襤的大小估算為σh=σfp-σpore…(30)其中σfp=斷裂傳播壓力σpore=地層孔壓力在現(xiàn)有技術(shù)中，例如美國專利No.4,981,037中，公開了另一種確定σh大小的方法。uh具有以下矢量分量ih=sinA=所研究的i …(31)jh=cosA=所研究的j …(32)kh=0…(33)其中A=所研究的方位角由于過載產(chǎn)生的垂直側(cè)限應(yīng)力在任何垂直深度向下垂直作用，并且可以表示為σvuv，其中uv是描述σv方向的單位矢量。在諸如美國專利No.4,981,037之類的現(xiàn)有技術(shù)中公開了估算σv大小的方法。uv具有下述矢量分量iv=0 …(34)jv=0 …(35)kv=1 …(36)可把由于局部地質(zhì)應(yīng)力場引起的側(cè)限應(yīng)力表示為σgug，其中ug是描述σg方向的單位矢量?？梢詼y量σg的大小，或者從結(jié)構(gòu)特征部分地推論出σg的大小。ug具有如下矢量分量ig=sinλgsinAg…(37)jg=sinλgcosAg…(38)kg=cosλg…(39)其中
Ag=局部地質(zhì)應(yīng)力場的方位角λg=局部地質(zhì)應(yīng)力場的傾斜角為了應(yīng)用向量σhuh、σgug、和σvuv，我們必須確定在所研究的位置、在上述的巖石環(huán)上的所研究的上述點。這又要求我們應(yīng)確定在所研究的點、相對于井孔(和鉆頭)的軸、沿由鉆頭施加的圓周、軸向、和橫向力的方向的單位矢量。
為此目的，我們要確定一個角度η。η是作為從井孔的高邊(highside)定位的任何一個任選角度確定的(順時針為正)，并且在上述的巖石環(huán)平面內(nèi)。ηd被定義為從高邊沿井孔圓周到鉆頭扭力平行于傾角的那個點的銳角。為了精確確定所研究的點的相對傾角，必須確定ηd。
分別回顧一下在方程21、23-25和26-28中的θ、ud、和uw的定義。
下面，我們定義v1、v1是ud在uw方向的投影v1=uwcosθ…(40)i1=iwcosθ…(41)j1=jwcosθ…(42)k1=kwcosθ…(43)下面我們定義vz,vz是從ud端點到v1端點的矢量。矢量v2垂直于uw，并且指向傾斜的地層。這個矢量和下邊要介紹的高邊矢量對著角度ηd。
v2=v1-ud…(44)i2=i1-id…(45)j2=j1-jd…(46)k2=k1-kd…(47)若在和v2相同的方向把v2變換到單位矢量u2，則我們有u2=v2/｜v2｜ …(48)下面我們定義一個高邊矢量uhs，它是一個在巖石環(huán)平面內(nèi)指向井孔高邊的單位矢量，如以下所示iha=sin(λw+π/2)sinAw…(49)jhs=sin(λw+π/2)cosAw…(50)
kha=cos(λw+π/2) …(51)最后，從以下的矢量點積可以確定角度ηdcosηd=u2·uhs=i2ihs+j2jhs+k2khs…(52)由于ηd有一個有效范圍-π/2≤ηd≤π/2，所以ηd應(yīng)被約束在此范圍內(nèi)，或者可以使用計算機邏輯如果ηd＞π/2，則ηd=ηd-π…(53)現(xiàn)在，因為已在數(shù)學(xué)上定義了在巖石環(huán)上所研究的前述點(并且因此也按照對應(yīng)的電信號定義了所說點)，所以我們可以著手計算(處理信號)，以確定在該點的抗壓強度信號。在優(yōu)選實施例中，實現(xiàn)這一點的方式是把總抗壓強度分解成分別和鉆頭的圓周的(扭曲的)、軸向的、和橫向的力相對抗的一些分量。按數(shù)學(xué)術(shù)語可把抵抗總的鉆頭力的總的原地巖石強度表示成σi=ftσ1t+f2σ12+f1σ11…(54)和1=ft+fa+fl…(55)其中σi=抵抗總鉆頭力的原始巖石強度ft=總鉆頭力的扭曲分量(外加的力)σ1t=抵抗鉆頭圓周力的原地巖石強度fa=總鉆頭力的軸向分量(外加的力)σ1a=抵抗鉆頭軸向力的原地巖石強度f1=總鉆頭力的橫向分量(反作用力，平均值為0，通過BHA穩(wěn)定可忽略)σ11=抵抗鉆頭橫向力的原地巖石強度為了定義在巖石上任一點抵抗鉆頭扭曲(圓周)力的抗壓強度，我們首先要在該所研究點獲得描述σ1t、σ2t，和σ3t的方向的單位矢量。(σ2t是垂直于σ1t和σ3t的側(cè)限應(yīng)力)?？赏ㄟ^角度η的對應(yīng)任意值確定任何一個所研究的點。
對于角度η的一個指定的值，我們可確定垂直于井孔軸的并指向由角度η確定的方向的一個單位矢量。為了精確確定該單位矢量，我們獲得如下的傾斜角和方位角tanA3=tanη/cosλw…(56)其中A3=在u3和uw之間的方位角差注意，如果λw=π/2，則A3=π/2At=Aw+A3…(57)并且cosλt=cosηsinλw…(58)其中At=單位矢量u3的方位角λt=單位矢量u3的傾斜角下面，我們按如下定義垂直于井孔軸和σ1t這兩者的單位矢量u3:
i3=sinλtsinAt…(59)j3=sinλtcosAt…(60)k3=cosλt…(61)最后，可從下述的矢量叉積確定在該所研究點的描述鉆頭周向力σ1t的方向的一個單位矢量uσ1t(由于垂直軸向下為正，所以叉積遵守“左手”定則)uσ1t=u3×uw…(62)iσ1t=j3kw-k3jw…(63)jσ1t=k3iw-i3kw…(64)kσ1t=i3jw-j3iw…(65)按以上方式已確定在該所研究的點描述伴隨鉆頭周向力的垂直側(cè)限應(yīng)力σ2t和σ3t的方向的單位矢量uσ2t和uσ3t，這些單位矢量定義如下uσ2t=u3…(66)uσd3t=-uw…(67)把所有的側(cè)限應(yīng)力投影到由uσ2t和uσ3t確定的方向，并且在每一方向?qū)λ械臉肆糠至壳蠛?，可獲得在所研究的點的側(cè)限應(yīng)力。由于側(cè)限應(yīng)力總是由最小的主應(yīng)力確定的，所以這兩個垂直應(yīng)力和當中的較小者就是側(cè)限應(yīng)力?？砂聪率酱_定這些側(cè)限應(yīng)力uσ2t之一σ2t=｜(σhuh+σvuv+σgug)·uσ2t｜ …(68)在方程(68)中要注意的是，uh作用在uσ2t的方向(即，uh具有和uσ2t相同的i和j分量)。因為求和是雙向的，所以要對每個分量的絕對值求和。
另一個垂直的側(cè)限應(yīng)力σ3t是σ3t=σb-(σhuh+σvuv+σgug)·uσ3t…(69)在方程(69)中，要注意的是uh作用在uσ3t的方向(即，uh具有和uσ3t相同的i和j分量)。從失衡中扣除矩陣應(yīng)力。應(yīng)該注意，只對矢量投影的正的分量在uσ3t方向求和，因為負的分量已由流體壓力項σb替換(即，舍去所有的負分量)。如果σ2t小于σ3t，則很可能發(fā)生損失循環(huán)。
然后，使用以上剛剛確定的最小側(cè)限應(yīng)力以及用角度η確定的相對傾角來計算原生巖石抗壓強度。在角度η，鉆頭扭曲力θγ的相對傾角被定義為θt=π/2-θ｜η-ηd丨2/π …(70)由于ηd的有效范圍是-π/2≤ηd≤π/2，所以η應(yīng)被約束在下述范圍內(nèi)(ηd-π/2)≤η≤(ηd+π/2)，或者使用計算機邏輯如果η＞(ηd+π/2)，則η=η-π …(71)按以上所述計算出來的中間巖石抗壓強度σ1ti必然要減小一個量，這個量由作用在uσ1t方向的側(cè)限應(yīng)力確定。其結(jié)果是，σ1t是抵抗在該所研究點的鉆頭周向力的原地巖石強度，并且可以表示為σ1t=σlti｜(σhuh+σvuv+σgug)·uσ1t︳ …(72)σ1ti是來自上述測定的一個累加系列方程的一種特殊情況，因此σ1t是這個累加系列的一種改進形式，其中已經(jīng)針對影響基本抗壓強度的局部作用力作過調(diào)節(jié)。σ1t可以作為沿圓周方向的增加的抗壓強度被觀測到。
在方程(72)中，應(yīng)注意的是，uh作用在uσ1t方向(即，uh具有和uσ1t相同的i和j分量)。因為求和是雙向的，所以要對每個分量的絕對值求和。
按類似的方式獲得抵抗鉆頭軸向力的巖石強度。在該所研究的點獲得描述σ1a、σ2a和σ3a的方向的單位矢量。
可按以下方程確定在該所研究的點，描述鉆頭軸向力σ1a的方向的單位矢量uσ1auσ1a=uσ3t…(73)按以下方程確定在該所研究的點，描述伴隨鉆頭軸向力的垂直側(cè)限應(yīng)力σ2a和σ3a的方向的單位矢量uσ2a和uσ3auσ2a=uσ2t…(74)uσ3a=uσ1t…(75)在由uσ2a和uσ3a確定的方向上投影所有適宜的側(cè)限應(yīng)力，然后在每個方向上對所有的標量分量求和，從而可獲得在該所研究的點的側(cè)限應(yīng)力。由于側(cè)限應(yīng)力總是由最小主應(yīng)力確定的，所以，這兩個垂直應(yīng)力和中的較小者就是該側(cè)限應(yīng)力?？砂匆韵路匠檀_定這些側(cè)限應(yīng)力之一σ2aσ2a=｜(σhuh+σvuv+σgug)·uσ2a｜ …(76)在方程(76)中，值得注意的是，uh作用在uσ2a的方向(即，uh具有和uσ2a相同的i和j分量)。因為求和是雙向的，所以對每個分量的絕對值求和。
另一個垂直側(cè)限應(yīng)力σ3a是σ3a=｜(σhuh+σvuv+σgug)·uσ3a｜ …(77)在方程(77)中，要注意，uh作用在uσ3a的方向(即，uh具有和uσ3a相同的i和j分量)。因為求和是雙向的，所以對于每個分量的絕對值求和。然后，使用以上剛剛確定的最小側(cè)限應(yīng)力和由角度η確定的相對傾角計算原地巖石抗壓強度。鉆頭軸向力θa在角度η的相對傾角被確定為θa=θ…(78)以上這樣計算的中間巖石抗壓強度σ1ai必然要減小一個量，這個量由作用在uσ1a方向的側(cè)限應(yīng)力確定。其結(jié)果是，σ1a是在該所研究的點抵抗鉆頭軸向力的原地巖石強度，并且可以表示為σ1a=σ1aj-σb-(σhuh+σvuv+σgug)·uσ1a…(79)σ1ai是來自于上述測定的用于一個累加系列的方程的特殊情況，因此σ1a是這個累加系列的一種改進形式，其中已經(jīng)針對影響基本抗壓強度的局部作用力進行了調(diào)整。σ1a還可以作為沿軸向方向的一個增加的抗壓強度被觀測到。
在方程(79)中要注意的是，uh作用在uσ1a的方向(即，uh具有和uσ1a相同的i和j分量)。從σ1ai中扣除了矩陣應(yīng)力和失衡。要注意，在uσ1a方向只對矢量投影的正的分量求和，這是因為負的分量已由液體壓力項σb代替的緣故(即，舍去了所有的負分量)。
以類似的方式獲得抵抗鉆頭橫向力的巖石強度。在該所研究的點獲得描述σ1L、σ2L，和σ3L的方向的單位矢量。通過角度η確定這個所研究的點。
用下述方程表示在該所研究的點描述鉆頭橫向力σ1L的方向的單位矢量uσ1Luσ1L=-uo2t…(80)按以下方程確定在所研究的點描述伴隨鉆頭橫向力的垂直側(cè)限應(yīng)力σ2L和σ3L的方向的單位矢量uσ2L和uσ3Luσ2t=uo3t…(81)uσ3L=uo1t…(82)在由uσ2L和uσ3L確定的方向投影所有適宜的側(cè)限應(yīng)力，然后在每一方向?qū)λ械臉肆壳蠛停@得在該所研究的點的側(cè)限應(yīng)力。由于側(cè)限應(yīng)力總是由最小主應(yīng)力確定的，所以這兩個矢量應(yīng)力和中的較小者就是側(cè)限應(yīng)力?？捎萌缦路匠檀_定這些側(cè)限應(yīng)力之一σ2Lσ2L=｜(σhuh+σvuv+σgug)·uσ2L｜ …(83)在方程(83)中應(yīng)注意，uh作用在uσ2L的方向(即，uh具有和uσ2L相同的i和j分量)。因為求和是雙向的，所以對每個分量的絕對值求和。
另一個垂直側(cè)限應(yīng)力σ3L是σ3L=｜(σhuh+σvuv+σgug)·uσ3L｜ …(84)在方程(84)中應(yīng)注意，uh作用在uσ3L的方向(即，uh具有和uσ3L相同的i和j分量)。因為求和是雙向的，所以對每個分量的絕對值求和。然后，使用上述剛剛確定的最小側(cè)限應(yīng)力和通過角度η確定的相對傾角來計算原地巖石抗壓強度。
在角度η鉆頭橫向力θL的相對傾角被確定為
θL=π/2-θ(1-｜η-ηd｜2/π) …(85)η應(yīng)如上述的方程(71)被約束。
按以上所述這樣計算出來的中間巖石抗壓強度必然要減小一個量，這個量由作用在uσ1L方向的側(cè)限應(yīng)力確定。其結(jié)果是，σ1L就是在該所研究的點抵抗鉆頭橫向力的原地巖石強度，并用可表示為σ1L=σ1Li-σb-(σhuh+σvuv+σgug)·uo1L…(86)σ1Li是來自上述測定的用于一個累加系列的方程的一個特殊情況，因此σ1L是這種累加系列的一個改進的形式，其中已經(jīng)針對影響基本抗壓強度的局部作用力作過了調(diào)節(jié)。σ1L還可以作為在橫向方向的一個增加的側(cè)限應(yīng)力被觀測到。
在方程(86)中要注意的是，uh是作用在uσ1L的方向的(即，uh具有和uσ1L相同的i和j分量)。從σ1Li中扣除了矩陣應(yīng)力和失衡。應(yīng)注意，在uσ1L方向，只對矢量投影的正的分量求和，因為負的分量已由液體壓力項σb替換(即，舍去所有的負的分量)。
在方程(54)中代入σ11、σ1a、和σ1t，我們就可以得到在該所研究點的抗壓強度。
對于巖石環(huán)上使用對應(yīng)η的多個點重復(fù)以上過程，然后對其結(jié)果求平均，就可獲得σ1t和σ1L的平均值。實現(xiàn)這項任務(wù)的途徑有很多。通過仔細選擇可把點數(shù)減至最小。此外還期望確定可產(chǎn)生用于井孔穩(wěn)定性分析的最大值和最小值的那些點。如果最小值接近零，則井孔不穩(wěn)定(即，坍陷)是可能的。對于σ1a，我們再次針對其它點重復(fù)，但使用的是這些點的最小σ，而不是平均值。
最后，我們使用這些平均值和最小值以及方程(54)，得到該位置的原地抗壓強度。
在其它的典型實施例中，可以使用側(cè)限應(yīng)力(圓周的、軸向的、和橫向的)的平均值以及平均相對傾角來產(chǎn)生整個環(huán)形場地的抗壓強度，該抗壓強度信號的本身就是一個平均值，以此代替基于考慮場地圓周周圍各點的分析。
如以上所述，使用來自相鄰井孔52的數(shù)據(jù)通過預(yù)先鉆孔可實現(xiàn)這種模擬。此外，因為完成這種模擬所需要的物理數(shù)據(jù)一般來說很容易在鉆井過程中獲得，所以還可以實時地進行模擬，或者以實時模擬代替預(yù)先模擬，或者把實時模擬作為預(yù)先模擬的補充。一個高度優(yōu)選的方法可能是使用預(yù)先模擬作為開始階段的指導(dǎo)，但要如以上所述修改從此時開始開發(fā)的鉆井計劃，這是在實時模擬表示出明顯的差異的條件下必須作的，當軌跡1穿過的巖石特性不同于相鄰井孔52的巖石特性時可能會發(fā)生這種情況。
權(quán)利要求
1．一種測定巖石的抗壓強度的方法，包括如下步驟測試具有類似巖性的多個原生巖石樣品，其中至少某些樣品具有不同的孔隙度，從而對每個樣品分別確定一個抗壓強度和一個孔隙度；產(chǎn)生第一系列成對的、電的抗壓強度和孔隙度信號，每對信號分別對應(yīng)于所述樣品相應(yīng)之一的抗壓強度和孔隙度；以及處理該抗壓強度和孔隙度信號，以外插這些成對的信號并且產(chǎn)生對應(yīng)于隨孔隙度而變的抗壓強度的第二系列電信號。
2．如權(quán)利要求1的方法，其中所說處理包括通過對應(yīng)于最大孔隙度值的一個電的最大孔隙度信號來約束所說第二系列。
3．如權(quán)利要求2的方法，包括按迭代方式處理電信號，這些電信號可能對應(yīng)于所說最大孔隙度值和最小非側(cè)限抗壓強度的成對值、最大非側(cè)限抗壓強度值、以及巖性的礦物學(xué)值，從而產(chǎn)生多個可能的第二系列；并且，使用對應(yīng)于一個函數(shù)的可能的第二系列作為所說的第二系列，該函數(shù)的圖形表示是一對數(shù)下降曲線，該對數(shù)下降曲線在由抗壓強度對孔隙度構(gòu)成的笛卡兒圖形上最接近擬合對應(yīng)于所說第一系列信號的數(shù)據(jù)點群的上周邊。
4．權(quán)利要求3的方法，其中對每一個所說樣品這樣確定的抗壓強度是一非側(cè)限抗壓強度。
5．權(quán)利要求4的方法，包括如此進行處理以產(chǎn)生所說第二系列，使所說第二系列對應(yīng)于如下形式的函數(shù)σu=Seσumax+(1-Se)σumin其中Se=(1-φ/φmax)α=有效硬度σu=所說非側(cè)限抗壓強度σumax=所說最大非側(cè)限抗壓強度σumin=所說最小非側(cè)限抗壓強度φ=孔隙度φmax=所說最大孔隙度α=所說礦物學(xué)值。
6．如權(quán)利要求3的方法，包括產(chǎn)生多個電調(diào)節(jié)信號，所說調(diào)節(jié)信號對應(yīng)于影響巖性類似的巖石的抗壓強度的至少一個其它條件的值；以及處理所說調(diào)節(jié)信號以產(chǎn)生一個累加系列電信號，所說累加系列電信號對應(yīng)于隨孔隙度和所說其它條件而變的調(diào)節(jié)過的抗壓強度。
7．權(quán)利要求6的方法，包括產(chǎn)生至少某些所說調(diào)節(jié)信號，以此作為對應(yīng)于由側(cè)限應(yīng)力引起的巖石強度變化的函數(shù)的應(yīng)力調(diào)節(jié)信號。
8．權(quán)利要求7的方法，其中所說應(yīng)力調(diào)節(jié)信號的產(chǎn)生包括在橫向側(cè)限條件下，測試巖性類似于原生樣品的多個次生巖石樣品，至少其中某些樣品具有不同的孔隙度，從而針對每個所說其它樣品分別確定一個側(cè)限抗壓強度和一個孔隙度；產(chǎn)生第三系列成對的、電的、側(cè)限抗壓強度和孔隙度信號，每一個這樣成對的信中與分別對應(yīng)于所說次生樣呂中對應(yīng)的一個樣品的側(cè)限抗壓強度和孔隙度；處理所說第三系列側(cè)限抗壓強度和孔隙度信號以便能外插這些附加的成對信號，并且產(chǎn)生對應(yīng)于隨孔隙度變化的側(cè)限抗壓強度的第四系列電信號。
9．權(quán)利要求8的方法，其中所說對所說第三系列的處理包括通過對應(yīng)于孔隙度最大值的一個電的最大孔隙度信號來約束所說第四系列。
10．如權(quán)利要求9的方法，進一步包括如此產(chǎn)生多個交替的這種第四系列，以對應(yīng)的橫向側(cè)限力如此測試來自對應(yīng)的樣品的每個所說交替的第四系列；使用所說多個交替的第四系列的信號確定一個主應(yīng)力關(guān)系值；產(chǎn)生對應(yīng)于所說主應(yīng)力關(guān)系值的一個電信號；以及，處理對應(yīng)于主應(yīng)力關(guān)系值的所說信號以產(chǎn)生所說累加系列信號。
11．權(quán)利要求7的方法，包括產(chǎn)生另外的所說調(diào)節(jié)信號，以此作為對應(yīng)于由巖石層面傾角引起的抗壓強度變化的取向調(diào)節(jié)信號。
12．權(quán)利要求11的方法，包括測試具有類似巖性的多個第三紀巖石樣品中的至少兩個子組，每個子組的樣品具有相對于水平的不同的傾角但有相同的孔隙度，從而可為每一個所說第三紀樣品確定一組取向變量；所說取向調(diào)節(jié)信號的產(chǎn)生首先包括產(chǎn)生分別對應(yīng)于所說取向變量的多個電的取向變量信號，這些取向變量成對地發(fā)生，每個樣品有一對，并且每一對取向變量分別對應(yīng)于相對傾角和抗壓強度。
13．權(quán)利要求12的方法，其中第三紀巖石樣品的所說兩個子組的孔隙度互不相同。
14．權(quán)利要求13的方法，包括處理所說取向變量信號，以產(chǎn)生對應(yīng)于所說巖性的最大孔隙度和最小孔隙度的取向變量的信號。
15．權(quán)利要求14的方法，包括處理所說取向變量信號以產(chǎn)生中間取向信號，所說中間取向信號分別對應(yīng)于θ=相對于一個勘探井孔軸的傾角f1=由傾角引起的、在θc和零孔隙度的、抗壓強度的最大百分減小f2=由傾角引起的、在θc和最大孔隙度的、抗壓強度的最大百分減小f3=由傾角引起的、在θ=90°和零孔隙度的、抗壓強度的最大百分增加f4=由傾角引起的、在0=90°和最大孔隙度的、抗壓強度的最大百分增加n=礦物學(xué)的一個取向值其中θc=抗壓強度最小的一個臨界傾角
16．權(quán)利要求15的方法，其中對所說中間取向信號進行處理以產(chǎn)生所說取向調(diào)節(jié)信號；所說取向調(diào)節(jié)信號對應(yīng)于最大取向調(diào)節(jié)值(在最小孔隙度下)，和最小取向調(diào)節(jié)值(在最大孔隙度下)。
17．權(quán)利要求16的方法，包括產(chǎn)生附加信號，所說附加信號分別對應(yīng)于γ=θ的一個正弦函數(shù)，在θ=θc它具有90°的最大值，σθ=在θ的抗壓強度；其中對于0＜θ≤θcγ=(θ/θc)π/2f1=(σθ=0-σθ=θc)/σθ=0，在最小孔隙度下f2=f1，在最大孔隙度下Comax=f1sinn(γ)Comin=f2sinn(γ)并且，對于θc＜θ≤90°γ=π/2+(θ-θc)/(1-θc2/π)f3=(σθ=90°-σθ=0)/σθ=0，在最小孔隙度下f4=f3，在最大孔隙度下Comax=f1+f3sinn(γ)-f3Comin=f2+f4sinn(γ)-f4并且，其中Comax=所說最大取向調(diào)節(jié)值(在最小孔隙度下)Comin=所說最小取向調(diào)節(jié)值(在最大孔隙度下)，并用所述附加信號處理所述中間變量信號。
18．權(quán)利要求11的方法，包括產(chǎn)生所說調(diào)節(jié)信號，該調(diào)節(jié)信號還要作為對應(yīng)于由于溫度引起的抗壓強度變化的函數(shù)的溫度調(diào)節(jié)信號。
19．權(quán)利要求18的方法，包括測試具有類似巖性的多個第四紀巖石樣品的多個子組，每個子組的樣品具有相同的孔隙度和側(cè)限應(yīng)力但在不同溫度下進行測試，從而為每個所說第四紀樣品確定一組溫度變量；所說溫度調(diào)節(jié)信號的產(chǎn)生包括首先產(chǎn)生成對發(fā)生的多個電的溫度變量信號，每一對信號分別相應(yīng)于對應(yīng)的第四紀樣品的抗壓強度和溫度。
20．權(quán)利要求19的方法，其中某些子組第四紀樣品具有相當?shù)偷牡谝豢紫抖?，但一個子組同其它子組的側(cè)限應(yīng)力不同；并且，另一些所說子組第四紀巖石樣品具有相當高的第二孔隙度，但一個子組同其它子組的側(cè)限應(yīng)力不同。
21．權(quán)利要求20的方法，包括處理所說溫度變量信號，以產(chǎn)生對應(yīng)于所說巖性的在最大孔隙度和最小孔隙度的溫度變量的信號。
22．權(quán)利要求21的方法，包括處理所說溫度變量信號以產(chǎn)生中間溫度信號，所說中間溫度信號分別對應(yīng)于f=在最大孔隙度(φ=φmax)、最大測試溫度和最大測試側(cè)限應(yīng)力(T=Tmax,σ3=σ3max)下抗壓強度的百分減小。f6=在最大孔隙度(φ=φmax)、最大測試溫度和標準壓力(T=Tmax,σ3=0)下抗壓強度的百分減小f7=在零孔隙度(φ=0)、最大測試溫度和最大測試側(cè)限應(yīng)力(T=Tmax,σ3=σ3max)下抗壓強度的百分減小f8=在零孔隙度(φ=0)、最大測試溫度和標準壓力(T=Tmax,σ3=0)下抗壓強度的百分減小a=一個壓力-強度關(guān)系值b=一個溫度-強度關(guān)系值。
23．權(quán)利要求22的方法，其中對所說中間溫度信號進行處理，以產(chǎn)生所說溫度調(diào)節(jié)信號；所說溫度調(diào)節(jié)信號對應(yīng)于最大溫度調(diào)節(jié)值(在最小孔隙度下)和最小溫度調(diào)節(jié)值(在最大孔隙度下)。
24．權(quán)利要求6的方法，包括通過處理至少某些所說孔隙度信號產(chǎn)生所說調(diào)節(jié)信號。
25．權(quán)利要求24的方法，包括產(chǎn)生至少某些所說調(diào)節(jié)信號，以此作為對應(yīng)于由側(cè)限應(yīng)力引起的巖石強度變化的應(yīng)力調(diào)節(jié)信號。
26．權(quán)利要求25的方法，包括產(chǎn)生另外一些所說調(diào)節(jié)信號，以此作為對應(yīng)于由巖石層面傾角引起的抗壓強度變化的取向調(diào)節(jié)信號。
27．權(quán)利要求26的方法，進一步還包括還要產(chǎn)生另一些所說調(diào)節(jié)信號，以此作為對應(yīng)于由溫度引起的抗壓強度變化的溫度調(diào)節(jié)信號。
28．權(quán)利要求27的方法，包括產(chǎn)生所說溫度調(diào)節(jié)信號，所說溫度調(diào)節(jié)信號至少隨某些所說應(yīng)力調(diào)節(jié)信號而變化。
29．權(quán)利要求24的方法，包括產(chǎn)生至少某些所說調(diào)節(jié)信號，以此作為對應(yīng)于由巖石層面傾角引起的抗壓強度變化的取向調(diào)節(jié)信號。
30．權(quán)利要求24的方法，進一步包括產(chǎn)生至少某些所說調(diào)節(jié)信號，以此作為對應(yīng)于由溫度引起的抗壓強度變化的溫度調(diào)節(jié)信號。
31．權(quán)利要求6的方法，包括通過產(chǎn)生和處理對應(yīng)于表征由于側(cè)限應(yīng)力、取向、和溫度引起的抗壓強度變化的物理性質(zhì)的信號，來產(chǎn)生所說調(diào)節(jié)信號。
32．權(quán)利要求31的方法，包括對于至少一種另外的巖性重復(fù)所說測定方法；在沿井孔軌跡長度方向的多個位置確定對于所說井孔軌跡的巖石的位置特性，并且當鉆頭訪問巖石時，所說位置特性包括類似于在產(chǎn)生在所說調(diào)整信號時使用的孔隙度和物理性質(zhì)，每個位置的位置特征還包括對應(yīng)于在所說位置測定的巖性的相對百分數(shù)的值；產(chǎn)生分別對應(yīng)于所說位置特性的多個位置信號；并且，用累加系列信號處理每個位置的位置信號，以產(chǎn)生對應(yīng)于在每個位置的巖石的原地抗壓強度的原地抗壓強度信號。
33．權(quán)利要求32的方法，包括針對每一個這樣的位置產(chǎn)生對應(yīng)于井孔傾斜角的電的井孔角度信號、對應(yīng)于井孔方位角的電的井孔方位角信號、對應(yīng)于針對地面的傾角的電的層面角度信號、以及相對于傾斜方位角的電的層面傾斜方位角信號；以及，處理所說井孔角、井孔方位角、層面角、和層面傾斜方位角信號，以產(chǎn)生對應(yīng)于在相應(yīng)位置處層面相對于井孔的相對傾角的一個電的相對傾角信號；以及，用累加系列處理所說相對傾角信號。
34．權(quán)利要求32的方法，包括產(chǎn)生位置信號之一，以此作為對應(yīng)于原地側(cè)限應(yīng)力的原地側(cè)限應(yīng)力信號。
35．權(quán)利要求34的方法，其中通過處理對應(yīng)于由井孔中的流體和周圍地層中的流體之間的壓力差引起的有效應(yīng)力的信號，產(chǎn)生所說原地側(cè)限應(yīng)力信號。
36．權(quán)利要求34的方法，其中通過處理對應(yīng)于由于過載引起的有效應(yīng)力的信號，還產(chǎn)生所說原地側(cè)限應(yīng)力信號。
37．權(quán)利要求36的方法，其中通過處理對應(yīng)于由于局部地質(zhì)應(yīng)力場引起的有效應(yīng)力的電信號，還產(chǎn)生所說原地側(cè)限應(yīng)力信號。
38．權(quán)利要求32的方法，包括通過處理對應(yīng)于除鉆頭施加的應(yīng)力以外的沿圓周方向作用在對應(yīng)位置的巖石上的應(yīng)力的周向信號，產(chǎn)生至少某些所說位置信號。
39．權(quán)利要求38的方法，包括產(chǎn)生對應(yīng)于由井孔中流體和周圍地層中流體之間的壓力差引起的有效應(yīng)力的至少某些所說周向信號。
40．權(quán)利要求39的方法，包括產(chǎn)生對應(yīng)于由于過載引起的有效周向應(yīng)力的某些所說周向信號。
41．權(quán)利要求40的方法，包括產(chǎn)生對應(yīng)于由于局部地質(zhì)應(yīng)力場引起的有效周向應(yīng)力的某些所說周向信號。
42．權(quán)利要求38的方法，包括通過處理對應(yīng)于除鉆頭施加的應(yīng)力以外的沿軸向作用在對應(yīng)位置的巖石上的軸向應(yīng)力的軸向信號，產(chǎn)生至少某些所說位置信號。
43．權(quán)利要求42的方法，包括產(chǎn)生對應(yīng)于井孔中流體和周圍地層中流體之間的壓力差的至少某些所說軸向信號。
44．權(quán)利要求43的方法，包括產(chǎn)生某些對應(yīng)于由過載引起的有效軸向應(yīng)力的所說軸向信號。
45．權(quán)利要求44的方法，包括產(chǎn)生某些對應(yīng)于由局部地質(zhì)應(yīng)力場引起的有效應(yīng)力的所說軸向信號。
46．權(quán)利要求42的方法，包括通過處理對應(yīng)于除由鉆頭施加的應(yīng)力以外的橫向作用在對應(yīng)位置的巖石上的橫向應(yīng)力的橫向信號，產(chǎn)生至少某些所說位置信號。
47．權(quán)利要求46的方法，包括產(chǎn)生至少某些對應(yīng)于由井孔中流體和周圍地層中流體之間的壓力差引起的有效橫向應(yīng)力的所說橫向信號。
48．權(quán)利要求47的方法，進一步包括產(chǎn)生某些對應(yīng)于由過載引起的有效橫向應(yīng)力的所說橫向信號。
49．權(quán)利要求48的方法，包括產(chǎn)生某些對應(yīng)于由局部地質(zhì)應(yīng)力場引起的有效橫向應(yīng)力的所說橫向信號。
50．權(quán)利要求34的方法，包括產(chǎn)生相對于在三個相互垂直的方向之一、即相對于井孔軸的周向、軸向、或橫向的所說位置、并在垂直于井孔的一個巖石環(huán)上一個點的抗壓強度的一個增加的原地抗壓強度信號。
51．權(quán)利要求50的方法，包括通過處理對應(yīng)于沿其它兩個所說相互垂直的方向作用在所說點上的應(yīng)力中的較小者的一個增加的側(cè)限應(yīng)力信號，產(chǎn)生所說增加的原地抗壓強度信號。
52．權(quán)利要求51的方法，其中所說增加的原地抗壓強度信號的所說產(chǎn)生包括處理對應(yīng)于除鉆頭施加的力以外的、平行于所說的一個方向作用的力的信號。
53．權(quán)利要求52的方法，包括對于所說三個方向中的第二個方向，產(chǎn)生另一個這樣的增加的原地抗壓強度信號。
54．權(quán)利要求53的方法，包括對于所說三個方向中的第三個方向，產(chǎn)生第三個這樣的增加的原地抗壓強度信號。
55．權(quán)利要求54的方法，包括對于所說巖石環(huán)上另外一些點，產(chǎn)生附加的增加的原地抗壓強度信號，并且處理所說增加的抗壓強度信號以產(chǎn)生所說原地抗壓強度信號。
56．權(quán)利要求6的方法，包括在沿所說軌跡的長度方向的多個位置，確定巖石對于井孔軌跡的位置特性，并且當鉆頭訪問巖石時，所說位置特性包括類似于為產(chǎn)生所說調(diào)節(jié)信號使用的孔隙度和物理性質(zhì)；產(chǎn)生分別對應(yīng)于所說位置特性的多個位置信號；以及，用所說累加系列信號處理所說位置信號以產(chǎn)生對應(yīng)于對應(yīng)位置的巖石的原地抗壓強度的原地抗壓強度信號。
57．權(quán)利要求56的方法，其中根據(jù)來自所說軌跡附近的一個井的數(shù)據(jù)來估算所說位置特性，并且所說原地抗壓強度信號超前于在鉆井之前沿所說軌跡產(chǎn)生的原地抗壓強度信號。
58．權(quán)利要求57的方法，包括根據(jù)對應(yīng)于所說超前的原地抗壓強度信號的值，產(chǎn)生并且至少部分執(zhí)行所說鉆井計劃；以及在所說鉆井正在進行時，根據(jù)所說位置特性的實時數(shù)據(jù)重新估算所說位置特性；產(chǎn)生對應(yīng)的多個實時位置信號；用所說累加系列信號處理所說實時位置信號，以產(chǎn)生實時原地抗壓強度信號；以及當一指定位置的實時抗壓強度信號明顯不同于同一位置的預(yù)計抗壓強度信號時，修改所說計劃。
59．權(quán)利要求56的方法，包括沿所說軌跡鉆一井孔，并且根據(jù)鉆井時獲得的實時數(shù)據(jù)確定所說位置特性。
60．權(quán)利要求1的方法，包括在沿所說軌跡的多個位置，確定井孔軌跡巖性的位置特性，并且當鉆頭訪問巖性時，所說位置特性包括孔隙度；產(chǎn)生多個分別對應(yīng)于所說位置特性的多個位置信號；并且用所說第二系列信號處理所說位置信號，以產(chǎn)生對應(yīng)于在該對應(yīng)位置的巖性的原地抗壓強度的原地抗壓強度信號。
全文摘要
一種測定巖石抗壓強度的方法,包括:測試多個有類似巖性的原生巖石樣品(這些樣品至少一些具有不同的孔隙度),以便為每個樣品分別確定對應(yīng)于抗壓強度和孔隙度的值。產(chǎn)生第一系列成對的電的抗壓強度和孔隙度信號,每一對信號分別對應(yīng)于相應(yīng)一個樣品的抗壓強度和孔隙度的值。通過計算機處理這些信號,以便外插附加的這樣一些成對的信號,并且產(chǎn)生第二系列電信號,第二系列電信號對應(yīng)于隨孔隙度而變的抗壓強度。第二系列信號可對應(yīng)于非側(cè)限的抗壓強度,并且可以使用對應(yīng)于影響巖石抗壓強度的其它條件的電調(diào)節(jié)信號進一步處理第二系列信號,以產(chǎn)生一個累加系列信號。
文檔編號E21B49/00GK1214757SQ97193390
公開日1999年4月21日 申請日期1997年3月21日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月25日
發(fā)明者李·摩根·史密斯, 威廉姆·A·古德曼 申請人:裝飾工業(yè)公司