松遼盆地PDC鉆頭條件下地質錄井的應對措施

武衛平

（大慶鉆探工程公司地質錄井二公司錄井分公司，吉林松原138000）

1 概述

近年來，隨著國民經濟的快速發展，石油的需求量與日俱增，越來越大。石油產量已成為制約國民經濟發展的一個瓶頸。縮短鉆井周期，節約鉆井成本，盡快找到新的油氣資源，支援經濟建設，迫在眉睫。在此情況下使用PDC鉆頭成為必然趨勢。然而，由于PDC鉆頭特殊破巖機理及高鉆速，使得傳統的錄井方法不適應新的鉆探要求，因此，積極探索采用科學的錄井技術手段或方法勢在必行。

2 PDC鉆頭的特點及破碎巖石的機理

人造聚晶金剛石復合片鉆頭，國外稱之為Polycrystalline Diamond Compact Bit，簡稱PDC鉆頭。是20世紀80年代鉆井工業技術的重大突破，對石油鉆井業的發展產生了巨大的影響。

實踐證明，軟到中等硬度的地層鉆井用PDC鉆頭具有以下特點：

（1）機械鉆速快，進尺多，壽命長。

（2）工作平穩，井下事故少，井身質量好。

（3）起下鉆次數少，勞動強度低。

（4）建井周期短，鉆井成本低，經濟效益高。

由此，備受青睞。近年來在松遼盆地鉆井中得到廣泛的推廣使用。

PDC鉆頭之所以具有以上優點，是與其特有結構構造及破巖機理分不開的。其破碎方式主要有4種，即：剪切、預破碎（開槽效應）、犁削及磨削。

（1）剪切：復合片切削齒在鉆壓和扭矩作用下克服地層應力吃入地層并向前滑動，巖石沿其剪切方向破碎并產生塑性流動。應用于軟到中硬地層。

（2）預破碎：其結構為“尖圓”齒交替布置，隨鉆頭不斷旋轉，尖齒先行吃入地層，使巖石產生破裂碎紋，并切出一條條的螺旋狀“卸荷槽”，緊隨其后的圓齒則以剪切方式切削大塊巖石，達到破巖目的。應用于中硬到硬地層。

（3）犁削：鉆進中切削齒使其內部破碎，并向表面傳遞，堆積齒前的巖屑被切削齒推向兩邊，由泥漿帶出井底。應用于塑性地層。

（4）磨削：其切削結構以磨削方式破碎巖石。應用于極硬地層。

3 PDC鉆頭鉆井對地質錄井的影響

由于PDC鉆頭具有特殊的構造和獨特的破巖機理，因而所鉆巖屑非常細碎，并且鉆進速度極快，它給地質錄井工作的樣品采集、識別、選樣、分析、鑒定、解釋、評價等帶來了重重困難。

（1）巖屑特別細小，采集困難，且有一部分真巖屑（粉末狀）隨泥漿流走。

（2）巖屑特別細小，真巖屑混雜在假巖屑中，導致巖性識別、分層、定名、描述困難。

（3）巖屑特別細小，現場的挑樣極為困難，直接影響定量熒光、地化分析的精度，并對PK及核磁共振錄井造成極為不利的影響，直接反映在傳統的解釋圖版及模型失去了共性、準確性，因而帶來了解釋及評價的困難。

（4）巖屑特別細小，在鉆井液沖刷、浸泡及巖屑清洗時，油氣逸失嚴重，造成常規地質錄井油氣顯示級別偏低，不能真實反映地下油氣情況。

（5）鉆進速度快，現場采樣頻度驟增，加大了勞動強度，有時甚至難以承受。

（6）鉆進速度快，而傳統的色譜分析周期長，給薄油氣層的發現及解釋帶來了困難。

（7）鉆進速度快，而PDC鉆頭在軟—中硬砂泥巖地層鉆進中，鉆時幾無差別，甚至常出現反鉆時，不但造成巖性界面劃分及歸位困難，同時，也影響到地層壓力的監測與檢測。

4 PDC鉆頭鉆井條件下地質錄井的應對措施

4.1 優選鉆頭類型，合理使用震動篩布

通過對PDC鉆頭破巖機理的研究以及實驗證實，PDC鉆頭齒數越多、越密則所鉆巖屑越細小，對地質錄井影響越大。據松遼盆地DA、HG、QA地區PDC鉆頭使用情況的統計，除在較硬—極硬地層需要使用小復合片密齒PDC鉆頭外，在軟—中硬地層，大復合片和標準復合片PDC鉆頭都可以使用，并且對鉆井速度影響不大。松遼盆地多為軟—中硬地層，因此在鉆井作業中，選擇齒數稀—中密結構的大復合片和標準復合片PDC鉆頭，減小巖屑的破碎程度，進而減小對地質錄井的影響。

同時，根據鉆頭類型及巖屑的破碎程度，合理選用震動篩布。筆者通過在QA、YT地區多口井的現場實驗發現：大復合片PDC鉆頭可選用40～60目震動篩布；中密結構的標準復合片PDC鉆頭可選用60～80目震動篩布；密齒小復合片PDC鉆頭可選用80～120目震動篩布，防止細小巖屑隨泥漿流走。如表1所示。

表1 松遼盆地大安、紅崗、乾安地區PDC鉆頭類型及其破碎巖屑特征統計表

4.2 改進傳統的取樣方法

松遼盆地傳統的錄井取樣方法是用笊籬在震動篩下按設計要求定點取樣，然后在水箱內漂洗。對于牙輪鉆頭所鉆巖屑，因其顆粒較大，這種方法比較有效且簡便易行。但對于PDC鉆頭破碎的細小或粉末狀的巖屑，其弊端就特別明顯，其一是所取樣品量少且多為掉塊；其二是細小的粉末狀的巖屑在漂洗中隨水流走，易丟失。因此要根據實際情況采用不同的取樣方法。

例如：在松遼盆地B系上統M組至S組地層中，泥巖性軟，造漿；砂巖成巖性差、疏松。在PDC鉆頭高度破碎下，泥巖呈團狀，砂巖呈細粒或粉末狀隨鉆井液返出井口，其中一部分泥巖和粉末狀砂巖溶于鉆井液當中，成為鉆井液固相。而巖屑在震動篩上震動過程中，細碎砂巖被松軟泥巖粘附或包裹在一起，在清洗巖屑、巖性識別及分層時及其困難。對于該地層的巖屑樣品在架空槽上撈取效果較好。

對于白堊系下統青山口組地層，在PDC鉆頭條件下因其砂巖含鈣被破碎成細粒狀；泥巖堅硬，被破碎成塊或片狀，其體積比砂巖大得多，另外該套地層厚度大（300～650m）裸眼段長，掉塊多，傳統的取樣方法不能夠有效地清除假巖屑，不利于薄層砂巖的發現、分層及描述。因此取樣時應可用帶有6mm、4mm、2mm三層粒度篩的取樣筐在震動篩下取樣，然后用水漂洗，分層過濾，去偽存真。

4.3 選擇多種錄井技術手段

隨著科技的進步，當今的勘探領域涌現出多種多樣的錄井技術，然而，由于其側重點不同，采用的分析介質不同，因而在解決不同問題時各有其優缺點。在PDC鉆頭條件下，只有將這些錄井手段有機地結合起來，優勢互補，才能有效地識別巖性、發現油氣顯示、進而準確評價儲層。

（1）以常規地質錄井為基礎，通過巖屑錄井，遠觀顏色、近觀巖性，追蹤巖屑百分含量的變化，進行分層、區分巖類和初步定名，然后選取代表性樣品在雙目鏡下細致觀察，描述其成分、結構、粒度、分選、膠結類型、含有物等，同時結合熒光、氣測錄井直接捕獲地層中的油氣信息，初步建立起地層剖面；穿插巖芯錄井，深入認識重點層位的巖性、物性、含油性、沉積特征等；加強井壁取芯工作，由于其不受鉆頭類型的影響，不僅可以校正巖屑錄井的偏差，而且還可以獲取大量的重點層、可能層、可疑層的巖性、物性及油氣信息，為地化錄井、定量熒光分析、PK及核磁共振錄井提供較為客觀反映地層地質情況的巖石樣品，實現準確分析、評價儲層的目的。

（2）運用地化錄井技術，通過分析樣品中的各項參數，認識儲層性質，尋找油氣的同時，利用其中的S1（液態烴參數）和S2（固態烴參數）的比值，即S1/S2值越小，泥巖含量越高；即S1/S2值越大，泥巖含量越低的特點，將各點的S1/S2分析值繪制成對應深度的曲線，結合鉆時、DC指數、氣測全烴曲線就可用來劃分砂巖類與非砂巖類，再將巖屑錄井剖面與其擬合歸位，進行修正，即可建立起較為準確的地層剖面，從而有效地克服PDC鉆頭的不利影響。

5 結束語

通過對PDC鉆頭的特點及其破巖機理的研究，明確PDC鉆頭對地質錄井的影響因素，在現場的鉆探錄井作業中，有的放矢地優選PDC鉆頭類型，合理使用震動篩布，改進傳統的取樣方法，選擇多種錄井技術，綜合分析各項參數及實物資料，運用到先進的科研成果及工作方法中，最大限度地減小PDC鉆頭的不利影響，實現準確地識別巖性、判斷地層、發現油氣顯示、科學評價儲層的目的。同時，要廣泛地開展技術交流工作，大力加強PDC鉆頭條件下的錄井技術攻關以及錄井技術前瞻性研究工作，推動錄井技術的發展，以適應油氣勘探開發的新需要。