地質錄井技術在頁巖氣水平井鉆完井中的應用

趙賀龍

（大慶鉆探工程公司地質錄井二公司錄井分公司，黑龍江大慶138000）

1 概述

1.1 地質構造特征

四川盆地是一個大型古生代—中新生代海相—陸相疊合盆地，蘊含著豐富的油氣資源。其基本性質是多旋回疊合構造改造型盆地。盆地的格局主要受北東—南西向及北西向兩條構造線控制，構成了典型的菱形盆地，東西兩邊稍長，為380～430km，南北兩邊略短，為310～330km，盆地面積約18×104km2。周緣造山帶圍繞盆地邊緣分布是現今四川盆地地貌上的一個顯著特點，北為米倉山、東北為大巴山、西北為龍門山、南為大婁山、東南部為江南—雪峰山褶皺帶等。早志留世龍馬溪沉積期,川東南地區為受古陸圍限的半閉塞滯留海盆沉積,形成川南—鄂西—渝東深水陸棚區,沉積了一套富有機質,富含筆石、放射蟲化石的黑色頁巖。

1.2 施工難點

（1）地層縱向層間差異較小，巖屑識別難度大；

（2）地層橫向層間變化較大，原有地質資料和已鉆數據參考價值小，地層預判準確率低，主要體現在儲層埋深預判精度低、地層斷層及傾角預判難度大；

（3）由于頁巖巖性硬脆、鉆井工具等因素影響，造成鉆屑細碎、混雜，巖性識別難度大，導致地層識別判斷難度大；

（4）頁巖氣水平井施工均采用油基鉆井液，且鉆井液處理劑種類混雜多樣，對氣測、熒光及巖性等錄井參數干擾極大，嚴重影響了錄井施工；

（5）川渝頁巖氣開發應用了很多鉆井新工具、新技術，增加了巖性識別、儲層評價、精確卡層的難度。

（6）地層橫縱向差異較大，復雜地層較多，表現在淺層氣多、漏層多、溶洞多、硫化氫多，鉆井施工復雜發生風險高，導致井漏、卡鉆、油氣侵甚至井噴時有發生；

（7）有毒有害流體（主要指H2S）充分發育，預防難度大。

2 頁巖氣鉆井施工錄井技術簡介

2.1 鉆時錄井

頁巖氣儲集于致密巖層，具有低孔、低滲透、氣流阻力大等特點，開采不僅需要先進的勘探鉆井技術，還需要對頁巖儲層進行大規模的壓裂，人工造縫、提供油氣開采通道。因此開采成本極高，應用鉆時錄井技術，可以實時準確反映井下地層巖石的可鉆性，結合巖屑分析，及時調整鉆進工程技術參數、鉆井液性能參數配合工程技術措施，保證鉆井施工安全快速進行，從而提高鉆井時效。

2.2 氣測錄井

在鉆完井過程中，會有不同的氣體侵入鉆井液，氣測錄井通過連續捕捉氣相特征數據，及時準確反映地層的變化。在頁巖氣儲層水平段鉆進時，氣測錄井曲線和資料井數據基本吻合，一旦實鉆井眼軌跡偏離儲層，氣測曲線及特征數據參數將發生變化。

2.3 鉆屑錄井

鉆屑為鉆井液實時從井下攜帶出的巖屑，在現場錄井實驗室通過巖屑氣味、照熒光、試劑浸泡、顏色、資料對比等手段實時準確預判油氣顯示。因此，在頁巖氣水平井鉆進過程中可以通過實時觀察、描述鉆屑及其油氣特征，比對已知資料來判斷實鉆井眼軌跡是否出層，保證儲層鉆遇率。巖屑錄井是發現油氣顯示最直接、最有效的方法，但近年來隨著鉆井工藝的不斷變化、鉆井液處理劑的多樣化，造成巖屑形狀愈發細碎、鉆井液處理劑干擾嚴重，無法直接表征地層真實信息。現場施工中通過合理實時增加取樣密度、無破壞清洗、靜止慢速烘干、結合微鉆時錄井和氣測特征值進行綜合分析，從而確定鉆屑巖性特征并進行精確描述。

2.4 定量熒光錄井

定量熒光錄井儀器所采用的光電元件對熒光的波長沒有特殊要求，可以全面檢測各波長段的熒光，并特別側重小波長輕質油的檢測，不論油質輕重都不會漏掉，因此可以彌補其他錄井方法的不足。川渝頁巖氣開發受限地層復雜，井下復雜事故風險較高，為保證鉆井安全、滿足鉆井提速要求，近年來不斷應用鉆井新工具及新工藝、鉆井液處理劑復雜多樣（油脂性物質、磺化瀝青等），對鉆屑特別對PDC 鉆頭細碎巖屑污染嚴重，常規熒光錄井方法識別油氣顯示難度增大。定量熒光錄井技術通過色譜對比功能，顯示鉆屑定量熒光分析的真實圖譜，準確判斷熒光顯示的來源，可以有效消除外界雜質侵入的干擾，精確預判地層的含油氣情況，對儲層水平段進行準確地質導向。

2.5 氣相色譜錄井

不同地層含有的流體不同，對應的氣相色譜曲線各不同。重力分異作用促使儲層流體在儲層中呈氣、油、水的分層分布狀態。原油組分在氣相色譜曲線上呈現出輕質組分逐漸減少，而重質組分相對逐漸增多，油質從輕到重的變化趨勢。因此，在頁巖氣鉆井過程中利用儲層流體性質差異，導致氣相色譜譜圖特征值不同的特點，實現水平井儲層卡層、水平段軌跡控制，保證精確著陸和儲層鉆遇率。

3 錄井技術在頁巖氣鉆井施工中的應用

3.1 錄井技術在頁巖氣水平井地質導向中的應用

頁巖氣水平井儲層卡層難度大,地震資料解釋精度和分辨率較低,區塊實鉆數據貧乏,且由于地層橫縱向地質變化較大，參考價值低，“甜點”層埋藏深且薄、標志層選取困難,受鉆井地質導向儀器盲區限制和井斜控制儀器造斜能力的影響,著陸點精確控制難度大，易造成水平段浪費；而水平井段設計較長，一般均在2000m 以上，鉆進時極易出現脫靶和出層的風險。地質錄井數據詳盡且實時可信，可以較好地指導地質導向工作。

（1）靶前地質導向要點。靶前地質導向的關鍵是實鉆井眼軌跡能夠按設計準確入靶“著陸”。主要通過精確臨井地層資料對比，結合實鉆地層參數（巖屑、氣測、色譜等數據），輸入地質導向軟件，通過比對資料井的巖性、測井曲線的特征確定標志層，然后將實鉆井的井斜、方位及其實時隨鉆測井曲線和錄井數據相關參數輸入地質導向軟件，便可得到實鉆軌跡的海拔垂深，利用實鉆綜合錄井參數和隨鉆測井（伽馬、電阻率）數據便可精確得到實鉆井的標志層深度，與地質設計標志層深度相對比，可以得到兩者的差值，從而指導實鉆軌跡的調整。

（2）水平段地質導向要點。針對頁巖氣井水平段鉆進易出層的問題，通過隨鉆測井曲線（伽馬、電阻率）變化趨勢，結合錄井實時參數（巖屑、氣測、色譜、元素等數據）變化，判斷實鉆軌跡頂層或地層出層，通過實時鉆進參數調整，并通過井下鉆井控制儀器，發出指令及時調整軌跡，確保儲層鉆遇率達到設計要求。

3.2 錄井技術在預防頁巖氣水平井井下事故中的應用

川渝頁巖氣開發鉆完井施工過程中，井下工程事故發生率較高，主要是四川盆地地質地層結構復雜，地層橫縱向變化較大，鉆完井過程中未知因素較多，井下預判能力不足所致。錄井可以實時連續監控多達20多項鉆井相關技術參數，為井下安全施工提供預判依據。

3.2.1 工程錄井參數及相應復雜預防應用

（1）井深實時連續監測。通過絞車傳感器實現連續監測井深變化,實時顯示鉆頭在井下的位置。可以實現頓鉆、溜鉆、放空異常顯示報告。

（2）大鉤懸重實時連續監測。通過大鉤懸重傳感器實現對懸重變化的實時連續監測顯示，可以實現斷鉆具、頓鉆、溜鉆、卡鉆等復雜顯示報告。

（3）鉆壓實時連續監測。通過大鉤懸重傳感器對懸重變化進行實時監測,結合井下鉆具的實際重量，通過計算可以實時連續顯示鉆壓變化情況。可實現對鉆進托壓、頓鉆、溜鉆、起下鉆遇阻遇卡等異常、復雜的顯示報告。

（4）鉆井泵泵沖實時連續監測。通過鉆井泵泵沖監測傳感器實時連續對泵沖數沖數及變化值進行監控。可實現對大泵入口流量的實時監測，結合泵壓變化，及時發現并報告出口流量異常，實現井漏、油水侵、井涌等復雜的預報。

（5）立管壓力實時連續監測。通過井架立管壓力傳感器實時連續對立管壓力進行監測。結合泵沖沖數，可實現對出入口排量的監控，及時預報井漏、油水侵、井涌、井塌等復雜。

（6）轉盤轉數實時連續監測。通過轉盤轉數傳感器對轉盤轉數及變化進行實時連續監測，可實現轉盤工作異常預報。

（7）扭矩及變化實時連續監測。通過轉盤扭矩傳感器對扭矩及變化值實現連續監測，可實現泥包鉆具、卡鉆、井塌等復雜預報。

3.2.2 鉆井液錄井參數及相應復雜預防應用

（1）出入口鉆井液流量實時連續監測。通過出入口流量傳感器對鉆井液出入口流量及變化值進行實時連續監測，可實現井漏、油水侵、井涌、大泵工作異常等異常復雜情況的預報。

（2）循環罐鉆井液體積實時連續監測。通過在循環罐上安裝液面高度傳感器，對鉆井液液面高度進行實時連續監測，通過高度體積轉換計算循環罐內鉆井液體積量及變化值，可實現井漏、油氣水侵、井涌、井噴等復雜的預報。

（3）監測鉆井液溫度。通過在出水口安裝溫度傳感器，對出、入口鉆井液溫度及變化值進行連續監測，可實現對地溫異常、CO2侵入、高壓地層等預報。

（4）鉆井液電導率及變化實時連續監測。通過在出、入口安裝鉆井液電導率檢測傳感器，對出、入口鉆井液電導率及變化值進行實時連續檢測，可實現高礦化度地層識別、地層水侵入、油氣侵等的預報。

（5）鉆井液密度實時連續監測。通過在出、入口安裝密度檢測傳感器，對出、入口鉆井液密度及變化值進行實時連續檢測，可實現油氣水侵、鹽侵、巖屑侵等的預報。

（6）氣測全烴及組分實時連續監測。通過脫氣器及色譜柱對出口鉆井液中全烴及組分含量的變化進行連續實時檢測，可實現油氣侵、井涌和異常壓力地層等的預報。

3.3 錄井技術在頁巖氣水平井提速增效中的應用

在頁巖氣鉆完井過程中，通過運用錄井技術，可以直觀實時連續檢測記錄大鉤懸重、立管壓力、轉盤轉數、轉盤扭矩、井深、泵壓、泵沖、入口溫度、入口流量、入口密度、入口電導、出口溫度、出口密度、出口電導、出口排量、循環鉆井液體積、鉆遇地層流體中烷烴組分含量、非烴組分含量等二十多種鉆井相關參數，通過軟件可以間接計算出鉆壓、水力學動能參數、地層壓力參數、地層巖性等數據，并預判出井下異常復雜情況，通過制定相應工程技術措施和鉆井液性能調整方案，可以達到規避井下異常復雜，提高鉆完井時效的目的。

4 結論

（1）錄井技術可以實時收集詳盡的鉆完井參數及地層信息，為頁巖氣水平井施工提供數據支持。

（2）錄井技術可以實現頁巖氣水平井儲層精準“著陸”，保障儲層鉆遇率。

（3）錄井技術可以有效預防頁巖氣水平井井下事故的發生，為鉆完井順利進行提高保障。