地質(zhì)錄井技術(shù)在高效鉆井中的應(yīng)用

趙松濤

（大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井二公司, 吉林松原 138000）

1 概述

隨著油氣資源品質(zhì)劣質(zhì)化、油氣目標(biāo)復(fù)雜化等問題的不斷加深, 尤其是隨著勘探開發(fā)逐步面向深層超深層、非常規(guī)油氣、深水、水合物、地?zé)岬瓤碧介_發(fā)新領(lǐng)域, 工程技術(shù)與裝備面臨著新的挑戰(zhàn)與發(fā)展機(jī)遇。鉆完井技術(shù)已經(jīng)從發(fā)現(xiàn)油氣藏、建立油氣通道發(fā)展成為提高單井產(chǎn)量、提高采收率、降低油氣綜合成本的重要手段, 深、低、海、非、老、新等還存在諸多技術(shù)瓶頸。盡管我國(guó)鉆完井技術(shù)取得飛躍發(fā)展, 但高端鉆完井技術(shù)、裝備、高性能工具與材料多處于跟蹤狀態(tài), 難以很好滿足特深、非常規(guī)、海洋深水、水合物和地?zé)岬忍厥赓Y源的安全、經(jīng)濟(jì)、高效勘探開發(fā)的需求, 面臨巨大的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)的成功解決均需要地質(zhì)錄井技術(shù)的支持。

2 地質(zhì)錄井技術(shù)的分類及作用原理

石油勘探開發(fā)過程中的地質(zhì)錄井技術(shù), 是用地球物理和地球化學(xué)的方法, 采集、分析鉆井過程中的地層地質(zhì)和工程參數(shù)信息, 以此來建立錄井剖面、發(fā)現(xiàn)油氣層顯示、評(píng)價(jià)油氣層, 為石油勘探開發(fā)提供井筒數(shù)據(jù)地質(zhì)錄井服務(wù)的過程。是集資料采集、存儲(chǔ)、傳送和發(fā)布, 隨鉆油氣識(shí)別與解釋, 工程異常檢測(cè)與評(píng)估于一體的綜合技術(shù)。是發(fā)現(xiàn)、評(píng)價(jià)油氣藏最及時(shí)、直接的手段, 具有勘察技術(shù)與信息技術(shù)交叉學(xué)科的性質(zhì)。目前地質(zhì)錄井技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成了一個(gè)綜合性的技術(shù)學(xué)科, 下面就詳細(xì)介紹一下, 地質(zhì)錄井技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)鉆完井過程中的作用。

2.1 地質(zhì)錄井技術(shù)體系的分類

隨著現(xiàn)場(chǎng)油氣勘探開發(fā)需要的多樣化和科技的不斷進(jìn)步, 地質(zhì)錄井技術(shù)的發(fā)展也越來越豐富, 地質(zhì)錄井技術(shù)體系的分類方法有很多種, 下面介紹其中的八分法, 從錄井工藝方法角度, 結(jié)合錄井施工工序綜合進(jìn)行分類。

（1）井位測(cè)量。

①實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位。準(zhǔn)確確定井位的位置是鉆井成功的重要一環(huán), 通過全球?qū)Ш叫l(wèi)星定位系統(tǒng), 結(jié)合井位設(shè)計(jì)的經(jīng)、緯度可以精準(zhǔn)確定所布井的坐標(biāo)。

②井位測(cè)量。井位測(cè)量的方法包括交會(huì)法、高程控制法和導(dǎo)線法等, 通過這些方法可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)地勢(shì)的踏勘, 從而精準(zhǔn)確定所布井的位置。

（2）錄井設(shè)計(jì)。

①鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)。鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)是用來指導(dǎo)鉆井施工的作業(yè)文件。包含12個(gè)方面, 一是井區(qū)自然狀況地理簡(jiǎn)況：氣象、水文、災(zāi)害性地理地質(zhì)現(xiàn)象；二是基本數(shù)據(jù)；三是區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)介：構(gòu)造概況、地層概況、儲(chǔ)集層特征、油氣藏簡(jiǎn)述、勘探開發(fā)簡(jiǎn)況；四是設(shè)計(jì)依據(jù)及完鉆原則：設(shè)計(jì)依據(jù)、布井原則、完鉆層位及原則；五是設(shè)計(jì)地層剖面及預(yù)計(jì)油氣層、特殊層位置：地（油、氣）層分層、分組、段巖性簡(jiǎn)述、油氣層、特殊層簡(jiǎn)述；六是水平井地質(zhì)參數(shù)設(shè)計(jì)和軌道參數(shù)設(shè)計(jì)：水平井地質(zhì)及軌道參數(shù)設(shè)計(jì)、水平井軌道示意圖；七是工程要求：地層壓力、地層溫度、鉆井液要求、井身質(zhì)量要求、井身結(jié)構(gòu)要求、完井方法及要求；八是鉆關(guān)方案設(shè)計(jì)；九是資料錄取要求：測(cè)井、錄井要求、完井提交資料要求；十是風(fēng)險(xiǎn)分析與提示：淺水層、淺層氣、注水注氣層、異常高壓層、有毒有害流體、鉆遇復(fù)雜層段風(fēng)險(xiǎn)、地面環(huán)境、井場(chǎng)周邊民居、工礦、井控風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別、防碰要求；十一是設(shè)計(jì)、施工變更及施工要求：設(shè)計(jì)變更程序、施工要求、健康、安全與環(huán)境（HSE）管理基本要求；十二是設(shè)計(jì)附表、附圖。

②錄井施工設(shè)計(jì)。主要包括所需錄取的地層地質(zhì)信息、錄井儀器、分析化驗(yàn)項(xiàng)目等。

（3）資料采集。通過錄井儀器設(shè)備采集井下相關(guān)的地層地質(zhì)信息, 用于地層信息的識(shí)別。

①地質(zhì)錄井技術(shù)。地質(zhì)錄井包括巖芯巖屑錄井、熒光錄井等。

②氣測(cè)錄井技術(shù)。氣測(cè)錄井包括井筒內(nèi)氣體的采集、元素色譜分析等。

③工程錄井技術(shù)。工程錄井包括鉆完井施工中工程參數(shù)的異常檢測(cè)和預(yù)警、壓力錄井、有害氣體檢測(cè)等。

④地化錄井技術(shù)。地化錄井包括巖石熱解、輕烴氣相色譜、飽和烴氣相色譜等。

⑤成像錄井技術(shù)。成像錄井包括巖芯圖像、壁芯圖像、巖屑圖像、熒光圖像等。

⑥定量熒光錄井技術(shù)。定量熒光錄井包括二維、三維定量熒光錄井。

⑦核磁共振錄井技術(shù)。核磁共振錄井包括巖樣一維核磁、二維核磁、三維核磁及鉆井液核磁。

⑧X射線元素錄井技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)就是指X射線元素錄井技術(shù)（XPF）。

⑨同位素錄井技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)就是指同位素錄井技術(shù)。

⑩其他單項(xiàng)錄井技術(shù)。其他單項(xiàng)錄井技術(shù)包括X射線衍射礦物錄井（XRD）、鉆具震動(dòng)錄井等。

（4）資料處理。

①資料校正。包括對(duì)環(huán)境因素的校正、時(shí)—深轉(zhuǎn)換的影響等。

②錄井制圖。包括巖樣歸位、錄井圖件繪制。

（5）資料解釋。

①單項(xiàng)錄井方法解釋。包括地化、氣測(cè)、定量熒光等各類單項(xiàng)錄井解釋。

②井筒油氣水層解釋。根據(jù)各種錄井方法錄取的資料進(jìn)行進(jìn)行單井綜合解釋。

③錄井剖面解釋。包括巖性剖面解釋及儲(chǔ)層液體解釋。

（6）資料應(yīng)用。

①錄井綜合導(dǎo)向。核心是錄井實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)建模, 用來顯示油氣層的位置變化和走向, 指導(dǎo)鉆井軌跡。

②地質(zhì)力學(xué)應(yīng)用。主要是指隨鉆地層壓力預(yù)測(cè)與分析。

③地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)。包括錄井地層精細(xì)評(píng)價(jià)、錄井油藏精細(xì)評(píng)價(jià)等。

④實(shí)時(shí)流體評(píng)價(jià)。主要是指對(duì)地層各種流體的實(shí)時(shí)檢測(cè)與分析評(píng)價(jià)。

（7）裝備工具。

①錄井儀器制造與檢測(cè)。包括綜合錄井儀、地化錄井儀和定量熒光分析儀等。

②錄井工具。包括自動(dòng)取樣機(jī)、各類傳感器等。（8）錄井信息。

①錄井信息采集傳輸。包括井場(chǎng)無線組網(wǎng)、傳輸協(xié)議、遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)編碼等。

②錄井信息管理應(yīng)用。包括遠(yuǎn)程錄井技術(shù)、多井對(duì)比和數(shù)據(jù)管理等。

2.2 地質(zhì)錄井技術(shù)在鉆井施工的作用及應(yīng)用

地質(zhì)錄井技術(shù)在鉆井施工中擁有廣泛的作用, 它能夠幫助及時(shí)發(fā)現(xiàn)地層油氣顯示、進(jìn)行軌跡的導(dǎo)向、監(jiān)控施工參數(shù)、預(yù)警井下復(fù)雜、預(yù)知井控風(fēng)險(xiǎn)等。近年來, 圍繞油氣資源地質(zhì)勘探開發(fā)需要, 在現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)際需要中, 錄井技術(shù)逐步形成了地質(zhì)服務(wù)、工程服務(wù)和信息服務(wù)三大領(lǐng)域的功能。這三方面的功能夠?qū)崿F(xiàn)我們?cè)谟蜌忸I(lǐng)域的高效開發(fā)。

2.2.1 地質(zhì)服務(wù)應(yīng)用

地質(zhì)服務(wù)包括隨鉆評(píng)價(jià)和地質(zhì)研究, 被稱為地質(zhì)家的眼睛, 主要包括樣品采集、巖性描述和烴類分析等, 能夠幫助地質(zhì)導(dǎo)向人員準(zhǔn)確了解井下地層地質(zhì)條件、構(gòu)造狀況和油氣分布, 因此也被稱為井場(chǎng)地質(zhì)顧問。以巖芯、巖屑、井壁取芯、地層流體和鉆井液為檢測(cè)對(duì)象, 對(duì)巖芯、物性、油氣性進(jìn)行檢測(cè)分析, 結(jié)合已知資料進(jìn)行對(duì)比歸類, 實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速發(fā)現(xiàn)油氣顯示, 為認(rèn)識(shí)、評(píng)價(jià)油氣藏提供直觀可靠的依據(jù)。整個(gè)過程主要是通過巖芯、巖屑、井壁取芯進(jìn)行肉眼觀察、鏡下觀察、巖樣成像、元素分析（XRF）、礦物分析（XRD）等分析, 準(zhǔn)確分辨巖屑成分并為其歸類定名、確定地層分層, 建立巖性剖面, 為中完及完鉆地層判別、油氣層地層追蹤識(shí)別、非常規(guī)優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層分辨識(shí)別提供直接可靠的依據(jù)。

地質(zhì)服務(wù)主要作用體現(xiàn)在對(duì)油氣“甜點(diǎn)層”的撲捉上。通過對(duì)所采集的地層巖屑、流體的分析化驗(yàn), 精準(zhǔn)指導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向, 及時(shí)快速撲捉油氣“甜點(diǎn)層”。在現(xiàn)場(chǎng)的鉆井施工中, 地質(zhì)錄井技術(shù)被稱為水平井鉆進(jìn)的“眼睛”, 引導(dǎo)鉆井軌跡準(zhǔn)確、合理著陸, 并指導(dǎo)水平段目的層的識(shí)別與鉆遇。現(xiàn)場(chǎng)要實(shí)現(xiàn)地質(zhì)導(dǎo)向的作用, 就要突出一個(gè)“快”字, 鉆一層、清一層、想一層, 及時(shí)摸清地層的走向。通過對(duì)樣品的檢測(cè), 實(shí)時(shí)檢測(cè)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的流體性質(zhì), 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)建模, 精準(zhǔn)地質(zhì)導(dǎo)向。

2.2.2 工程服務(wù)應(yīng)用

工程方面服務(wù)應(yīng)用主要有實(shí)時(shí)參數(shù)檢測(cè)及后臺(tái)軟件數(shù)據(jù)分析兩大模塊。通過實(shí)時(shí)采集懸重、立壓、扭矩、鉆頭深度、循環(huán)罐液面高度等30余種工程參數(shù), 并通過后臺(tái)軟件衍生計(jì)算的方式, 可以獲得高達(dá)300余種各種參數(shù), 包括工程、地質(zhì)等方面, 為鉆井過程中各個(gè)施工工序提供所需要的數(shù)據(jù)源。

工程服務(wù)應(yīng)用主要體現(xiàn)在對(duì)鉆完井各種工程參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)上。通過單參數(shù)門限報(bào)警或多參數(shù)組合報(bào)警, 對(duì)卡鉆、鉆具刺漏、發(fā)現(xiàn)硫化氫、遇阻卡、鉆頭泥包、鉆頭失效、井壁垮塌、摩阻異常、泵壓異常、井漏、溢流等井下各類異常情況進(jìn)行及時(shí)預(yù)警和發(fā)現(xiàn), 防止井下異常擴(kuò)大發(fā)展為井下惡性事故, 起到復(fù)雜事故預(yù)防的“哨兵”作用。

2.2.3 信息服務(wù)應(yīng)用

圍繞現(xiàn)場(chǎng)鉆完井施工服務(wù)需求和甲方油氣開發(fā)的需要, 錄井建立了兩個(gè)中心、一個(gè)平臺(tái), 即井場(chǎng)數(shù)據(jù)采集中心、基地?cái)?shù)據(jù)管理中心、地質(zhì)工程一體化應(yīng)用平臺(tái), 成為鉆探企業(yè)信息化推廣的建設(shè)方, 為施工單位多個(gè)數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)提供數(shù)據(jù)源和傳輸通道。

3 地質(zhì)錄井技術(shù)的應(yīng)用

工程服從地質(zhì)、地質(zhì)兼顧工程、互為指引并相互印證, 為及時(shí)快速發(fā)現(xiàn)油氣藏提供了地質(zhì)工程技術(shù)保障。以下為某區(qū)塊首鉆井后, 依據(jù)所獲得的地層地質(zhì)資料進(jìn)行的區(qū)塊內(nèi)地層地質(zhì)條件預(yù)測(cè), 并對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行了指導(dǎo)。

（1）地層壓力情況。根據(jù)區(qū)塊首鉆井實(shí)測(cè)地層壓力, 預(yù)測(cè)上部地層預(yù)測(cè)壓力系數(shù)1.10左右；P油層鄰近注水開發(fā)區(qū), 預(yù)測(cè)壓力系數(shù)1.00～1.40。

統(tǒng)計(jì)鄰井破裂壓力數(shù)據(jù)結(jié)果, P油層破裂壓力梯度為1.55～3.21MPa/100m。

（2）鉆關(guān)方案及鉆井液密度設(shè)計(jì)。

①鉆關(guān)方案：設(shè)計(jì)井鄰近P油層注水開發(fā)區(qū), 要求距設(shè)計(jì)井600m范圍內(nèi)注水井（受斷層遮擋的注水井除外）在設(shè)計(jì)井開鉆前一律停注降壓, 開鉆前注水井井口剩余壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。具體鉆關(guān)時(shí)間建議采油廠根據(jù)降壓曲線給出。

②鉆井液密度設(shè)計(jì)。

原始?jí)毫^(qū):

一次開鉆：鉆井液密度設(shè)計(jì)1.05～1.25g/cm3；

二次開鉆：二開至P油層頂以上50m鉆井液密度設(shè)計(jì)為1.05～1.25g/cm3；P油層頂以上50m至完鉆, 鉆井液密度設(shè)計(jì)為1.25～1.40g/cm3。

注水開發(fā)區(qū)：

一次開鉆：鉆井液密度設(shè)計(jì)1.05～1.28g/cm3；

二次開鉆：二開至P油層頂以上50m鉆井液密度設(shè)計(jì)為1.05～1.30g/cm3；P油層頂以上50m至完鉆, 鉆井液密度設(shè)計(jì)為1.45～1.65g/cm3。

實(shí)鉆過程中, 可根據(jù)油水顯示及井壁穩(wěn)定情況適當(dāng)調(diào)整鉆井液密度。

(3)地質(zhì)要求。

①按首鉆井—正常井—緩鉆井的順序鉆井, 滾動(dòng)開發(fā), 電測(cè)后采油廠需要看測(cè)井曲線；

②三級(jí)井控風(fēng)險(xiǎn)井, 設(shè)計(jì)井要求下表層套管, 預(yù)計(jì)表層下深為207～261m。水泥返至井口, 要求封固良好；

③井組間距6m, 定向井目的層中深按P油層中深計(jì)算, 采用平面圓靶鉆井。

（4）難度提示。

①淺部地層成巖性差, 膠結(jié)疏松, 易井漏、易井塌；

②N五段至N三段地層, 硬夾層較多, 易斜；

③N二段地層大段泥巖, 吸水水化膨脹剝落, 造漿性能強(qiáng)易泥包鉆具, 井塌卡鉆；

④Y一段, Y二、三段地層泥巖中夾薄層砂巖或油頁巖, 易井斜；

⑤P油層受注水開發(fā)影響, 存在異常高壓, 鉆井過程中存在油氣水侵、井涌等風(fēng)險(xiǎn)；

⑥該鉆井區(qū)塊為滾動(dòng)開發(fā), 且井間距為6m, 注意井間占位, 井眼軌跡設(shè)計(jì)難以做到最優(yōu), 注意防碰。

4 結(jié)論

（1）本文詳細(xì)介紹了地質(zhì)錄井技術(shù)的分類, 可以讓讀者清楚的認(rèn)識(shí)地質(zhì)錄井的各種技術(shù)和儀器, 并簡(jiǎn)要地介紹了它們的原理。

（2）通過本文我們可以了解到錄井可以實(shí)時(shí)收集鉆完井過程中的各種詳盡的鉆井參數(shù), 為鉆井施工提供井下異常預(yù)警, 為高效鉆完井提供數(shù)據(jù)支持。

（3）通過本文還可以了解到地質(zhì)錄井技術(shù)可以詳盡地獲取地層地質(zhì)情況, 通過儀器分析化驗(yàn), 在經(jīng)過軟件計(jì)算, 可以評(píng)價(jià)油氣藏的分布與發(fā)育情況, 為油氣勘探過程中地層的認(rèn)識(shí)提供真實(shí)的數(shù)據(jù)支持, 為油氣高效開采提供技術(shù)保障。