儀器錄井技術在石油鉆井中的應用

李國義

（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

隨著油氣資源品質劣質化、油氣目標復雜化等問題的不斷加深，尤其是隨著勘探開發逐步面向深層超深層、非常規油氣、深水等勘探開發新領域，石油鉆井面臨越來越多的問題，地錄井儀器的發展為問題的解決提供了途徑，主要通過提供更及時、全面的井筒錄井資料，更好的實現油氣層識別與評價、準確定位地質工程雙“甜點”、預警井下風險、有效降低事故復雜，從而為石油勘探開發高效進行提供有力支撐。

2 地質錄井儀器技術發展概述

伴隨著現代石油勘探技術開發的不斷進步，地質錄井儀器也一直不斷進步發展，從最開始的鐵鍬、直尺到現在的智能化精密儀器，自從第一臺專業錄井儀器問世后，錄井儀器的發展速度基本上按10～15年一代、2～3 年一型的速度發展，目前已發展至第五代錄井檢查儀器，可以實現集資料采集、存儲、傳送和發布于一體，是發現、分析、評價油氣層最及時、直接的手段，能夠為石油勘探開發提供一手直接的井筒數據，在非常規、深層、超深層和復雜油氣藏領域發揮著及其重要的作用。

2.1 國內外錄井儀器設備發展概述

錄井儀器的發展歷程跟石油勘探開發的需要和科學技術的進步息息相關，科學技術的進步為錄井儀器的發展提供了先決條件，而石油勘探開發的需要則是推動了錄井儀器的不斷進步的直接推手。

（1）國外錄井儀器設備發展情況。隨著工業革命對石油的需求增加，20世紀初，國外油氣勘探開發掀起了浪潮，為了快速、準確找到油氣資源并開發利用，相應的儀器設備應運而生，經過不斷的完善改進，1939年，Baroid公司的首臺氣測儀研發并投入使用，隨著科技的進步，各種識別油氣的新技術被應用到錄井過程中，經過逐步發展完善，形成了較為完整的儀器設備體系，目前完善的發展代系已經歷五代，第六代也已逐步開發中。各代的主要特點如表1所示。

表1 錄井儀器設備發展歷程

由表1 可以看出，隨著科學技術的不斷進步，錄井儀器設備得到了突飛猛進的發展，尤其是近年來，非常規油氣勘探開發迫切需要進一步推動錄井儀器向智能化、平臺一體化發展，相信錄井儀器的不斷發展會給我國非常規油氣、復雜地層勘探開發提供技術保障。

（2）國內錄井儀器設備簡述。雖然國內油氣大規模勘探開發較晚，但是國內錄井技術的發展起步較早，早在1937 年初，孫建初先生就已經在玉門油礦開展了地質錄井工作，但是受限于當時的國內政治環境和經濟條件，現場錄井方式以純手工為主，依靠肉眼觀察、手工描繪、定性描述為主要手段，所用工具非常簡陋，主要是鐵鍬、臉盆、卷尺、尼龍繩、鋼筆及記錄本子，沒有任何地質組分收集、檢測與分析儀器，緊靠工作人員的以往經驗判斷井下地層組分情況，數據的收集連續性差、檢測與分析科學性較差。國內現代錄井技術發展起步較晚，錄井儀器設備主要經歷了五個時期，第一個時期是進口階段，20 世紀80 年代以前，受限于國內技術相對落后的情況，錄井儀器設備及使用工具主要依賴國外進口；第二個時期是引進學習階段，1985年法國TDC綜合錄井儀，1990年ALS-2綜合錄井儀、ADVANTAGE綜合錄井儀、DATALOG綜合錄井儀等先進的儀器設備相繼引進并投入現場使用，在現場施工中我們逐步學習模仿儀器的使用；第三個時期是中外聯合研發階段，2000 年，在相關部門的組織下，國內企業開始模仿組裝綜合錄井儀，并與國外先進企業廠家聯合研發綜合錄井儀，逐步積累研發經驗，為自主生產打下基礎；第四個時期是自主研發研制階段，自2007年以來，在科技部的大力支持下，各高校與專業化公司合力開展了相關技術攻關，逐步形成了雪狼、德瑪、長城等國內自主品牌，通過不懈努力，2008年以后錄井綜合錄井儀和相關工具逐步全面替代進口；特別是近些年來，國內公司自主研發的綜合錄井儀已逐步達到國際先進水平。第五個時期是大規模現場應用階段，以中石油為例，目前累計研發制造綜合錄井儀約480臺，其中外部銷售30余臺，自用約450臺，占在用儀器的55%左右，其中85臺儀器服務于國外，占國外總使用儀器的45%左右，國產自研儀器已占據現有儀器設備的半壁江山，隨著時間的推移，儀器更新換代后，實現錄井設備的完全自主化已經為時不遠。

綜上所述，隨著油氣勘探發展的不斷深入，為了更好的發現油氣層，地質錄井技術也會隨之發生翻天覆地的變化，也催生錄井儀器設備向著更先進方向發展，目前與現代通訊技術、信息技術相融合，基本實現了多元化、信息化，正在向智能化方向發展。錄井儀器的發展朝著更全、更準、更快的方向邁進，更全是指方法更全、資料更全、應用更全、數據更全；更準是指手工到自動、定性到定量、模擬到數字、門限到建模；更快是指色譜分析更快（30s）、采集速率更快（100Hz）、信息傳輸更快（24H）、解釋評價更快（隨鉆）。

2.2 綜合錄井儀簡述

綜合錄井儀是指記錄鉆井液中的地質、油氣、壓力、巖石物性等信息隨深度變化的一種儀器，其廣泛應用于油氣勘探開發的鉆探施工過程中。綜合錄井儀不僅在新區塊、新地層設計的摸底井、預探井、資料井及探井的勘探開發中有廣泛的應用，對在老油田老區塊開發過程中的開發井、取芯井、水平井及調整井的施工也有著十分明顯的作用。綜合錄井儀的作用主要體現在記錄鉆井液中的地層巖屑組分組成變化、鉆井工程參數、鉆井液參數等，通過這些數據的收集、記錄、分析指導油氣層發現與確定。

（1）綜合錄井儀的發展歷程。由于錄井方法不斷改進，錄井工具與儀器的更新換代也非常迅速。20 世紀50年代用簡單的氣測儀，60～70年代用色譜氣測儀，70年代國際上便出現了綜合錄井儀。隨著微型計算機的出現和計算性能的不斷提高，給錄井工作帶來了重大的革命性變革，出現了綜合錄井儀脫機裝置(計算機與錄井儀不聯接)和綜合錄井儀聯機裝置(計算機與錄井儀直接相聯)。我國地質錄井行業在80 年代先后引進一批錄井設備，其中最多的是法國地質服務公司(Gcoscrviccs)生產的綜合錄井儀TDC(Total Drilling Control)，由此逐漸進入現代錄井行列。現代錄井，國外一般稱之為泥漿錄井(Mud logging)，也可以稱之為用綜合錄井儀進行的錄井。它是指在石油鉆探作業中，利用循環鉆井液作為錄取信息的載體，使用各種檢測儀器，記錄鉆井液中的地質、油氣、壓力、巖石物性等信息隨深度變化的一種綜合錄井作業。

（2）綜合錄井儀的組成。綜合錄井儀的測量儀器主要分為以下三部分：

①鉆井參數部分。綜合錄井儀上設有鉆盤轉速測定儀、泵沖程測定儀和大鉤負荷測定儀等，可為鉆井人員及時提供鉆速、泵排量、鉆壓等信息。

②鉆井液參數部分。綜合錄井儀上設有泥漿池液面測量儀、鉆井液密度測量儀、鉆井液流量測量儀、鉆井液溫度測量儀、鉆井液電阻率測量儀等，所測參數可及時發現涌水層、漏失層及泥漿性能變化等信息，為防止事故發生給予及時提示。

③地質氣測參數部分。綜合錄井儀上配有天然氣總含量監測儀、氣相色譜儀(熱解氣象色譜儀)、熱真空蒸餾脫氣器、硫化氫含量監視儀、二氧化碳測量儀、碳酸鹽含量測量儀、泥巖密度測量儀、熒光燈、雙目立體顯微鏡等儀器，可測定全井段的全烴含量、烴組分和非烴氣曲線，可及時發現油氣層。如果井內出現硫化氫氣時，綜合錄井儀還可及時發出警報信號。

（3）綜合錄井儀的功能和作用。綜合錄井儀是在石油鉆井過程中連續錄取所鉆地層釋放出來的油、氣顯示、鉆井工程、泥漿性能、地層地質等參數,用以識別油、氣、水層和地層評價、生油巖和油源評價。監測鉆井施工、檢測地層壓力、優化鉆井、保護油氣層等為實現科學鉆井提供先進方法和技術。

綜合錄井是直接發現油氣層的好手段,是其它手段所不能替代的。建立鉆遇地層剖面、地層層序及烴類氣體百分含量變化剖面。配合科學鉆井可以在連續鉆井全過程,實時地對各種作業監督和記錄,從而及時發現鉆井施工中的隱患和事故苗頭,配合固井進行計量,配合下套管測量地層破裂壓力等。提供噴射鉆井的水眼選擇,優化、平衡鉆井提供必要的參數資料。

（4）綜合錄井儀的應用。綜合錄井儀廣泛應用于油氣勘探活動中的鉆探過程。它不僅在新區勘探過程中對參數井、預探井、探井有廣泛的應用，而且對老區開發過程中的開發井、調整井的施工也有著十分明顯的作用。

由于綜合錄井技術是多學科、多技術集成的高新技術集合體，因此它在施工現場所獲取的大量參數、資料信息并不只是為單一用戶服務。也就是說：獲取的鉆井工程信息既可以供鉆井工程技術人員使用，也可以供地質技術人員使用，同時，獲取的地質信息也同樣為工程、地質技術人員共同使用，這兩者是相輔相成、互為利用、資源共享的。

3 結論

（1）本文詳細闡述了國內外錄井儀器與工具的發展歷程，讓讀者清晰了解了每個時期錄井儀器與工具的組成，認識到了科技進步給錄井儀器的發展帶來的推動作用。

（2）對綜合錄井儀進行了詳細的介紹，闡述了綜合錄井儀的研發、發展過程，簡述了綜合錄井儀的組成、功能及作用。

（3）總體闡述了儀器錄井技術在石油勘探開發中的作用、地位及取得的效果。