渤海油田潛山界面井場隨鉆識別綜合技術(shù)研究及應(yīng)用

李鴻儒，郭明宇，陳勇國，苑仁國，王文倫

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津

渤海油田潛山界面井場隨鉆識別綜合技術(shù)研究及應(yīng)用

李鴻儒，郭明宇，陳勇國，苑仁國，王文倫

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津

近年來，在渤海油田立體勘探思路的指導(dǎo)下，潛山勘探取得了重大突破。井場潛山界面識別的準(zhǔn)確性直接影響到潛山儲層保護(hù)、工程施工安全和作業(yè)時效。通過對渤海油田不同區(qū)帶183口潛山探井巖性和結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行統(tǒng)計分析，找到了渤海油田常見潛山披覆組合類型，并分析其井場識別難度。同時，對近年來新引進(jìn)的功指數(shù)、井場薄片鑒定、X射線元素錄井和X射線全巖衍射錄井等技術(shù)進(jìn)行分析研究，形成了一套新的潛山界面識別的技術(shù)體系，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果，保證了渤海油田潛山勘探的順利進(jìn)行。

潛山界面識別，功指數(shù)，井場薄片鑒定，X射線元素錄井技術(shù)，X射線全巖衍射錄井技術(shù)

Copyright ? 2017 by authors, Yangtze University and Hans Publishers Inc.

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http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Received: Aug.6th, 2017; accepted: Spet.8th, 2017; published: Oct.15th, 2017

AbstractIn recent years, under the guidance of 3D exploration idea in Bohai Oilfield, great breakthrough was obtained in buried hill exploration.The precision of its field identification would directly affect the formation protection, operation safety and operation effectiveness.Through the statistics of lithologic property and the structural characters of 183 exploration wells in different areas of Bohai Oilfield, the commonly seen and buried hill drape combination was found out, and the difficulty of its field identification was analyzed.At the same time, the technologies of recently introduced work index, field slice identification, X-ray element logging, X-ray whole rock diffraction logging are analytically studied, a set of new technical systems are established for the identification of buried hill interface, and good effect is obtained in practical application, it ensures the smooth implementation of exploration of the buried hill reservoirs.

KeywordsBuried Hill Interface, Work Index, Field Slice Identification, X-Ray Element Logging,X-Ray Whole Rock Diffraction Logging

1.引言

一般認(rèn)為，渤海灣盆地潛山是指新生代地層不整合覆蓋的下伏基巖隆起構(gòu)造。在基巖地層巖性的變化和多期次構(gòu)造及改造作用的影響下，導(dǎo)致潛山在形成年代、構(gòu)造作用方式和構(gòu)造發(fā)育部位等方面存在重大差異，從而在巖性、結(jié)構(gòu)及成因類型上呈現(xiàn)出多樣性特征[1]。近幾年來，隨著潛山成藏認(rèn)識的成熟和鉆井、測試技術(shù)的進(jìn)步，渤海油田潛山勘探也進(jìn)入了一個新的階段[2]。

井場潛山界面的準(zhǔn)確識別意義重大：一方面，潛山風(fēng)化殼、風(fēng)化淋濾帶裂縫和溶洞發(fā)育[3]，揭開過多，容易造成嚴(yán)重井漏等鉆井復(fù)雜問題；另一方面，高密度鉆井液容易對潛山儲層造成污染，直接影響到潛山油氣藏的勘探發(fā)現(xiàn)。

通過對渤海油田潛山界面上下巖性的疊加關(guān)系進(jìn)行分類分析，對近年來新引進(jìn)的錄井技術(shù)進(jìn)行分析研究，總結(jié)了多種潛山界面識別方法和模板，形成了一套新的潛山界面識別技術(shù)體系，為潛山界面井場隨鉆識別提供有效的技術(shù)支持，保證了渤海油田潛山油氣藏勘探的順利進(jìn)行。

2.潛山的分類

潛山的分類方案有很多，筆者通過對渤海海域不同區(qū)帶[4]183口潛山探井進(jìn)行潛山界面統(tǒng)計分析，歸納出4大類(11小類)潛山界面類型(表1)。研究表明，渤海油田潛山界面最主要類型為Ia類、Ib類、Ic類以及IIc類。

Table 1.The fine classification of buried hill interface in Bohai oilfield表1.渤海油田潛山界面類型細(xì)分表

3.潛山地層界面識別技術(shù)

井場識別潛山界面方法主要從鉆時錄井、工程參數(shù)錄井、巖屑錄井、巖心錄井、氣測錄井及工程現(xiàn)象共6個方面綜合來進(jìn)行判別。筆者主要分析近年來渤海油田引進(jìn)的功指數(shù)以及井場薄片鑒定、X射線元素錄井及X射線全巖衍射錄井等技術(shù)。

3.1. 功指數(shù)井場識別潛山界面

鉆頭鉆進(jìn)過程實(shí)際是其做功的過程，通過引入經(jīng)過變形簡化后的計算模型計算鉆頭做功指數(shù)，即“功指數(shù)”。不同地層巖性，強(qiáng)度不同，其做功也不同，功指數(shù)隨之發(fā)生變化。當(dāng)鉆遇潛山地層時，利用功指數(shù)生成曲線，通過識別曲線變化幅度，可以較好地識別潛山界面[5][6]。

筆者建立了功指數(shù)識別潛山界面的Ia型、Ib型、Ic型以及IIc型4種模式。

Ia型：進(jìn)入潛山后，功指數(shù)明顯增大，曲線變化明顯(圖1)。

Ib型：功指數(shù)曲線在古生界碳酸鹽巖潛山界面4348 m出現(xiàn)一定異常，在4355 m時出現(xiàn)明顯的增大異常，曲線變化特別明顯(圖2)。

Ic型：鉆穿上覆新地層進(jìn)入太古界花崗巖潛山后，功指數(shù)呈突變式增大，響應(yīng)特征明顯(圖3)。

IIc型：鉆穿上覆新地層進(jìn)入潛山后，功指數(shù)曲線緩慢抬升，1805 m以后達(dá)到明顯的異常高值，且無回落的趨勢。受到上覆坡積砂體儲層復(fù)雜等多方面影響，變化趨勢緩慢(圖4)。

Figure 1.The analysis mode of Ia work index buried hill interface圖1.Ia型功指數(shù)潛山界面分析模式圖

Figure 2.The analysis mode of Ib work index buried hill interface圖2.Ib型功指數(shù)潛山界面分析模式圖

Figure 3.The analysis mode of Ic work index buried hill interface圖3.Ic型功指數(shù)潛山界面分析模式圖

Figure 4.The analysis mode of IIc work index buried hill interface圖4.IIc型功指數(shù)潛山界面分析模式圖

3.2. X射線元素錄井技術(shù)(XRF)井場識別潛山界面

近年來，X射線元素錄井技術(shù)的推廣，為PDC鉆頭及其他鉆井工藝條件下的巖性識別增添了新的手段，使井場潛山界面識別走上了定量的發(fā)展道路[7][8]。渤海油田從2012年開始引進(jìn)該技術(shù)，實(shí)踐證實(shí)，X射線元素錄井技術(shù)對潛山巖性及潛山界面的識別有較大幫助[8]。

潛山界面上、下地層在元素錄井曲線上有明顯的識別特征：① 曲線組合異常特征，不同沉積環(huán)境，巖性組合也會存在明顯的變化，其元素含量組合也會存在明顯的變化；② 特征元素異常，某種元素在關(guān)鍵地層界面處反應(yīng)比較敏感，可以依據(jù)某種特征元素界定地層界面。通過渤海油田不同區(qū)帶183口潛山探井元素錄井技術(shù)解釋檢驗(yàn)結(jié)果表明，巖性平均符合率為78.8%，應(yīng)用效果較好。

筆者建立了X射線元素錄井技術(shù)識別潛山界面的Ia型、Ib型、Ic型以及IIc型4種模式。

Ia型：東營組一段披覆在中生界之上，潛山巖性主要為凝灰?guī)r和安山玄武巖，S、Ni元素呈“挖掘式”降低，Cl、P、Sr、Na呈臺階式上升，曲線組合特征發(fā)生明顯變化，表明進(jìn)入了潛山地層(圖5)。

Ib型：東營組三段披覆在古生界之上，潛山巖性以灰?guī)r為主，F(xiàn)e、Ti、Mn、Mg、K、S、Cl、Ba、V、Ni、Sr、Zr元素組合“挖掘式”突變減小，Ca元素整體急劇上升，曲線組合特征明顯變化，特征元素Ca元素異常明顯，表明進(jìn)入了潛山地層(圖6)。

Ic型：沙河街組三段披覆在元古界之上，潛山巖性為花崗巖，F(xiàn)e、Mn、Ti、Ca、P、S、Cl、V、Ni、Sr元素組合“跳崖式”下降，Na元素大幅“挖掘式”下降，曲線組合特征明顯變化(圖7)。

IIc型：東營組三段披覆在太古界之上，潛山巖性為酸性花崗巖，P、S、Cl、Ca、Ba、V元素階梯整體下降，Na元素挖掘效應(yīng)突變減小，曲線組合特征變化明顯，表明進(jìn)入了潛山地層(圖8)。

Figure 5.The identification mode of buried hill interface ofⅠa X-ray element logging圖5.Ia型X射線元素錄井技術(shù)潛山界面識別模式圖

Figure 6.The identification mode of buried hill interface of Ib X-ray element logging圖6.Ib型X射線元素錄井技術(shù)潛山界面識別模式圖

Figure 7.The identification mode of buried hill interface of Ic X-ray element logging圖7.Ic型X射線元素錄井技術(shù)潛山界面識別模式圖

Figure 8.The identification mode of buried hill interface of IIc X-ray element logging圖8.IIc型X射線元素錄井技術(shù)潛山界面識別模式圖

3.3. X射線全巖衍射錄井技術(shù)(XRD)井場識別潛山界面

2011年便攜式隨鉆X射線全巖衍射錄井技術(shù)(XRD)成功應(yīng)用于錄井作業(yè)中，能直接分析出巖石的礦物組成和相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)，有助于潛山界面識別[9][10]。2016年初，渤海引入井場XRD技術(shù)，目前已經(jīng)在11口井的深層潛山識別中應(yīng)用。

1)典型礦物法：將長石、石英及黏土礦物作為典型礦物，利用其含量變化指示巖性變化，識別潛山界面。XX10-1N-1井上覆為沙三段泥巖，潛山為中生界凝灰?guī)r及安山玄武巖(Ia型)，2490 m附近石英含量減少，長石含量增加，黏土礦物基值下降，典型礦物響應(yīng)特征明顯(表2)。

Table 2.The data of typical mineral content of XRD whole rock diffraction logging in Well XX10-1N-1表2.XX10-1N-1井XRD全巖衍射錄井典型礦物含量數(shù)據(jù)表

2)特征礦物法：挖掘出火成巖類特征礦物——微斜長石，是最穩(wěn)定的一類鉀長石，廣泛分布于巖漿巖及深變質(zhì)巖中。XX16-1-8井上覆為沙河街組四段砂礫巖，潛山為中生界安山巖–火山角礫巖(IIa)。1445 m開始微斜長石開始連續(xù)出現(xiàn)，反映地層巖性變化，特征礦物響應(yīng)特征明顯。

3)圖版法：選取長石和石英作為典型礦物以XX區(qū)塊數(shù)據(jù)建立XRD潛山界面識別圖版(圖9)。研究區(qū)上覆為沙河街組四段砂巖及砂礫巖，潛山為中生界凝灰?guī)r及火山角礫巖(Ia、IIa型)，砂巖中石英含量高，潛山巖性長石含量高，該圖版對于 Ia型潛山界面識別效果好。選取長石和黏土礦物作為典型礦物，以XX區(qū)塊數(shù)據(jù)建立XRD潛山界面識別圖版(圖10)。泥巖中黏土礦物含量高，潛山巖性長石含量高，該圖版對于Ia型潛山界面(尤其泥巖進(jìn)潛山)識別效果好。

Figure 9.The quartz-feldspar XRD buried hill boundary recognition plate圖9.石英–長石XRD潛山界面識別圖版

Figure 10.The clay mineral-feldspar XRD buried hill boundary recognition plate圖10.黏土礦物–長石XRD潛山界面識別圖版

3.4. 薄片鑒定識別潛山巖性

渤海油田近幾年引進(jìn)井場薄片巖性鑒定技術(shù)。該技術(shù)是把實(shí)驗(yàn)室薄片鑒定設(shè)備體積縮小，并把鑒定內(nèi)容及流程簡化，以達(dá)到簡便易行、快速準(zhǔn)確地對錄井巖性進(jìn)行鑒定和分析的目的[9]。

從渤海油田典型潛山井(XX22-1-2井、XX22-2-1井、XX5-5-3D井、XX12-6-1井、XX16-1-1井、XX 29-1-1井、XX16-1-8井等)的薄片鑒定效果統(tǒng)計看，符合率高，能在微觀下識別不易發(fā)現(xiàn)的化石碎屑、微裂縫、孔洞等現(xiàn)象及不易識別的一些玻璃質(zhì)、隱晶質(zhì)巖石礦物等，能很好地指導(dǎo)井場潛山界面識別。

以 XX21-2-1井為例，上覆地層為沙河街組砂泥巖，潛山地層為古生界碳酸鹽巖，為典型 Ib型。4831～4833 m巖屑與冷鹽酸反應(yīng)劇烈。薄片鑒定含腹足類生物碎屑，為沙河街組特有生物化石。4863～4866 m巖屑與冷稀鹽酸反應(yīng)劇烈，部分與冷稀鹽酸反應(yīng)微弱，加熱后反應(yīng)劇烈；薄片鑒定定名為粉泥晶灰?guī)r、砂屑泥晶白云巖。鏡下觀察有重結(jié)晶現(xiàn)象，可見溶蝕孔隙和裂縫，表明巖石經(jīng)歷風(fēng)化巖溶作用，未見到生物碎屑，證明進(jìn)入古生界地層。與潛山界面4861.5 m符合。

4.潛山地層界面識別技術(shù)體系

對渤海油田常用潛山界面識別方法進(jìn)行適應(yīng)性研究，得出成果，見表3。

Table 3.The analysis table for adaptability of commonly seen buried hill identifying methods in Bohai Oilfield表3.渤海油田常用潛山界面識別方法適用性分析表

并初步確定了渤海油田常見潛山界面錄井項目優(yōu)化原則，見表4。

Table 4.The optimization principle of logging operations of the commonly seen buried hill interfaces in Bohai Oilfield表4.渤海油田常見潛山界面錄井項目優(yōu)化原則表

5.應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證

以XX16-1-6井為典型案例，該井設(shè)計中生界潛山界面1516.0 m，現(xiàn)場確定潛山界面為1577.0 m，實(shí)際較設(shè)計深61.0 m，潛山地層為中生界火山角礫巖，上覆地層為沙河街組四段砂礫巖(IIa型)，潛山界面識別難度較大，現(xiàn)場準(zhǔn)確識別，顯示出該項研究成果的技術(shù)優(yōu)勢。

XX16-1-6井鉆進(jìn)至1577 m時功指數(shù)曲線緩慢抬升，1605 m以后達(dá)到明顯的異常高值，無回落。

XX16-1-6井鉆進(jìn)至1577 m 附近，X射線元素錄井Fe、Ti、K、Sr、Zr元素整體呈臺階式上升，S、Cl元素呈突變時挖掘效應(yīng)降低，呈現(xiàn)明顯的變化趨勢。

XX16-1-6井潛山界面1577 m上下X射線全巖衍射錄井典型礦物響應(yīng)特征明顯。577.0 m附近石英含量明顯減少，黏土礦物基值下降，以及特征礦物榍石以及透輝石出現(xiàn)都說明火成巖的出現(xiàn)。

綜合上述技術(shù)，確定中生界潛山界面為1577 m。

6.結(jié)論

1)作業(yè)現(xiàn)場對潛山界面的判斷，不論潛山的類型、潛山界面上下巖性疊加關(guān)系、地質(zhì)作業(yè)人員專業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)等，都可以在巖屑錄井的基礎(chǔ)上，結(jié)合功指數(shù)技術(shù)、X射線元素錄井技術(shù)、X射線全巖衍射錄井技術(shù)和井場薄片鑒定技術(shù)，對潛山界面進(jìn)行準(zhǔn)確的識別判斷。

2)該項綜合技術(shù)的研究拓寬了潛山界面智能化識別究方向。不同于地質(zhì)作業(yè)人員的肉眼識別巖性，X射線元素錄井技術(shù)和X射線全巖衍射錄井技術(shù)的使用，能夠?qū)Φ貙訋r性的元素和礦物組成進(jìn)行分析，將地層巖性數(shù)據(jù)化。

3)由于渤海油田潛山巖性和結(jié)構(gòu)的多樣性，及X射線元素錄井、X射線全巖衍射等錄井技術(shù)的局限性，該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中應(yīng)該與巖屑錄井相結(jié)合才能達(dá)到更好的效果。

References)

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[編輯]鄧?yán)?/p>

The Synthetic Technologic Study on Field Identification While Drilling on the Buried Hill Interface of Bohai Oilfield

Hongru Li, Mingyu Guo, Yongguo Chen, Renguo Yuan, Wenlun Wang
The Technology Company, CNOOC Energy Co., Ltd., Tianjin

2017年8月6日；錄用日期：2017年9月8日；發(fā)布日期：2017年10月15日

李鴻儒(1985-)，男，工程師，主要從事海上油氣勘探作業(yè)與研究工作。

文章引用: 李鴻儒, 郭明宇, 陳勇國, 苑仁國, 王文倫.渤海油田潛山界面井場隨鉆識別綜合技術(shù)研究及應(yīng)用[J].石油天然氣學(xué)報, 2017, 39(5): 72-82.

10.12677/jogt.2017.395069