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、地熱等勘探開發(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、水合物和地熱等特殊資源的安全、經(jīng)濟、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、評價油氣層, 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、傳送和發(fā)布, 隨鉆油氣識別與解釋, 工程異常檢測與評估于一體的綜合技術(shù)。是發(fā)現(xiàn)、評價油氣藏最及時、直接的手段, 具有勘察技術(shù)與信息技術(shù)交叉學科的性質(zhì)。目前地質(zhì)錄井技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成了一個綜合性的技術(shù)學科, 下面就詳細介紹一下, 地質(zhì)錄井技術(shù)在現(xiàn)場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)場油氣勘探開發(fā)需要的多樣化和科技的不斷進步, 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行分類。

（1）井位測量。

①實時動態(tài)定位。準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)計的經(jīng)、緯度可以精準確定所布井的坐標。

②井位測量。井位測量的方法包括交會法、高程控制法和導(dǎo)線法等, 通過這些方法可以實現(xiàn)現(xiàn)場地勢的踏勘, 從而精準確定所布井的位置。

（2）錄井設(shè)計。

①鉆井地質(zhì)設(shè)計。鉆井地質(zhì)設(shè)計是用來指導(dǎo)鉆井施工的作業(yè)文件。包含12個方面, 一是井區(qū)自然狀況地理簡況：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)簡介：構(gòu)造概況、地層概況、儲集層特征、油氣藏簡述、勘探開發(fā)簡況；四是設(shè)計依據(jù)及完鉆原則：設(shè)計依據(jù)、布井原則、完鉆層位及原則；五是設(shè)計地層剖面及預(yù)計油氣層、特殊層位置：地（油、氣）層分層、分組、段巖性簡述、油氣層、特殊層簡述；六是水平井地質(zhì)參數(shù)設(shè)計和軌道參數(shù)設(shè)計：水平井地質(zhì)及軌道參數(shù)設(shè)計、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；九是資料錄取要求：測井、錄井要求、完井提交資料要求；十是風險分析與提示：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)雜層段風險、地面環(huán)境、井場周邊民居、工礦、井控風險級別、防碰要求；十一是設(shè)計、施工變更及施工要求：設(shè)計變更程序、施工要求、健康、安全與環(huán)境（HSE）管理基本要求；十二是設(shè)計附表、附圖。

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

（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氣測錄井技術(shù)。氣測錄井包括井筒內(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)的異常檢測和預(yù)警、壓力錄井、有害氣體檢測等。

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)。該項技術(shù)就是指同位素錄井技術(shù)。

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

（4）資料處理。

①資料校正。包括對環(huán)境因素的校正、時—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單項錄井方法解釋。包括地化、氣測、定量熒光等各類單項錄井解釋。

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

③錄井剖面解釋。包括巖性剖面解釋及儲層液體解釋。

（6）資料應(yīng)用。

①錄井綜合導(dǎo)向。核心是錄井實時動態(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)力學應(yīng)用。主要是指隨鉆地層壓力預(yù)測與分析。

③地質(zhì)綜合評價。包括錄井地層精細評價、錄井油藏精細評價等。

④實時流體評價。主要是指對地層各種流體的實時檢測與分析評價。

（7）裝備工具。

①錄井儀器制造與檢測。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。包括自動取樣機、各類傳感器等。（8）錄井信息。

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

②錄井信息管理應(yīng)用。包括遠程錄井技術(shù)、多井對比和數(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, 它能夠幫助及時發(fā)現(xiàn)地層油氣顯示、進行軌跡的導(dǎo)向、監(jiān)控施工參數(shù)、預(yù)警井下復(fù)雜、預(yù)知井控風險等。近年來, 圍繞油氣資源地質(zhì)勘探開發(fā)需要, 在現(xiàn)場的生產(chǎn)實際需要中, 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)我們在油氣領(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)包括隨鉆評價和地質(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對象, 對巖芯、物性、油氣性進行檢測分析, 結(jié)合已知資料進行對比歸類, 實現(xiàn)現(xiàn)場快速發(fā)現(xiàn)油氣顯示, 為認識、評價油氣藏提供直觀可靠的依據(jù)。整個過程主要是通過巖芯、巖屑、井壁取芯進行肉眼觀察、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、油氣層地層追蹤識別、非常規(guī)優(yōu)勢儲層分辨識別提供直接可靠的依據(jù)。

地質(zhì)服務(wù)主要作用體現(xiàn)在對油氣“甜點層”的撲捉上。通過對所采集的地層巖屑、流體的分析化驗, 精準指導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向, 及時快速撲捉油氣“甜點層”。在現(xiàn)場的鉆井施工中, 地質(zhì)錄井技術(shù)被稱為水平井鉆進的“眼睛”, 引導(dǎo)鉆井軌跡準確、合理著陸, 并指導(dǎo)水平段目的層的識別與鉆遇?，F(xiàn)場要實現(xiàn)地質(zhì)導(dǎo)向的作用, 就要突出一個“快”字, 鉆一層、清一層、想一層, 及時摸清地層的走向。通過對樣品的檢測, 實時檢測評價儲層的流體性質(zhì), 實時動態(tài)建模, 精準地質(zhì)導(dǎo)向。

2.2.2 工程服務(wù)應(yīng)用

工程方面服務(wù)應(yīng)用主要有實時參數(shù)檢測及后臺軟件數(shù)據(jù)分析兩大模塊。通過實時采集懸重、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), 并通過后臺軟件衍生計算的方式, 可以獲得高達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)在對鉆完井各種工程參數(shù)的實時檢測上。通過單參數(shù)門限報警或多參數(shù)組合報警, 對卡鉆、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行及時預(yù)警和發(fā)現(xiàn), 防止井下異常擴大發(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, 錄井建立了兩個中心、一個平臺, 即井場數(shù)據(jù)采集中心、基地數(shù)據(jù)管理中心、地質(zhì)工程一體化應(yīng)用平臺, 成為鉆探企業(yè)信息化推廣的建設(shè)方, 為施工單位多個數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺提供數(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)資料進行的區(qū)塊內(nèi)地層地質(zhì)條件預(yù)測, 并對生產(chǎn)進行了指導(dǎo)。

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

統(tǒng)計鄰井破裂壓力數(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。

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

②鉆井液密度設(shè)計。

原始壓力區(qū):

一次開鉆：鉆井液密度設(shè)計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)計為1.05～1.25g/cm3；P油層頂以上50m至完鉆, 鉆井液密度設(shè)計為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)計為1.05～1.30g/cm3；P油層頂以上50m至完鉆, 鉆井液密度設(shè)計為1.45～1.65g/cm3。

實鉆過程中, 可根據(jù)油水顯示及井壁穩(wěn)定情況適當調(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, 滾動開發(fā), 電測后采油廠需要看測井曲線；

②三級井控風險井, 設(shè)計井要求下表層套管, 預(yù)計表層下深為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、井涌等風險；

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

4 結(jié)論

（1）本文詳細介紹了地質(zhì)錄井技術(shù)的分類, 可以讓讀者清楚的認識地質(zhì)錄井的各種技術(shù)和儀器, 并簡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時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, 在經(jīng)過軟件計算, 可以評價油氣藏的分布與發(fā)育情況, 為油氣勘探過程中地層的認識提供真實的數(shù)據(jù)支持, 為油氣高效開采提供技術(shù)保障。