PDC鉆頭條件下天然氣井錄井技術(shù)探討

張昱煜　郝龍

摘 要：近年來隨著PDC鉆頭在鉆井中大規(guī)模使用，勘探速度得到極大改善，鉆井效益日益彰顯。但同時(shí)由于鉆井速度的加快，傳統(tǒng)錄井技術(shù)逐步暴露出難以克服的缺陷，比如，巖性識(shí)別率大幅降低，地層剖面歸位困難，卡層取心等都技術(shù)都需要改進(jìn)。本文在長(zhǎng)慶氣田長(zhǎng)期作業(yè)實(shí)踐中，摸索總結(jié)出一套與PDC鉆頭相適應(yīng)錄井方法，實(shí)踐證明本套方法不僅兼顧了傳統(tǒng)錄井技術(shù)的固有的優(yōu)勢(shì)，而且在充分利用綜合錄井、氣測(cè)錄井、巖屑錄井等方法上有所創(chuàng)新，取得了明顯的效果。

關(guān)鍵詞：PDC鉆頭 錄井技術(shù) 巖性識(shí)別 錄井技術(shù)改進(jìn)

中圖分類號(hào)：TE2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（b）-0097-02

錄井是發(fā)現(xiàn)油氣藏、評(píng)價(jià)油氣藏最及時(shí)、最直接的技術(shù)，具有獲取地下信息及時(shí)、多樣、分析解釋快捷等特點(diǎn)。隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，尤其是近年來在長(zhǎng)慶靖邊和榆林氣田大規(guī)模使用PDC（Polycrystalline Diamond Compact，聚晶金剛合金片）鉆頭，使鉆井速度大幅度提高，生產(chǎn)效率明顯提高。但隨著PDC技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用，也給錄井帶來了巨大的挑戰(zhàn)。比如由于PDC鉆頭系高速旋轉(zhuǎn)切削巖石的，故對(duì)巖屑研磨較碎，這給現(xiàn)場(chǎng)巖性識(shí)別和歸位帶來較大的難度[1～2]。本文結(jié)合我單位生產(chǎn)實(shí)踐，主要探討和介紹PDC鉆頭條件下的錄井方法改進(jìn)及巖性識(shí)別的方法和經(jīng)驗(yàn)。

1 PDC鉆頭工作機(jī)理及特點(diǎn)

1.1 PDC鉆頭的結(jié)構(gòu)及破碎巖石的原理

PDC鉆頭是聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭的簡(jiǎn)稱，亦稱聚晶金剛石切削塊鉆頭，它是用聚晶金剛石做成小型切削塊或燒結(jié)到鉆頭體上而形成。由于PDC鉆頭是以鋒利、耐磨和能夠自銳的金剛石為切削齒，在低鉆壓下即可獲得較高的鉆速和進(jìn)尺，可大大縮短鉆進(jìn)時(shí)間，節(jié)省鉆井成本[3]。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，在PDC鉆頭鉆井條件下的機(jī)械鉆速是普通三牙輪鉆頭的3～5倍[4]。

1.2 PDC鉆頭工作特點(diǎn)

PDC鉆頭為一整體式鉆頭，整個(gè)鉆頭沒有活動(dòng)零部件，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，大致由鉆頭基體、鉆頭切削齒、噴嘴及排屑槽等幾部分組成。PDC鉆頭是用切削齒對(duì)地層進(jìn)行切削來破碎巖石，整個(gè)切削過程，與金屬切削過程很相似。巖石的切削過程實(shí)質(zhì)是一種擠壓過程，在擠壓過程中，巖石主要以滑移變形方式成為切屑。由于PDC鉆頭和牙輪鉆頭破碎地層的原理不一樣，它是高速旋轉(zhuǎn)切削巖石的，因此對(duì)巖屑研磨較碎。關(guān)于PDC鉆頭本身相關(guān)理論及性能分析等可進(jìn)一步參閱文獻(xiàn)[5～10]。

2 PDC鉆頭條件下錄井現(xiàn)狀和面臨的問題

2.1 PDC鉆頭條件下錄井現(xiàn)狀

（1）由于各個(gè)鉆井隊(duì)的鉆機(jī)類型不一樣，造成個(gè)別傳感器無法安裝，不能發(fā)揮其作用。

（2）隨著鉆井使用PDC鉆頭，鉆井速度明顯提高，節(jié)奏加快，導(dǎo)致綜合錄井儀器負(fù)荷加大，沒有及時(shí)維修和保養(yǎng)，帶著問題工作。

（3）常規(guī)錄井還是保持原樣，既一把鐵鍬、一個(gè)撈樣筐，錄井條件沒有大的改進(jìn)。

2.2 PDC鉆頭給錄井帶來的問題和困難

（1）PDC鉆頭使巖屑變的細(xì)小、破碎，撈?。ㄏ矗┥皹永щy。PDC鉆頭所鉆巖屑細(xì)小，甚至為粉末狀，部分巖屑混溶于鉆井液，造成巖屑撈取量很少，甚至撈不到巖屑，同時(shí)過細(xì)的巖屑給清洗工作帶來較大的困難。

（2）巖屑巖性識(shí)別困難：①由于巖屑太細(xì)小，挑真樣困難，無法獲得可靠的能真實(shí)反映地層情況的巖屑。②用小復(fù)合片鉆頭時(shí)巖屑幾乎呈粉沫狀，巖屑混雜，增加了巖性識(shí)別難度，巖性識(shí)別準(zhǔn)確性降低。

（3）砂泥巖鉆時(shí)差別不大，造成現(xiàn)場(chǎng)錄井劃分巖性界面及巖性歸位困難。PDC鉆頭條件下砂泥巖鉆時(shí)不象三牙輪鉆頭砂泥巖鉆時(shí)差別大，一般在4～6 min/m之間，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)鉆時(shí)劃分巖性界面和巖性歸位困難。

（4）由于在一些地層使用的鉆井液是清水聚合物，在PDC鉆頭條件下，攜砂能力差，加上巖屑顆粒小，在泵壓，排量達(dá)不到要求的情況下，巖屑失真嚴(yán)重。

（5）PDC鉆頭鉆進(jìn)快，鉆速快，影響了現(xiàn)場(chǎng)遲到時(shí)間的準(zhǔn)確測(cè)定。

3 PDC鉆頭條件下的錄井改進(jìn)技術(shù)

3.1 隨時(shí)校正測(cè)量遲到時(shí)間

遲到時(shí)間的準(zhǔn)確性，是建立準(zhǔn)確的地層剖面，卡準(zhǔn)油氣層的關(guān)鍵。要準(zhǔn)確測(cè)得遲到時(shí)間，應(yīng)及時(shí)測(cè)量，采取理論與實(shí)際相結(jié)合的方法進(jìn)行，同時(shí)還必須用特殊地層或典型地層進(jìn)行及時(shí)校正。尤其是用較明顯的厚層砂巖、泥巖或具有氣異常顯示的砂巖地層及特殊地層如煤層等進(jìn)行校正，這種校正不是一次的，只要有機(jī)會(huì)就應(yīng)進(jìn)行持續(xù)校正，從而最大限度地保證遲到時(shí)間的準(zhǔn)確性。

3.2 砂樣采集和洗樣方法的改進(jìn)

PDC鉆頭鉆進(jìn)時(shí)巖屑特別細(xì)小，巖屑的采集、撈取、洗樣應(yīng)嚴(yán)格按巖屑錄井操作規(guī)程進(jìn)行，首先，巖屑的采集應(yīng)該使用采樣盆接樣。采樣盆放置位置應(yīng)合適，以能連續(xù)接到從震動(dòng)篩上濾出的新鮮細(xì)小真巖屑為宜。第二，應(yīng)據(jù)震動(dòng)篩返砂變化情況，靈活調(diào)整接樣盆的位置，接樣盆接滿后應(yīng)盡快取樣，并將取樣后多余的巖屑清理干凈，有時(shí)接到的巖屑樣品呈稀泥漿糊狀，應(yīng)盡量將整盆巖屑采集。其次，改進(jìn)洗樣盆。由于巖屑細(xì)小，如果用原來的洗樣筐洗樣，可能什么都洗不到，巖屑會(huì)流失，所以應(yīng)采用盆子或在原來的洗樣筐底部放一塊粗布即可。第三，洗樣時(shí)盡量采用小水流，輕攪拌，稍微沉淀后倒去混水再換清水的辦法，防止細(xì)小、懸浮的砂粒和密度較小的巖屑等真巖屑在洗樣過程中流失，切忌急水、猛沖、快倒；在倒樣時(shí)，盡量將細(xì)小巖屑全部留下，將明顯的大塊巖屑掉塊去掉。第四，在曬樣、烤樣時(shí)，切忌在巖屑未濾干水份的情況下，過多地翻動(dòng)，以免造成巖屑表面模糊。第五，在裝樣時(shí)，應(yīng)盡量將細(xì)小真巖屑裝入袋中，細(xì)小巖屑中真巖屑占的比例較大，要盡量減少在各個(gè)環(huán)節(jié)的流失。

3.3 巖性識(shí)別技術(shù)改進(jìn)

由于大量使用PDC鉆頭使得巖屑樣品變的細(xì)小，其中60%以上巖屑直徑小于2 mm，撈取到的樣品少，挑樣困難，造成巖性識(shí)別也存在困難，因此提出了新的巖性識(shí)別方法。

（1）采取傳統(tǒng)的巖屑描述方法—— 既大段攤開，遠(yuǎn)看顏色，近看巖性（主要方法）。雖然巖屑混雜，難以辨認(rèn)，但大段砂巖或泥巖，在顏色上會(huì)有一定的變化，所以可以同時(shí)攤開數(shù)十包巖屑進(jìn)行顏色對(duì)比，再確定巖性。從實(shí)際操作來說，厚度一般要大于3 m以上。

（2）借助于雙目放大鏡進(jìn)行巖性識(shí)別（輔助方法）。由于巖屑細(xì)小，部分呈粉末狀，肉眼觀察困難，但如果巖屑樣品取樣準(zhǔn)，洗樣干凈，即使粉末狀的細(xì)小巖屑，可以通過雙目放大鏡來觀察識(shí)別巖性。

（3）使用手感法識(shí)別巖性（輔助方法）。雖然巖屑細(xì)小、混雜，但大段的砂巖和泥巖其含量還是有一定的漸變，可以利用手捏、搓來識(shí)別巖性，感覺粗糙為砂巖，反之為泥巖。

（4）根據(jù)鉆時(shí)變化情況，劃分巖性界面和識(shí)別巖性（主要方法）。使用PDC鉆頭雖然鉆時(shí)變化不大，但也有一定的規(guī)律。PDC鉆頭適用于軟～中硬的脆性地層。對(duì)泥質(zhì)巖類等脆性地層，其特點(diǎn)是鉆時(shí)快；對(duì)于研磨性較好的致密砂質(zhì)巖類，鉆時(shí)相對(duì)較慢；而對(duì)于膠結(jié)較疏松的砂巖儲(chǔ)集層，鉆時(shí)也較快。因而PDC鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，其泥巖與砂巖之間的鉆時(shí)出現(xiàn)三種不同的組合特征：即①泥巖鉆時(shí)高于砂巖。②泥巖鉆時(shí)低于砂巖。③泥巖與砂巖鉆時(shí)接近。

（5）氣測(cè)曲線異常識(shí)別法（重要方法）。氣測(cè)值法就是利用砂巖（儲(chǔ)層）的孔隙中存在流體（水或油氣），能夠引起氣色譜分析值的變化來實(shí)現(xiàn)判別巖性的目的。在近平衡鉆井過程中，當(dāng)儲(chǔ)層含有物為油氣時(shí)，其油氣擴(kuò)散到泥漿中會(huì)引起氣測(cè)色譜分析值的升高；同時(shí)由于鉆速較快，普通色譜儀分析周期長(zhǎng)，造成氣測(cè)顯示厚度較儲(chǔ)集砂層小。通過對(duì)色譜資料與驗(yàn)證過的巖性資料對(duì)比分析，可找出色譜分析值的變化與巖性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，便能利用氣測(cè)色譜分析資料來輔助判別巖性。

（6）綜合利用綜合錄井儀的參數(shù)判識(shí)巖性（輔助方法）。綜合錄井儀直接測(cè)量的參數(shù)有十幾種，通過論證可知直接參數(shù)鉆速、扭矩、溫度、電導(dǎo)率以及氣體參數(shù)和間接參數(shù)Dc指數(shù)、Sigma指數(shù)與地層巖性有一定的關(guān)系。通過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況表明，當(dāng)Dc指數(shù)向左偏離趨勢(shì)值超過0.1（趨勢(shì)值-Dc指數(shù)）、Sigma指數(shù)向左偏離趨勢(shì)值超過0.05（趨勢(shì)值-Sigma指數(shù)）時(shí)，地層巖性則由泥巖轉(zhuǎn)化到砂巖。對(duì)于扭矩，可用實(shí)時(shí)扭矩曲線進(jìn)行巖性識(shí)別，如砂巖地層扭矩曲線表現(xiàn)為振幅大，泥巖地層振幅小，且比較均勻，利用這些扭矩曲線形態(tài)幫助識(shí)別巖性。

（7）加強(qiáng)地層橫向?qū)Ρ?，?zhǔn)確劃分地層，建立地層剖面，判識(shí)油氣層，卡準(zhǔn)目的層（主要方法）。

4 結(jié)語

PDC鉆頭鉆井技術(shù)是現(xiàn)代鉆井技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)大大提高了鉆進(jìn)速度，提高了生產(chǎn)效率。但是，PDC鉆井技術(shù)由于鉆速快、切削巖石屑較碎甚至?xí)霈F(xiàn)粉末，這些特點(diǎn)使傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)錄井技術(shù)受到限制，特別對(duì)現(xiàn)場(chǎng)錄井剖面符合率影響很大，現(xiàn)場(chǎng)剖面符合率急劇下降。本文根據(jù)自身生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)將適應(yīng)于PDC鉆頭條件下的錄井改進(jìn)方法及技術(shù)加以總結(jié)推廣，提高了現(xiàn)場(chǎng)剖面符合率，保證了錄井資料質(zhì)量。

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