X射線熒光錄井技術在克深區(qū)塊鹽底界面的卡層應用

王 海，張 瑋，田 磊，譚俊平，李浩平中石油塔里木油田分公司勘探事業(yè)部，新疆 庫爾勒

2中石油塔里木油田分公司庫車油氣開發(fā)部，新疆 庫爾勒

X射線熒光錄井技術在克深區(qū)塊鹽底界面的卡層應用

王 海1，張 瑋2，田 磊1，譚俊平1，李浩平11中石油塔里木油田分公司勘探事業(yè)部，新疆 庫爾勒

2中石油塔里木油田分公司庫車油氣開發(fā)部，新疆 庫爾勒

塔里木油田庫車坳陷古近系庫姆格列木群發(fā)育著巨厚的膏鹽巖層，準確的卡取鹽底界面，下入技術套管,封隔該段具有高壓力系數(shù)的地層，是安全鉆開油氣層的關鍵。利用X射線熒光錄井技術確定元素標志層，利于地層對比區(qū)分鹽底泥巖與鹽間泥巖，解決了鹽底界面卡取困難的問題，確保鉆探目的的實現(xiàn)。

X射線熒光錄井，膏鹽巖地層，鹽底卡層，元素標志層

AbstractIn Palaeogene Kumugeliemu Group in Kuqa Depression of Tarim Oilfield, there developed a gypsum salt rock formation. The key for safe drilling of oil and gas layer there was to identify salt bottom accurately and seal this section with high pressure coefficient. The X-ray fluorescence logging technique is used to identify the element marker layer and is beneficial for stratigraphic correlation, and distinguishing the mudstone at the bottom of the salt layer and between the salt. The method solves the problem for identification of salt on the bottom, ensues the realization of target zone drilling.

KeywordsX-Ray Fluorescence Logging, Salt Formation, Identification of Salt Layer, Element Marker Layer

1. 引言

克深區(qū)塊位于塔里木盆地庫車坳陷的克拉蘇構造帶上，目的層白堊系蘊藏著豐富的天然氣資源。其上部古近系庫姆格列木群(E1-2km)發(fā)育著巨厚的膏鹽巖,為油藏提供了優(yōu)質蓋層，是形成大型超高壓氣藏的關鍵因素之一。而超深、超厚的膏鹽層與下覆地層(目的層)存在著相差巨大的壓力系統(tǒng)，給鉆井工程帶來巨大的施工風險。為了確保鉆井施工安全，目前在庫車坳陷山前井的膏鹽巖地層主要采用油基鉆井液鉆進，保持井壁穩(wěn)定，并用技術套管封住膏鹽巖層。如果未鉆穿，提前下入套管，造成目的層小井眼鉆進，難以達到鉆探目的；而在鉆穿膏鹽巖層后，又極易發(fā)生井漏和卡鉆事故，因此卡準鹽底界面成為確保鉆井正常施工的關鍵。

常規(guī)的卡層方法是通過肉眼觀察巖屑，結合綜合錄井儀器采集工程參數(shù)(如鉆時、扭矩、鉆壓等資料)來判斷是否鉆穿膏鹽巖[1]。隨著鉆井工藝的發(fā)展，如PDC鉆頭的應用，鉆時快慢的差異變得不明顯；由井底返出的巖屑也十分細碎，使得巖屑錄井對巖性難以識別,也不利于地層對比，因此卡取鹽底界面仍然很困難。筆者利用 X 射線元素錄井技術分析巖屑中的 Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ba、Ti、Mn、Fe、V、Ni、Sr、Zr等17種元素含量，對獲取的數(shù)據(jù)進行分析研究，可以識別巖性及鹽底卡層；并提出了一套現(xiàn)場操作性強的鹽底卡層的方法，使用該方法極大地提高了鹽底卡層的成功率，保障區(qū)內膏鹽巖地層安全快速鉆進。

2. X射線熒光錄井技術

X射線熒光錄井技術(XRF)利用 X射線錄井儀來檢測和分析巖屑中的元素的種類和含量。該項技術是在 X射線熒光分析原理與巖石地球化學理論基礎上發(fā)展而來。目前，塔里木油田采用的是 HB-X100型X射線錄井儀，它具有分析速度快、工作穩(wěn)定、儀器體積小、對巖屑需求量小、巖屑樣品粒度要求低等優(yōu)點，非常適合用于現(xiàn)場巖性識別和卡層。

3. 元素錄井識別巖性

E1-2km主要巖性為泥巖、石膏巖、鹽巖、白云巖、灰?guī)r等。目前，巖性的識別主要是通過肉眼觀察來定名、受制于巖屑客觀條件和錄井隊的鑒定水平，X射線熒光錄井技術則是一種全新的，定量化識別巖性的技術手段，能夠解決巖屑細碎、人為主觀因素等造成的巖性識別困難。

眾所周知，元素是構成所有巖石最基本的化學單元，不同類型的巖石具有不同的元素組成，X射線熒光錄井技術就是通過元素地球化學成分分析進行巖性識別。砂巖的主要成分是SiO2，因此Si元素在砂巖中富集；A1、Fe等元素的含量在富含黏土礦物的泥巖中很高；純石灰?guī)r的化學成分為CaCO3，Ca元素在灰?guī)r中富集；純白云巖(白云石)的化學成分為 MgCa(CO3)2，Mg、Ca在白云巖中富集；石膏巖的主要化學成分為CaSO4,石膏巖中富集Ca、S元素；鹽巖的主要化學成分為NaCl，鹽巖中富集Na、Cl元素。利用上述富集規(guī)律并通過圖譜法、數(shù)值法、曲線法、XRF分析數(shù)據(jù)處理法、曲線交會法等巖性解釋方法[2]，可以準確地區(qū)分巖性(圖1)。總而言之，通過現(xiàn)場使用證明元素錄井解釋巖性是一種有效巖性識別方法。

Figure 1. The sectional view of lithologic interpretation of X-ray fluorescence logging圖1. X射線熒光錄井巖性解釋剖面圖

4. 鹽底界面的卡取

庫車坳陷經歷了多期的構造運動，膏鹽巖層受擠壓變形嚴重，縱向和橫向都難以對比，無法準確地預測鹽底深度。通過 X射線熒光元素錄井技術分析發(fā)現(xiàn)鹽底卡層并不是無跡可循，可以利用元素標志層進行地層對比，確定是否進入最后一套膏鹽巖層，并通過鹽底泥巖與鹽間泥巖的區(qū)別來準確地卡取鹽底界面。

4.1. 元素標志層

通過對克深區(qū)塊多口井分析發(fā)現(xiàn)，Sr質量濃度會出現(xiàn)一個異常高值段(圖2)，預示著該段為最后一套膏鹽巖層，即接近鹽底。Sr的X射線熒光錄井的異常高值是海侵的一個重要特征[3]。庫車盆地古近紀早期發(fā)生過一次較明顯的海侵[4]，氣候持續(xù)的干燥炎熱，Sr通過生物化學作用沉淀下來。Sr對沉積環(huán)境具有重要的指示意義，筆者利用Sr質量濃度的異常高值段作為標志層，在地層對比中也起著至關重要的作用。

Figure 2. The diagram of formation contrast in the studied area圖2. 研究區(qū)地層對比圖

4.2. 鹽底泥巖與鹽間泥巖對比分析

標志層下的膏鹽巖厚度分布不均，井與井之間差別巨大，準確地識別鹽底的褐色泥巖和鹽間的褐色泥巖是卡層的另一關鍵點。

巖石中各種所含礦物多以單質礦物、氧化物和氫氧化物等形態(tài)存在，如組成泥巖的黏土礦物主要以SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等為主[5]，而這些化合物又以Al、Fe、Si等為主要元素。為了便于對比鹽間泥巖與鹽底泥巖，對克深區(qū)塊的8口井，分析了Na、Mg、Al、Si、S、Cl、K、Ca、Fe共9種主要元素(表 1)。

通過表1可以看出，Mg、Cl元素的平均質量分數(shù)在鹽間泥巖與鹽底泥巖中差異具有一定的規(guī)律。鹽間泥巖Mg平均質量分數(shù)在2.26%～3.92%之間，鹽底泥巖Mg平均質量分數(shù)在4.34%～7.20%之間，鹽底泥巖的Mg平均質量分數(shù)高于鹽間泥巖。鹽底泥巖Cl平均質量分數(shù)在2.01%～4.98%之間，鹽底泥巖Cl平均質量分數(shù)在0.43%～1.81%之間，鹽底泥巖的Cl平均含量低于鹽間泥巖。而Na、Al、Si、S、K、Ca、Fe幾種元素的平均平均質量分數(shù)在鹽間泥巖與鹽底泥巖中差異不大。

Table 1. The average mass fractions of major elements in the salt interbed and salt on the bottom layer in Keshen Block表1. 克深區(qū)塊鹽間泥巖與鹽底泥巖的主要元素平均質量分數(shù)

利用鹽間與鹽底泥巖元素含量差異開發(fā)出了三角圖版(圖 3)和交會圖版(圖 4)。圖中藍色代表鹽間泥巖，粉紅色代表鹽底泥巖。通過圖版法可以更直觀地判斷是否是鹽底泥巖。

Figure 3. The tran-angular chart board of mudstone elements between the salt interbed and salt on the bottom圖3. 鹽間與鹽底泥巖元素三角圖版

Figure 4. The cross-plot of mudstone elements between salt interbed and salt on the bottom圖4. 鹽間與鹽底泥巖元素交會圖版

5. 應用實例

克深504井卡層分析：

1) 井深6347 m，ρSr為14067 mg/L；6348 m，ρSr達到13504 mg/L (圖5)。ρSr異常高值是一個元素標志層，預示著接近鹽底，鉆穿鹽巖段見泥巖可能為鹽底泥巖。

2) 鉆進至井深6405 m時，巖屑見少量褐色泥巖，元素錄井分析wCl為9.75%，wMg為2.31% (表2)，且泥巖中的鹽質成分較多(圖5)，不符合鹽底泥巖特征。

3) 現(xiàn)場錄井認為該段見褐色泥巖，且?guī)r性組合關系與鄰井一致，認為該段為鹽底褐色泥巖，決定在井深6419 m (圖5中紅線)中完下套管作業(yè)。元素錄井認為本段無鹽底泥巖特征，下部地層可能有鹽巖，建議繼續(xù)鉆進。

4) 鉆進至井深6421 m，巖屑中wCl上升至15.13%；6421～6435 m，wCl為8.86%～15.85%，巖性主要為鹽巖。

5) 鉆進至井深6436 m時，wCl下降至0.55%，wMg上升至3.79% (表2)，巖性為泥巖，元素錄井認為6436 m符合鹽底泥巖特征。

6) 圖版驗證，6138～6212 m 段中的泥巖(藍色)落入三角圖版和交會圖版中的鹽間泥巖區(qū)域，6405～6416 m (黃色)也落入三角圖版和交會圖版中的鹽間泥巖區(qū)域，6436～6445 m (粉紅色)落入三角圖版和交會圖版中的鹽底泥巖區(qū)域(圖6、圖7)。

綜合以上的特征，判斷已經進入鹽底泥巖。通過下步鉆進證實鹽底界面卡取準確，確保了鉆井施工正常進行。

Figure 5. The sectional view of lithlogic interpretation of X-ray fluorescence logging圖5. X射線熒光錄井巖性解釋剖面圖

Table 2. The data of Mg and Cl element mass fraction in Well Keshen 504表2. 克深504井Mg、Cl元素質量分數(shù)數(shù)據(jù)表

Figure 6. The tranangular chart board of mudstone elements between salt interbed and salt on the bottom in Well Keshen 504圖6. 克深504井鹽間與鹽底泥巖元素三角圖版

Figure 7. The cross-plot of mudstone elements between salt interbed and salt on the bottom in Well Keshen 504圖7. 克深504井鹽間與鹽底泥巖元素交會圖版

6. 結論

1) X射線熒光錄井技術通過元素地球化學成分分析識別巖性，為巖性定名提供依據(jù)。

2) 元素錄井分析出的微量元素的異常高值符合成巖時期的沉積環(huán)境，可作為元素標志層，利于井間橫向對比。

3) 利用元素定量化分析，區(qū)分鹽間泥巖與鹽底泥巖，并建立相應圖版，準確地卡取鹽底界面。

References)

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[編輯]鄧磊

The Application of X-Ray Fluorescence Logging in Defining Salt Boundary in Keshen Block

Hai Wang1, Wei Zhang2, Lei Tian1, Junping Tan1, Haoping Li11Exploratiion Division of Tarim Oilfield Company, PetroChina, Korla Xinjiang
2Kuqa Oil and Gas Development Division of Tarim Oilfield Company, PetroChina, Korla Xinjiang

王海(1976-)，男，碩士，高級工程師，現(xiàn)主要從事油氣地質評價與勘探。

2017年3月13日；錄用日期：2017年7月8日；發(fā)布日期：2017年8月15日

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Received: Mar. 13th, 2017; accepted: Jul. 8th, 2017; published: Aug. 15th, 2017

文章引用: 王海, 張瑋, 田磊, 譚俊平, 李浩平. X射線熒光錄井技術在克深區(qū)塊鹽底界面的卡層應用[J]. 石油天然氣學報, 2017, 39(4): 129-137.

10.12677/jogt.2017.394046