遲到時(shí)間校正創(chuàng)新性研究及在渤海油田的應(yīng)用

楊 露，郭明宇，陳 真，管寶灤，鄭 卓

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津

遲到時(shí)間校正創(chuàng)新性研究及在渤海油田的應(yīng)用

楊 露，郭明宇，陳 真，管寶灤，鄭 卓

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津

在現(xiàn)場(chǎng)鉆井過(guò)程中，遲到時(shí)間的準(zhǔn)確與否對(duì)地質(zhì)錄井及鉆井工程都具有重大的意義，它是提高錄井剖面符合率及油氣發(fā)現(xiàn)率的重要保障，同時(shí)也是鉆井工程準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)的重要前提。遲到時(shí)間的影響因素較多，當(dāng)前渤海地區(qū)主要運(yùn)用投電石或標(biāo)志物法，通過(guò)調(diào)整井眼擴(kuò)大率來(lái)校正遲到時(shí)間，該方法在某些區(qū)塊重難點(diǎn)井作業(yè)過(guò)程中往往無(wú)法滿足剖面歸位的要求。通過(guò)對(duì)渤海地區(qū)某一區(qū)塊不同層段的多口井進(jìn)行綜合研究，發(fā)現(xiàn)該區(qū)塊井眼擴(kuò)大率在不同層位呈現(xiàn)出各自不同的特征，最終總結(jié)出遲到時(shí)間分層段計(jì)算方法。該方法在渤海油田進(jìn)行了應(yīng)用，錄井剖面符合率與油氣發(fā)現(xiàn)率都有較大的提高，取得非常好的效果。

遲到時(shí)間，分層段，巖性組合，擴(kuò)眼率，剖面符合率

AbstractThe accuracy of lag time was crucial to geological logging and drilling engineering in drilling process, which was the guarantee for improving the coincidence rate of profile of mud logging and the rate of oil and gas discovery, and also the important prerequisite for an accurate monitoring of drilling engineering. There existed many factors influencing the lag time. Currently, the lag time was calibrated by adjusting the reaming rate through throwing calcium carbide or markers. This method often could not meet the requirements of stratigraphic profile homing in the drilling process of important and difficult wells in some areas. A comprehensive research is carried out on different sections in multiple wells of a certain area in Bohai oilfield, the result shows that different intervals have different hole enlargement features, thus the method for calculating lag time by section is summarized. Application of the method in Bohai Oilfield improves that the coincidence rate of logging profile and oil and gas discovery rate are improved significantly.

KeywordsLag Time, Stratification, Lithologic Combination, Hole Enlargement Rate, Profile Coincidence Rate

1. 引言

對(duì)于地質(zhì)錄井而言，遲到時(shí)間是一個(gè)最基本的參數(shù)，它的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到錄井剖面的符合率及油氣發(fā)現(xiàn)的準(zhǔn)確率，同時(shí)對(duì)鉆井工程的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)也有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義[1]?，F(xiàn)場(chǎng)鉆井施工過(guò)程中，當(dāng)前渤海油田主要采用“泵沖數(shù)法”來(lái)計(jì)算遲到時(shí)間，其原理是通過(guò)投電石，檢測(cè)乙炔氣，計(jì)算乙炔氣在整個(gè)井眼環(huán)空流程的累積泵沖數(shù)[2]，用實(shí)測(cè)值與計(jì)算值進(jìn)行比較，再通過(guò)校正井眼擴(kuò)大率，從而得到真實(shí)的遲到時(shí)間。然而這只是對(duì)遲到時(shí)間進(jìn)行調(diào)校，不涉及到具體怎么通過(guò)擴(kuò)大率來(lái)調(diào)校遲到時(shí)間的問(wèn)題，而且遲到時(shí)間也受到眾多因素的影響。同時(shí)，沉積相分析表明，相同構(gòu)造的不同井位在同一層位具有相似的巖性組合關(guān)系[3]?；谝陨蟽牲c(diǎn)，筆者進(jìn)行了遲到時(shí)間分層段研究，通過(guò)對(duì)渤海油田X構(gòu)造所鉆井的井徑數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該構(gòu)造不同井的相同層段往往具有相似的井徑變化趨勢(shì)。最終，創(chuàng)新性提出了“遲到時(shí)間分層段研究方法”，并在渤海油田后續(xù)井現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)進(jìn)行了應(yīng)用，有效地提高了現(xiàn)場(chǎng)錄井剖面符合率與油氣發(fā)現(xiàn)的準(zhǔn)確率。

2. 分層段遲到時(shí)間創(chuàng)新性研究

2.1. 影響因素分析

巖屑遲到時(shí)間定義是正常鉆進(jìn)時(shí)巖屑從井底返到井口所用的時(shí)間。遲到時(shí)間影響因素眾多[4]，主要受到地層巖性及壓力、鉆頭及套管程序、鉆井液性能、泵排量等多方面的影響。

通過(guò)大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，同一區(qū)塊或相鄰區(qū)塊的多口井遲到時(shí)間影響因素主要有兩個(gè)方面：①海水膨潤(rùn)土漿轉(zhuǎn)化的深度。鉆井液體系對(duì)井徑影響主要體現(xiàn)在海水膨潤(rùn)土漿的轉(zhuǎn)換深度，無(wú)論是轉(zhuǎn)化為KCl聚合物體系還是轉(zhuǎn)化為PEC體系，轉(zhuǎn)化后井徑整體較規(guī)則，遲到時(shí)間變化較規(guī)律。②地層的巖性。地層巖性對(duì)遲到時(shí)間的影響主要體現(xiàn)在不同巖性對(duì)井壁穩(wěn)定性的影響。不同地層由于巖石力學(xué)性質(zhì)、膠結(jié)程度、孔隙流體壓力、巖石的化學(xué)組成等方面的差異[5]，在實(shí)際鉆井過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不同井壁穩(wěn)定性差異。譬如：淺層疏松砂巖由于儲(chǔ)層成巖程度低，井眼鉆開后，井壁周圍的圍巖由于蠕變而逐漸向井眼收縮變形[6]，而造成井壁垮塌，井徑擴(kuò)大；泥巖由于受地層水化作用影響產(chǎn)生水化膨脹應(yīng)力，同時(shí)由于水的進(jìn)入削弱黏土礦物顆粒之間的聯(lián)結(jié)力，促使巖石力學(xué)強(qiáng)度減小，造成井壁容易不穩(wěn)定，出現(xiàn)井眼擴(kuò)徑甚至出現(xiàn)垮塌；裂縫性發(fā)育的特殊巖性地層由于地層裂縫發(fā)育、破碎、地層應(yīng)力不均造成地層坍塌，井徑擴(kuò)大[7]；鹽膏巖地層由于發(fā)生鹽溶和地層蠕動(dòng)以及石膏吸水膨脹而造成地層變形，井徑縮小。雖然各種巖性的井徑變化不一樣，會(huì)造成遲到時(shí)間的影響也不一樣，但是相似的構(gòu)造條件下，巖性及巖性組合是基本一致的，井徑變化整體情況也基本一致，遲到時(shí)間的變化規(guī)律基本相似。

現(xiàn)場(chǎng)油氣田鉆井作業(yè)時(shí)，同一區(qū)塊或相鄰區(qū)塊的多口井，往往具有相似的鉆頭套管程序、鉆井液性能及鉆井參數(shù)要求。基于相同構(gòu)造的背景下，筆者重點(diǎn)研究相同層段的遲到時(shí)間[8]，即相同地層組合對(duì)遲到時(shí)間的影響。

2.2. 遲到時(shí)間方法創(chuàng)新性研究

在同一構(gòu)造上，如果井型相同、層位相同、工程參數(shù)及鉆井液參數(shù)相近，那么巖性組合相似，井徑變化情況相似(圖1)。

Figure 1. The comparison curve of Well 1 and Well 4 in CFD Oilfield圖1. CFD油田1井與4井井徑對(duì)比曲線

通過(guò)對(duì)相同或相鄰區(qū)塊已鉆井井徑數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析鄰井各層段井徑變化情況，得出該區(qū)塊各層位平均井徑，在此基礎(chǔ)上結(jié)合各井各層段的井段長(zhǎng)度，分析各層段的遲到時(shí)間系數(shù)，形成隨鉆遲到時(shí)間公式，達(dá)到隨鉆遲到時(shí)間監(jiān)測(cè)的目的，分析流程圖如圖2所示。在這個(gè)過(guò)程中主要應(yīng)用加權(quán)平均法和歸一化處理法。

Figure 2. The technological analysis flow chart of stratified sections圖2. 分層段研究技術(shù)分析流程圖

首先，通過(guò)對(duì)鄰區(qū)分層段遲到時(shí)間權(quán)重系數(shù)推導(dǎo)(分層段實(shí)際環(huán)空容積/理論環(huán)空容積)，然后通過(guò)加權(quán)平均的方法，得出這個(gè)區(qū)塊全井的遲到時(shí)間計(jì)算公式。以下為公式推導(dǎo)過(guò)程：

1) 分層段環(huán)空容積之和等于全井段環(huán)空容積：

式中：Dn為分層段井徑，m；d為鉆桿直徑，m；hn為各層段井段長(zhǎng)度，m；為全井加權(quán)平均井徑，m。

2) 遲到時(shí)間系數(shù)：

式中：ki為分層段遲到時(shí)間系數(shù)，1；Φi為各層段實(shí)際環(huán)空容積，m3；Φ為各層段理論環(huán)空容積，m3。

3) 全井遲到時(shí)間：

式中：T為全井遲到時(shí)間，min；k為遲到時(shí)間系數(shù)，1；t為理論遲到時(shí)間，min。

4) 井徑計(jì)算公式：

式中：Dt為理論鉆頭直徑，m；dg為鉆桿直徑，m；Dp為實(shí)際井徑，m。

根據(jù)上述方法，形成了智能化井眼擴(kuò)大率和遲到時(shí)間調(diào)校方法，在鄰井轉(zhuǎn)化鉆井液體系密度、井身結(jié)構(gòu)、各層段平均井徑等資料數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，只需要填寫當(dāng)前所鉆井的各層位的井段和當(dāng)前的鉆井液泵排量，就能自動(dòng)生成當(dāng)前井所需要的遲到時(shí)間和井眼擴(kuò)大率調(diào)校數(shù)據(jù)。

2.3. 技術(shù)創(chuàng)新性及優(yōu)勢(shì)

對(duì)于海洋鉆井來(lái)說(shuō)，由于生產(chǎn)平臺(tái)造價(jià)成本較高，同一生產(chǎn)平臺(tái)數(shù)量有限，對(duì)于某一層位的開發(fā)，井型多為大斜度定向井或水平井。由于井斜較大，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法進(jìn)行電纜測(cè)井，而目前隨鉆測(cè)井儀器，包括Schlumberger、Baker Hughes等國(guó)際大公司都無(wú)法通過(guò)隨鉆測(cè)井方式測(cè)得準(zhǔn)確的井徑曲線，所以通常情況下隨鉆測(cè)井都沒(méi)有井徑數(shù)據(jù)。井徑大小直接關(guān)系到井眼環(huán)空的容積，對(duì)指導(dǎo)后續(xù)固井水泥附加量的計(jì)算有至關(guān)重要的作用，筆者通過(guò)分段研究模型進(jìn)行井眼擴(kuò)大率的計(jì)算，從而求得定向井或水平井的井徑。

根據(jù)遲到時(shí)間公式推算出井眼擴(kuò)大率公式，得出擴(kuò)眼率和遲到系數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，這樣能更方便現(xiàn)場(chǎng)對(duì)井眼擴(kuò)大率的調(diào)校。 解決了以往在明確實(shí)際遲到時(shí)間與計(jì)算得出的遲到時(shí)間情況，靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)去調(diào)校井眼擴(kuò)大率的情況，使井眼擴(kuò)大率調(diào)校更具科學(xué)性。

式中：θ為井眼擴(kuò)大率，1。

推算了不同井眼尺寸下的轉(zhuǎn)換關(guān)系，以直徑12.25 in井眼和直徑8.5 in井眼為例。

3. 應(yīng)用實(shí)例

3.1. 地質(zhì)方面應(yīng)用

3.1.1. 巖性剖面符合率和油氣發(fā)現(xiàn)率明顯提高

2016年在渤海油田開始運(yùn)用該技術(shù)，取得了不錯(cuò)的成效。首先選取了2015年渤海油田錄井剖面符合率較低的幾個(gè)探區(qū)，分析了共47口探井?dāng)?shù)據(jù)，2016年進(jìn)行了相同構(gòu)造的評(píng)價(jià)井試點(diǎn)應(yīng)用。結(jié)果顯示，錄井剖面符合率從2015年74.4%上升為2016年的76.6%，油氣發(fā)現(xiàn)率從2015年的80%上升為2016年的 88.4% (圖 3)。

Figure 3. The profile coincidence rate and oil and gas discovery rate between 2015 and 2016圖3. 2015年與2016年剖面符合率及油氣發(fā)現(xiàn)率對(duì)比

針對(duì)定向井錄井過(guò)程中技術(shù)難點(diǎn)：①由于鉆井參數(shù)不穩(wěn)定、鉆壓扭矩規(guī)律難尋、鉆時(shí)代表性差等方面造成的地層巖性參數(shù)難以識(shí)別的難題；②由于細(xì)小巖屑經(jīng)清洗、沖刷油氣散失嚴(yán)重、鉆井潤(rùn)滑劑影響真假顯示判斷等方面造成的油氣顯示落實(shí)及歸位困難。遲到時(shí)間的準(zhǔn)確性顯得尤為重要，一方面，提高了氣體曲線對(duì)地層剖面歸位的參考性，另一方面加強(qiáng)了氣測(cè)異常段加密觀察樣撈取的代表性，保證了錄井工作質(zhì)量。

舉例分析：X1-5D井于2017年初鉆探，最大井斜23.2?，自斜深777.00 m轉(zhuǎn)換為PEC鉆井液體系，斜深907.00 m進(jìn)入目的層明下段，斜深1845.00 m完鉆，自上而下鉆遇了明上段、明下段、館陶組(未穿)。

通過(guò)實(shí)鉆后錄井與測(cè)井曲線及測(cè)井解釋的對(duì)比，明下段錄井剖面符合率為 83.9%，油氣發(fā)現(xiàn)率為92.9%；館陶組錄井剖面符合率為 94.0%，油氣發(fā)現(xiàn)率為 97.6%；目的層段(明上段、明下段、館陶組)錄井剖面符合率為84.5%，油氣發(fā)現(xiàn)率為96.4%。

將計(jì)算遲到時(shí)間與實(shí)際遲到時(shí)間進(jìn)行對(duì)比(表1)，可以看出，各深度點(diǎn)該技術(shù)計(jì)算的遲到時(shí)間誤差值小，誤差率低，遲到時(shí)間計(jì)算準(zhǔn)確。

Table 1. Comparison between calculated late arrival time and actual late time of X1-5D well表1. X1-5D井計(jì)算遲到時(shí)間與實(shí)際遲到時(shí)間對(duì)比

3.1.2. 鄰區(qū)指導(dǎo)新區(qū)勘探卡準(zhǔn)鉆井取心層位

KL16-X-X井是2016年初渤海油田鉆探的一口預(yù)探井，該井在館陶組有鉆井取心計(jì)劃，遲到時(shí)間的跟蹤及調(diào)校至關(guān)重要。

該井在井深972.50 m第一次地質(zhì)循環(huán)，揭開儲(chǔ)層2.50 m，從錄井圖上的鉆時(shí)曲線和氣測(cè)曲線來(lái)看，遲到時(shí)間準(zhǔn)確。實(shí)際在井段972.50～976.60 m鉆井取心，進(jìn)尺4.10 m，心長(zhǎng)3.55 m，收獲率86.59%，其中含油儲(chǔ)層2.55 m，泥巖夾層1.0 m。通過(guò)實(shí)鉆后測(cè)井與錄井資料對(duì)比驗(yàn)證：錄井取得的地層資料與測(cè)井曲線響應(yīng)特征及完井剖面歸位情況完全一致，氣體資料參考性強(qiáng)，遲到時(shí)間準(zhǔn)確。

該井在井深988.16 m第二次地質(zhì)循環(huán)，揭開儲(chǔ)層2.16 m，從錄井圖上的鉆時(shí)曲線和氣測(cè)曲線來(lái)看，遲到時(shí)間準(zhǔn)確。實(shí)際在井段988.16～997.16 m鉆井取心，進(jìn)尺9.00 m，心長(zhǎng)4.74 m，收獲率52.67%，全為含油儲(chǔ)層。通過(guò)實(shí)鉆后測(cè)井與錄井資料對(duì)比驗(yàn)證：錄井取得的地層資料與測(cè)井曲線響應(yīng)特征及完井剖面歸位情況完全一致，氣測(cè)資料參考性強(qiáng)，遲到時(shí)間準(zhǔn)確。

但是在1000.00 m左右砂體遲到時(shí)間明顯偏小，推斷是剛鉆探的井段出現(xiàn)井徑擴(kuò)大嚴(yán)重，需要增加井眼擴(kuò)大率，調(diào)整遲到時(shí)間，同時(shí)根據(jù)掉塊情況決定是否需要調(diào)整鉆井液性能。遲到時(shí)間分層段研究方法的應(yīng)用為工程決策提供了參考依據(jù)，準(zhǔn)確地卡準(zhǔn)了取心層位，達(dá)到了鉆探目的。

3.2. 鉆井工程應(yīng)用

高質(zhì)量的固井作業(yè)，能有效地封隔油、氣和水等地層，確保油氣井鉆完井作業(yè)安全順利的進(jìn)行[9]，提高生產(chǎn)井的油氣產(chǎn)量及生產(chǎn)壽命。

NB35-X-X井是一口定向調(diào)整井，井眼直徑為12.25 in，深度為2006.00 m，最大井斜81.47?，錄井在井段1698.00～1732.00 m發(fā)現(xiàn)油氣顯示，最高氣全量7.53%，組分不全，只有C1，巖性為細(xì)砂巖。測(cè)井采用Drilling Log方式對(duì)設(shè)計(jì)測(cè)井井段進(jìn)行測(cè)井，測(cè)井項(xiàng)目為電阻率+自然伽馬，最終在該段測(cè)得電阻率為119.1 Ω?m，泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.7%，測(cè)井解釋為油層。

為了保證油層的固井質(zhì)量，防止油氣發(fā)生竄層，通過(guò)該項(xiàng)遲到時(shí)間方法和實(shí)鉆的錄井情況，為固井作業(yè)測(cè)得遲到時(shí)間為33.44 min，井眼擴(kuò)大率為8.49%，最終固井施工設(shè)計(jì)在井段750.00～1500.00 m設(shè)計(jì)1.75 g/cm3領(lǐng)漿附加量80%，在井段1500.00～2003.00 m設(shè)計(jì)1.90 g/cm3尾漿附加量80%。確保了無(wú)井徑曲線數(shù)據(jù)情況下的固井質(zhì)量。

4. 結(jié)論

沉積相分析表明，相同構(gòu)造的不同井位在同一層位具有相似的巖性組合關(guān)系，實(shí)際應(yīng)用證實(shí)，基于某構(gòu)造的不同井分層段研究遲到時(shí)間的方法行之有效，對(duì)于提高錄井剖面符合率和油氣發(fā)現(xiàn)率取得了非常好的效果。

1) 通過(guò)遲到時(shí)間創(chuàng)新性研究，形成了一套相同或相鄰區(qū)塊遲到時(shí)間變化規(guī)律研究的技術(shù)思路，為以后進(jìn)一步細(xì)化研究遲到時(shí)間指引了方向。

2) 通過(guò)該技術(shù)方法在渤海油田卡取心層位、錄井剖面符合率及油氣發(fā)現(xiàn)率等方面的應(yīng)用，效果良好，提高了錄井質(zhì)量，為管理者快速?zèng)Q策提供了依據(jù)。

3) 通過(guò)對(duì)無(wú)井徑數(shù)據(jù)的定向井固井作業(yè)，遲到時(shí)間法為固井水泥附加量提供了依據(jù)，為固井質(zhì)量控制、減少井下作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)提供了保證。

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[編輯]帥群

Innovative Research on Lag Time Calibration and Its Application in Bohai Oilfield

Lu Yang, Mingyu Guo, Zhen Chen, Baoluan Guan, Zhuo Zheng
Engineering Technology Branch, CNOOC Energy Development Co., Ltd., Tianjin

楊露(1984-)，男，工程師，現(xiàn)主要從事鉆井地質(zhì)相關(guān)工作。

2017年5月30日；錄用日期：2017年6月7日；發(fā)布日期：2017年8月15日

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

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

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Received: May 30th, 2017; accepted: Jun. 7th, 2017; published: Aug. 15th, 2017

文章引用: 楊露, 郭明宇, 陳真, 管寶灤, 鄭卓. 遲到時(shí)間校正創(chuàng)新性研究及在渤海油田的應(yīng)用[J]. 石油天然氣學(xué)報(bào),2017, 39(4): 154-160.

10.12677/jogt.2017.394049