氣測錄井在黑富地1井鉆探中的應(yīng)用

伍曉龍， 高帥軍， 易亞東， 朱芝同， 董向宇， 李文秀

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所，河北 廊坊 065000； 2.中地裝張家口探礦機(jī)械有限公司，河北 張家口 075000；3.黑龍江省第五地質(zhì)勘查院，黑龍江 哈爾濱 150090)

近年來，為加強(qiáng)油氣資源勘探開發(fā)，實現(xiàn)地質(zhì)大調(diào)查目標(biāo)，中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所和沈陽地質(zhì)調(diào)查中心合作在東北地區(qū)松遼盆地外圍突泉盆地、金羊盆地針對新層系研究已經(jīng)實施了深孔油氣調(diào)查勘探井，開展了對該區(qū)域油氣地質(zhì)的垂向探查[1]。為準(zhǔn)確分析地層中巖石資料及儲藏油氣含量，要求在鉆井過程中進(jìn)行全孔取心、井口安裝井控裝置，同時對全孔進(jìn)行測井、氣測錄井作業(yè)。氣測錄井技術(shù)在石油行業(yè)油氣井勘探中已經(jīng)普遍應(yīng)用在小口徑巖心鉆探施工中應(yīng)用較少，傳感器的安裝、配置也無參考，只能在施工中進(jìn)行摸索思考，探索氣測錄井在小口徑油氣地質(zhì)調(diào)查井鉆探中的應(yīng)用。

1 項目概況

松遼外圍西部盆地油氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查項目圍繞松遼盆地外圍濱北地區(qū)，在前期取得的地質(zhì)認(rèn)識基礎(chǔ)上，在松遼盆地外圍濱北地區(qū)，針對石炭-二疊系新層系開展地質(zhì)調(diào)查井鉆探，獲取巖心實物，為查明油氣地質(zhì)條件，評價油氣資源前景提供基礎(chǔ)資料。完成鉆井工程設(shè)計，實施一口2000 m機(jī)械巖心鉆探油氣地質(zhì)調(diào)查井，包括全井取心鉆探，地球物理測井，氣測、熒光錄井，井控配套。為盆地油氣資源地質(zhì)調(diào)查、驗證油氣層含油特性及生儲狀況提供試驗數(shù)據(jù)信息。

2 設(shè)備選型

2.1 錄井設(shè)備簡介

通過多方考察，結(jié)合項目經(jīng)費(fèi)情況，選用任丘科新石油設(shè)備廠生產(chǎn)的ZSY2008型氣測錄井系統(tǒng)，該錄井儀帶色譜快速分析系統(tǒng)，錄井儀配備了氫焰色譜儀、熱導(dǎo)色譜分析儀和硫化氫探頭，井深、液位、電導(dǎo)率、鉆井液密度等其它鉆井工程參數(shù)傳感器。

2.2 氣測錄井原理

氣測錄井過程中通過安裝在井口的脫氣器將孔內(nèi)返出的鉆井液內(nèi)氣體脫出后用氣管送至氣路分配箱，同時將氫氣發(fā)生器和空壓機(jī)產(chǎn)生的氧氣也輸送至該箱，通過氣路分配系統(tǒng)送至色譜箱進(jìn)行色譜分析，色譜分析數(shù)據(jù)通過色譜控制箱上的USB接口傳至計算機(jī)系統(tǒng)，現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過CAN總線傳送到計算機(jī)的RS-232串口或者RS-485并口，把現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)。通過計算機(jī)內(nèi)路基軟件進(jìn)行分析，將分析結(jié)果通過圖表和數(shù)據(jù)格式輸出，保存至錄井房電腦上[2]，原理如圖1所示。

圖1 氣測錄井原理圖Fig.1 Gas logging schematic diagram

3 傳感器安裝

本氣測錄井設(shè)備除配備色譜分析系統(tǒng)外還配備了井深、液位、電導(dǎo)率、鉆井液密度、H2S等錄井用傳感器。不同鉆井設(shè)備傳感器的安裝并不相同，本井為小口徑油氣地質(zhì)調(diào)查井，選用張家口生產(chǎn)的XY-8型立軸巖心鉆機(jī)，之前巖心鉆探并未要求錄井操作，設(shè)備上無傳感器安裝位置，這對錄井傳感器安裝帶來一定困難。為保證錄井質(zhì)量，將現(xiàn)有傳感器全部安裝上。

一般情況下傳感器主要安裝井場靠近鉆機(jī)且通過儀器觀察窗能夠直接看到井場工作情況的地方，本井傳感器安裝在井口、設(shè)備(鉆機(jī)和泥漿泵)、泥漿池等處[3-4]。

3.1 井口處傳感器安裝

井口安裝有電動脫氣器、液位傳感器、出口溫度3種傳感器，井口傳感器原則應(yīng)安裝在距離井口最近的位置，太近會在鉆進(jìn)或者打撈巖粉過程中由于井內(nèi)噴出的鉆井液或者打撈工人不注意而損壞傳感器，一般安裝位置在距離井口3～5 m處。

3.2 泥漿池處傳感器安裝

泥漿池內(nèi)傳感器包括鉆井液密度、電導(dǎo)率、液位3種傳感器。小口徑巖心鉆探泥漿池主要有2個，1個沉淀池，1個泥漿池，我們將傳感器主要安裝在沉淀池內(nèi)，液位傳感器安裝在距泥漿池液面0.5～2 m處，電導(dǎo)率和鉆井液密度傳感器直接放入泥漿池內(nèi)，放入太深會因巖粉沉淀堵住傳感器，太淺測量結(jié)果不準(zhǔn)，一般放入距離泥漿池底0.5～0.8 m處。

3.3 設(shè)備處傳感器安裝

設(shè)備處傳感器主要有泵沖和井深傳感器，泵沖傳感器安裝在泥漿泵主軸邊上，計算泥漿泵流量；井深傳感器安裝在一個小的絞車上，該絞車有一大一小2個滾筒，將2根粗6 mm的鋼絲繩分別固定在2個滾筒上，大滾筒上鋼絲繩的另一端固定在主動鉆桿上部的水龍頭上，小滾筒另一端的鋼絲繩掛上配重(配重質(zhì)量要適當(dāng))，通過滑輪掛在桅桿上部，確保滾筒能夠正反轉(zhuǎn)動靈活，從而準(zhǔn)確記錄井深數(shù)據(jù)。

3.4 傳感器標(biāo)定

4 錄井操作

儀器安裝調(diào)試、標(biāo)定完成后開始?xì)鉁y錄井，正式錄井前將儀器按正確順序開機(jī)后空載運(yùn)行48 h左右，可保證錄井?dāng)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；錄井過程中每周對儀器色譜進(jìn)行現(xiàn)場和室內(nèi)注樣標(biāo)定，及時檢查儀器測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。錄井人員在錄井操作過程中時刻對錄井界面進(jìn)行關(guān)注，注意氣測含量、泥漿池進(jìn)出口液面等參數(shù)的變化，有變化及時告知鉆臺司鉆人員，確保施工安全。

該井氣測錄井施工過程中，錄井隊人員每天井口注樣進(jìn)行錄井系統(tǒng)氣密性檢驗，全井共進(jìn)行錄井系統(tǒng)氣密性檢驗130次。各班組根據(jù)鉆進(jìn)情況，260～1600 m每鉆進(jìn)200 m實測遲到時間一次；1600～2089 m每鉆進(jìn)100 m實測遲到時間一次。油氣顯示層段加密測量，保證了錄井資料的準(zhǔn)確性和可靠性。見油氣顯示后，每次取心后進(jìn)行后效測量，每天進(jìn)行一次傳感器的校驗，防止由于其他原因?qū)怏w進(jìn)行誤判，發(fā)現(xiàn)氣測異常顯示及時與井隊溝通，停鉆循環(huán)，有效預(yù)防井噴等鉆井事故的發(fā)生。

5 氣測錄井結(jié)果分析

5.1 錄井工作量統(tǒng)計

黑富地1井設(shè)計井深2000 m，完鉆井深2089.4 m，終孔口徑77 mm， 錄井施工累計開機(jī)5個月，錄井具體工作量見表1。

表1 黑富地1井氣測錄井工作量完成情況Table 1 Gas logging work amount completed for Well Heifudi-1

5.2 氣測異常解釋原則

黑富地1井為小口徑油氣地質(zhì)調(diào)查井，最小鉆進(jìn)口徑77 mm，與石油鉆井(一般?152～216 mm終孔)相差甚大，因而氣測基值較低，氣測基值范圍會隨著孔內(nèi)氣量的不同產(chǎn)生變化，本井氣測濃度基值主要維持在0.014%～0.5%，0.003%～0.006%，0.1%～0.8%范圍內(nèi)，結(jié)合小口徑油氣地質(zhì)調(diào)查井鉆孔氣測異常顯示情況以及全烴、組分氣測值的變化范圍和持續(xù)時間長短，本井以基值濃度的3～5倍以上確定為氣測異常顯示[5-6]。

5.3 氣測異常顯示分析

本井從260 m開始至井底連續(xù)觀測，觀察巖心是否有氣體溢出。室內(nèi)分析烴組分測定項目：CH4、C2H6、C3H8、iC4H10、nC4H10、iC5H12、nC5H12。非烴類測定項目：CO2、H2S。通過氣測錄井發(fā)現(xiàn)異常顯示，氣測異常顯示段在624.00～786.00 m，持續(xù)厚度162 m，1979～2050 m，持續(xù)厚度71 m，兩段累計持續(xù)厚度233 m。詳細(xì)氣測異常顯示段井深、含量記錄見表2，隨鉆氣測錄井部分油氣顯示如圖2所示。

從表2、圖2及鉆遇地層分析知上層氣體主要在上白堊嫩江組，巖性為黑色泥巖、灰黑色泥巖，全烴基值0.436%，峰值5.04%，峰基比11.5，其中C1為組分中主要含量。下部氣體主要出現(xiàn)在鉆遇二疊系，巖性較致密堅硬的黑色絹云母板巖中，在2004 m之后有明顯的氣測異常，氣測基值在0.3%～0.4%，有逐漸增大的趨勢，鉆進(jìn)中氣測異常高值可達(dá)1.6%～1.8%，后效值達(dá)4%左右，每次取心后開始鉆進(jìn)前氣測異常值都會有從小到大后隨著時間增長數(shù)值趨于穩(wěn)定值0.1%～0.8%。

表2 氣測異常顯示記錄Table 2 Gas abnormal indication record

圖2 黑富地1井隨氣測鉆錄井圖Fig.2 Gas logging records of Well Heifudi-1

為確切分析氣測組分含量，用氣體取樣袋已采集氣樣(17袋，每袋1 L)開展測試分析，進(jìn)行氣體的組分、含量、同位素組成特征、成氣母質(zhì)的有機(jī)質(zhì)類型和演化程度及氣體的伴生物特征等分析。

5.4 氣測錄井影響因素分析

通過黑富地1井氣測錄井操作，發(fā)現(xiàn)影響氣測錄井準(zhǔn)確性因素主要有以下幾個方面[7-14]。

5.4.1 脫氣器安裝位置的影響

鉆井液脫氣要求將脫氣器安放在距井口3～5 m，且流動平緩，泥漿槽坡度<3°。如果上述條件不滿足，如泥漿槽坡度過大，造成鉆井液通過脫氣器時流速很快，脫氣器還未來得及脫出氣體，鉆井液已快速流走，很難檢測到油氣層。

5.4.2 鉆井工程參數(shù)的影響

鉆時(或轉(zhuǎn)速)：鉆時高，單位時間內(nèi)破碎的巖石體積少，相應(yīng)產(chǎn)生的破碎氣亦少，全烴值則低，反之則高。

鉆頭直徑：鉆頭直徑大，破碎面則大，單位時間內(nèi)破碎的巖石體積多，相應(yīng)產(chǎn)生的破碎氣亦多，全烴值則高，反之則低。

鉆井液排量：排量大，鉆井液在井底滯留時間短，單位體積的鉆井液所溶入的氣樣量少，全烴值則低，反之則高。

5.4.3 鉆井液性能的影響

鉆井過程中，只有當(dāng)井內(nèi)鉆井液柱壓力與地層壓力處于一種近似平衡時才是最理想的狀態(tài)，因而鉆井液對正常鉆井是重要的，同樣它的性能也同樣影響氣測錄井資料的顯示。鉆進(jìn)液柱產(chǎn)生的液柱壓力高于地層壓力時，施加給地層的壓力較大，地層油氣侵入鉆井液的量很小，因而錄井的各項資料顯示絕對含量較低，相反，鉆井液柱產(chǎn)生的壓力略低于地層的壓力時，地層中大量的油氣不斷滲入鉆井液，使氣測錄井顯示相對較高。鉆井液粘度越高，脫氣越困難，氣測值顯示越低。

5.4.4 鉆進(jìn)不連續(xù)性的影響

油氣地質(zhì)調(diào)查井一般采用繩索取心施工，施工過程中需要停鉆、取心，這就導(dǎo)致鉆進(jìn)無法連續(xù)，取心時間過長，鉆進(jìn)開始時發(fā)現(xiàn)氣體含量較高，對錄井?dāng)?shù)據(jù)的連續(xù)性和準(zhǔn)確性帶來困難。

5.4.5 傳感器自身精度的影響

油氣地質(zhì)調(diào)查井和石油鉆井相比工程費(fèi)用差距很大，在設(shè)備的選用上就會大打折扣，傳感器精度質(zhì)量便會降低，加之該類鉆井為滿眼鉆進(jìn)，鉆井口徑小，環(huán)狀間隙小，氣體溢出含量低，為錄井儀器分析和數(shù)據(jù)記錄的準(zhǔn)確性帶來困難，影響后續(xù)對孔內(nèi)油氣含量的分析。

5.5 氣測錄井質(zhì)量評價

由于無適合小口徑油氣地質(zhì)調(diào)查井氣測錄井技術(shù)規(guī)范，我們在黑富地1井氣測錄井操作時參考的石油行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《油氣探井完井地質(zhì)錄井規(guī)范》(SY/T 6195-2008)、《油氣探井氣測錄井規(guī)范》(SY/T 5788.2-2008)、《油氣探井油氣水層錄井綜合解釋規(guī)范》(SY/T 5969-2005)和《黑富地1井鉆井地質(zhì)設(shè)計》等技術(shù)規(guī)范和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，施工中發(fā)現(xiàn)石油行業(yè)上述錄井規(guī)范和本井施工相差甚大，執(zhí)行起來很困難，部分要求根本無法滿足。按照部分規(guī)范內(nèi)容和本井施工工藝做對比，咨詢相關(guān)技術(shù)人員，確保安全的前提下，探索和總結(jié)氣測錄井注意事項及安全操作步驟，最終圓滿地完成了氣測錄井工作，為項目的順利完成提供了確切的氣測資料。

全井全烴曲線連續(xù)，烴組分、非烴組分分析及時準(zhǔn)確，無漏測、誤測現(xiàn)象；錄井前進(jìn)行儀器刻度和遲到時間測定，錄井過程中堅持進(jìn)行儀器穩(wěn)定性檢查、遲到時間測定、管線氣密性檢查、電脫脫氣效率檢查，確保氣測錄井原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；后效測量按要求進(jìn)行。氣測原始記錄圖、氣測原始記錄表和氣測鉆時記錄表，圖表打印清楚，無丟失或重復(fù)整米現(xiàn)象；充分分析鉆井液、鉆井工藝和目的層的物理特征，氣測異常層段錄井解釋準(zhǔn)確[15]。黑富地1井氣測錄井資料符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范和地質(zhì)設(shè)計要求，達(dá)到了地質(zhì)目的。

6 結(jié)論

(1)黑富地1井通過氣測錄井分析油氣顯示層段共17層，總累計厚度233 m，鉆進(jìn)過程中全烴峰值達(dá)5.04%，對數(shù)值的分析只能初步判定該地區(qū)內(nèi)油氣含量，為后續(xù)井位布置和施工提供了參考。

(2)黑富地1井為小口徑地質(zhì)調(diào)查井，鉆孔口徑較小，主要以巖心鉆探為主，導(dǎo)致破碎面積小，地層內(nèi)溢出氣體含量較低，加上小口徑鉆探基本為滿眼鉆進(jìn)，環(huán)狀間隙小，氣體溢出難度大，最后導(dǎo)致井口檢測到的氣體含量較小，氣測值較小。受到鉆孔口徑影響，部分專用儀器無法入井測量，從而對氣測評價影響較大，但可通過較小的鉆探成本投資，大致分析該地域油氣儲量情況，為后續(xù)進(jìn)行大口徑石油鉆井提供一定依據(jù)。

(3)通過該井施工，分析發(fā)現(xiàn)小口徑油氣鉆井和大口徑石油鉆井在后效測量方式上的不同是小口徑油氣鉆井需在取心后和下鉆完成后測量后效，而大口徑油氣鉆井只需下鉆完成后測量后效，取心完成后鉆進(jìn)前測量的后效值均大于下鉆完成后測量的后效值。

(4)氣測錄井和小口徑油氣井鉆探配合應(yīng)用實例較少，按照選用的鉆機(jī)類型，考慮井深、扭矩等傳感器的布置，投入經(jīng)費(fèi)，提高錄井設(shè)備質(zhì)量、傳感器精度等，編制適合油氣地質(zhì)調(diào)查井錄井規(guī)范，確保錄井施工的安全性、錄井?dāng)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。