綜合錄井參數(shù)的工程與地質(zhì)應(yīng)用

王立峰(長慶工程監(jiān)督處，陜西 西安 710018)

0 引言

錄井作業(yè)現(xiàn)場中需要使用到綜合錄井儀，該儀器的組成部件較多，因此使得其結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，能實現(xiàn)的功能特性也相對強大，其主要負(fù)責(zé)作業(yè)的有效系統(tǒng)包括傳感器、檢測烴類輕體等，在計算機技術(shù)調(diào)配下，可完善錄井作業(yè)。錄井儀采集到的參數(shù)數(shù)據(jù)是鉆井工程中的一手信息，可準(zhǔn)確反映出鉆井勘探期間的各類工程隱患及地質(zhì)情況，方便勘探錄井作業(yè)進(jìn)行，不僅能第一時間發(fā)現(xiàn)地下油氣資源，還可結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗得出有效工程技術(shù)，促進(jìn)鉆井工程保持安全、高效性。

1 綜合錄井參數(shù)概述

在綜合錄井儀使用階段，因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以能達(dá)成更多功能上的技術(shù)展現(xiàn)，以傳感器系統(tǒng)為基礎(chǔ)，可在應(yīng)用期間獲取更多錄井參數(shù)，為井下勘探作業(yè)提供技術(shù)支持。傳感器系統(tǒng)內(nèi)部劃分為較多類型，不同的傳感器結(jié)構(gòu)能發(fā)揮出不同作用，比如常見的有泵沖、力壓、大鉤負(fù)荷等類型，傳感器采集數(shù)據(jù)信號后，可以將其轉(zhuǎn)化為電信號，最終便可匯聚到計算機系統(tǒng)內(nèi)，再經(jīng)由計算得出準(zhǔn)確的綜合錄井參數(shù)。參數(shù)的使用在鉆井工作中能發(fā)揮出較大作用，比如井下的工程操作情況有無異常、實時監(jiān)測油氣數(shù)據(jù)等，因此為了發(fā)揮出不同參數(shù)下的準(zhǔn)確性，需要在綜合錄井儀應(yīng)用前確保其內(nèi)部傳感器系統(tǒng)的工作狀態(tài)保持良好，以此保障綜合錄井參數(shù)的精準(zhǔn)度。

2 綜合錄井參數(shù)工程中的應(yīng)用

2.1 參數(shù)類型及分析

在綜合錄井參數(shù)應(yīng)用中，存在較多實際意義，比如出口流量參數(shù)是將單位時間內(nèi)鉆井液體積做以計算分析，由此便可判斷井下是否發(fā)生井涌、井漏等危害。參數(shù)的種類較多，包括進(jìn)出口溫度、密度、電導(dǎo)率，還有氣體流量、壓力、濕度等表達(dá)形式，不同參數(shù)起到的實際意義不同，但皆能完善井下工程信息，提高工程安全性能。參數(shù)能起到的實際作用，主要是為了監(jiān)測井下環(huán)境有無異常，比如井噴、堵水眼、卡鉆、鉆頭失效、水浸等危害是否發(fā)生，根據(jù)參數(shù)變化，可總結(jié)出危害發(fā)生時的具體規(guī)律，如下所示。

當(dāng)井下發(fā)生井涌、氣浸等危害時，可知鉆井液在入口流量輸入穩(wěn)定下，出口流量數(shù)值較入口流量有明顯增加趨勢，則可判斷為上述危害。其具體表現(xiàn)中，會發(fā)生池體積增大、液體密度減小等現(xiàn)象，另外電導(dǎo)率也將會發(fā)生明顯變化趨勢，會顯著降低。

鉆具異常危害下，通常指的是井下鉆具發(fā)生異常運行情況，比如減震器或刺鉆具失效，具體分析綜合錄井參數(shù)，當(dāng)泵沖不變，鉆具刺漏，則設(shè)備泵壓降低；螺桿發(fā)生問題，泵壓也會降低；而當(dāng)減震器發(fā)生故障，則鉆壓數(shù)值的波動情況較為明顯。

頓鉆以及溜鉆問題，可以通過鉆時參數(shù)的異常進(jìn)行及時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鉆時數(shù)值減少(意為速率加快)、井深突然變深，則可初步推測發(fā)生上述問題，如果此時檢測鉆壓數(shù)值也發(fā)生了瞬時性的增大，則發(fā)生溜鉆危害的可能性較大。

鉆頭異常的情況發(fā)生場景較多，當(dāng)出現(xiàn)水眼堵的情況，泵壓會不斷增大；出現(xiàn)掉水眼時，鉆壓會持續(xù)減?。汇@頭壽命終結(jié)時，對于牙輪鉆頭，機械鉆速明顯下降，扭矩會變大，對于PDC鉆頭，機械鉆速下降明顯，扭矩變大，到達(dá)井底后泵壓會增大[1]。

2.2 氣相色譜儀

氣相色譜儀配置了10m和4m長的PoraPLOT Q色譜柱通道，可應(yīng)用至依賴錄井氣確定最佳鉆探地段的石油和天然氣勘探領(lǐng)域。此儀器在分離和分析烴類化合物以及泥漿樣品中所溶解的其他氣體方面，可為巖性報告提供快速、可靠、一致的結(jié)果。氣相色譜儀對樣品進(jìn)行分析，得到結(jié)果的效率較快，通常僅需30秒，可以說是實時監(jiān)測也不為過，而且該設(shè)備外形小巧，能夠適應(yīng)各類鉆井工序，所以在應(yīng)用中有較高使用頻率。另外，氣象色譜儀設(shè)備具備較高的系統(tǒng)集成特性，能在較低消耗下完成現(xiàn)場操作控制，由此成為錄井參數(shù)的重要設(shè)備。

2.3 鉆時卡取層位

在鉆時參數(shù)應(yīng)用中，能完成對地層不同層位下的準(zhǔn)確卡取。鉆時通常采用的計算間隔設(shè)計中可分為0.5米或者1米的單位距離，微鉆時方法則是將單位距離劃分為更小長度的若干份，在確保距離盡可能縮小同時，還要得出該長度下的微分求導(dǎo)數(shù)值，以此便能得出該點位置下的實時運動速率。微鉆時選用的計算間隔為0.1～0.2米，因此可準(zhǔn)確卡準(zhǔn)不同層位，有效劃分巖層。

卡取層位主要是分為三種層位，包括古潛山、取心、完鉆等，進(jìn)行卡取階段通常使用鉆時和巖性等數(shù)據(jù)參數(shù)作為地層對比的分析方式，甚至有時會采用電測對比方式來具體判斷是否真正的進(jìn)入到了卡取“三層”階段。微鉆時能比傳統(tǒng)鉆時方法具備更高的精準(zhǔn)度，并且其運行期間所受到的干擾相對較小，能產(chǎn)生較大的巖層劃分優(yōu)勢。

某井使用ALS-2型綜合錄井儀錄井，鉆探過程中成功利用微鉆時參數(shù)，卡準(zhǔn)了地質(zhì)設(shè)計中預(yù)測的主力油層的頂界[2]。在施工過程中，根據(jù)錄井顯示情況，于井段1905～1911m進(jìn)行了鉆井取心，據(jù)取心資料分析未到主力層，決定恢復(fù)其鉆進(jìn)流程，當(dāng)處于1913-1913.5鉆進(jìn)范圍內(nèi)，微鉆時數(shù)值急速減小，根據(jù)停鉆分析可知，該范圍內(nèi)巖層屬熒光級別，綜合判斷該階段已然進(jìn)入到主力油層的頂端。隨后進(jìn)行鉆井取心操作，在1914位置時采集到了含油特性，順利完成取心任務(wù)。

微鉆時應(yīng)用技術(shù)尚處在發(fā)展階段，因此其適用范圍在巖性單一的區(qū)塊內(nèi)，在巖性、巖層結(jié)構(gòu)復(fù)雜區(qū)域并不能取得相對良好的應(yīng)用效果。鉆時參數(shù)是判斷巖層層位的重要技術(shù)，不斷發(fā)展該項技術(shù)，有利于地層對比工序的落實。

2.4 電導(dǎo)率參數(shù)應(yīng)用

電導(dǎo)率是錄井作業(yè)中的一項重要參數(shù)組成，其在檢測地層孔隙階段能對孔隙水其鹽度指標(biāo)進(jìn)行變化趨勢上的分析，還可有效檢測地層結(jié)構(gòu)的壓力趨勢變化，由此判斷井下作業(yè)的實際工程狀況。

首先對孔隙水分析。井下勘探工程若勘探的巖層是沉積巖，則可由現(xiàn)實檢測數(shù)據(jù)可知，在壓實帶中的頁巖結(jié)構(gòu)，其孔隙水鹽度將遠(yuǎn)低于砂巖結(jié)構(gòu)的鹽度，因此由電導(dǎo)率參數(shù)便可準(zhǔn)確判斷地層演示構(gòu)造的種類，更好發(fā)展井下工作。究其原因，其一是因為在砂巖成型期間，周邊的頁巖結(jié)構(gòu)被壓實，由此排出了大量的含鹽水分，導(dǎo)致砂巖接受的水中鹽分較多。其二是因為頁巖會對鹽分因子進(jìn)行滲濾作用，因此水分子在通過頁巖后能把含鹽離子充分過濾，此時砂巖中的孔隙水則是排給頁巖，因此砂巖鹽分組成越來越多。以此為錄井參數(shù)的分析規(guī)律，當(dāng)電導(dǎo)率的傳感器結(jié)構(gòu)較靈敏運行中，便能準(zhǔn)確分析出砂巖和頁巖的兩者區(qū)別，并且其參數(shù)得出并不會受到PDC鉆頭影響。

其次對壓力參數(shù)分析。在未壓實階段中，其地層孔隙內(nèi)的水分鹽度指數(shù)有較大幅度下降趨勢，因此便造成了鹽度劃分中有較大突變。當(dāng)未壓實地帶中的孔隙水不能順利排出密閉孔隙外，則該階段較易發(fā)生水熱作用及脫水作用，由此檢測得出的釋放水中幾乎不存在鹽分，以此便可有效稀釋地層內(nèi)部的鹽度。當(dāng)使用較高靈敏度下的電導(dǎo)率參數(shù)設(shè)備時，可按照鉆井液其電導(dǎo)率變化，將未壓實地層做出分析，準(zhǔn)確判斷該類地層的實時位置，還可充分減輕PDC鉆頭在井下勘探期間的應(yīng)用影響，取得較高效應(yīng)用模式。

另外，出口電導(dǎo)率的變化，在一定程度上反映地層中流體的侵入或鹽巖層、膏巖層的存在，在近似環(huán)境下表明井底壓差的變化。若排除施工因素的影響，則可證明地層壓力系數(shù)發(fā)生了變化[3]。

3 綜合錄井參數(shù)地質(zhì)中的應(yīng)用

地質(zhì)勘探下的應(yīng)用實際就是氣測錄井過程，綜合錄井參數(shù)為地質(zhì)勘探工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，其中烴類氣體的檢測工作便是儀器核心功能的展現(xiàn)，該檢測系統(tǒng)內(nèi)包括脫氣器、色譜儀等部分，各項結(jié)構(gòu)共同組成了檢測烴類氣體的較好流程。綜合錄井儀其操作原理是將鉆井液中的各類烴類氣體進(jìn)行妥善分離，并把分離出的氣體經(jīng)由氣測管線運輸至色譜儀中做以氣測分析，由此便可得出井下氣體的含量、成分信息。以現(xiàn)階段技術(shù)，快速色譜儀可完成較快的檢測周期，通常30秒便可完成烴類氣體分析，經(jīng)過不斷分析，以達(dá)成實時、高效的檢測效果。

色譜儀檢測出的烴類氣體包括全烴范圍，其中C1-C5的烴類組成含量也可被有效得出，當(dāng)處于正常情況下，鉆井液的狀態(tài)相對穩(wěn)定，此時若地層成分不含油氣，則全烴檢測的數(shù)值將保持穩(wěn)定，該階段操作人員可以把全烴數(shù)值視作基礎(chǔ)值，當(dāng)發(fā)現(xiàn)該數(shù)值上升，則可推測出該檢測地層中含有油氣。若氣體檢測數(shù)值達(dá)到基礎(chǔ)值的3倍甚至更多時，則需要謹(jǐn)慎進(jìn)行地下作業(yè)，該類異?，F(xiàn)象需要被引起重視，并標(biāo)記出準(zhǔn)確位置下的油氣信息[4]。

結(jié)合時間橫軸，能將全烴曲線進(jìn)行繪制，如圖1所示。通過分析全烴參數(shù)下的曲線形態(tài)，能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)地層何處區(qū)域內(nèi)的油氣信息含量異常，對比分析還能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)非油氣異常的顯示區(qū)域，幫助地層勘探人員繪制出完善的油氣儲藏位置圖。該圖圖像顯示，當(dāng)油氣顯示異常，則氣測數(shù)值中的全烴含量將在較快反應(yīng)時間內(nèi)發(fā)生變化，從圖中可知上升速度較快，已然達(dá)到了基礎(chǔ)數(shù)值3倍以上。當(dāng)全烴數(shù)值處于高峰期后，將持續(xù)一段時間，該持續(xù)時間可結(jié)合地下構(gòu)造中的含油情況進(jìn)行判斷，經(jīng)過計算機系統(tǒng)計算，準(zhǔn)確得出油氣豐度/油氣儲層厚度。

圖1 油氣顯示異常中的全烴曲線

高峰期隨時間軸逐漸消退，此時全烴數(shù)值的下降過程趨勢與高峰前期基本呈對稱結(jié)構(gòu)，該種情況下的完整曲線圖便可證明該地層勘探階段中存在油氣顯示異常情況，并可針對不同的數(shù)值來判斷異常程度。操作人員對油氣顯示的變化趨勢現(xiàn)象進(jìn)行分析，能準(zhǔn)確得知地層油氣位置及含量，不斷培養(yǎng)操作人員的辨別能力，使其具備區(qū)分顯示異常和后效異常的區(qū)別，并對單根峰和鉆井液等造成異常情況加以辨別，以此完善地層勘探的流程。

4 結(jié)語

綜上，傳感器技術(shù)幫助地質(zhì)錄井作業(yè)獲取到更多地下工程數(shù)據(jù)及氣測參數(shù)，因此使用綜合錄井儀能妥善落實鉆井工程的監(jiān)測階段，提供有效信息。在未來技術(shù)發(fā)展下，綜合錄井技術(shù)將延續(xù)強大功能，并逐漸轉(zhuǎn)向信息化發(fā)展模式，井下檢測的安全性和參數(shù)質(zhì)量都會有所提高。參數(shù)的類型、應(yīng)用辦法是影響錄井精度的重要組成，擴寬綜合錄井技術(shù)在工程、地質(zhì)中的應(yīng)用范圍，能深度挖掘錄井工作的參數(shù)意義，為高效鉆井提供安全保障，更好識別地下油氣資源。