白油基鉆井液對氣測錄井?dāng)?shù)據(jù)的影響及認(rèn)識

楊 琳 劉達(dá)貴 尹 平 唐家瓊 唐 謝 陳 丹 張 雷

(中國石油川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院)

0 引 言

隨著四川盆地勘探工作向埋藏深、構(gòu)造復(fù)雜區(qū)塊推進，為解決多壓力系統(tǒng)、地層垮塌、井漏嚴(yán)重等問題，鉆井現(xiàn)場逐步引入白油基鉆井液以確保高效鉆進。白油基鉆井液具有強抑制性、強耐溫性、抗污能力好、保護油氣層、潤滑性能好、抗腐蝕性強等顯著優(yōu)點[1-10]。氣測錄井?dāng)?shù)據(jù)是發(fā)現(xiàn)和評價油氣層的第一手資料，研究表明該數(shù)據(jù)與鉆井液類型關(guān)系密切，例如：曹鳳俊、李秀彬等[11-12]指出在油基鉆井液的影響下全烴背景值易出現(xiàn)高值，不能真實反映地層顯示。趙玉娟、柳成志、吳侃等[13-15]通過實驗得到不同含氣飽和度、鉆井液粘度條件下油基鉆井液和水基鉆井液氣測全烴檢測對比關(guān)系，并建立了不同鉆井液條件下氣體檢測解釋標(biāo)準(zhǔn)。周建立等[16]分析了油基鉆井液對頁巖油鉆井的氣測值影響，建立了模擬全烴氣測值的數(shù)學(xué)表達(dá)式以校正氣測值。綜上所述，現(xiàn)有文獻(xiàn)關(guān)于柴油基鉆井液對氣測的影響分析較多，白油分析相對較少，對油基鉆井液條件下的氣測校正方法研究較多，對氣測值影響的原因分析相對較少。本文以四川盆地常用的白油基鉆井液作為切入點，分別選取碎屑巖和碳酸鹽巖儲集層實例，采用數(shù)據(jù)分析的思路展示了白油基鉆井液和水基鉆井液氣測值的差別，并從氣測色譜儀、白油性質(zhì)、井底溫度和鉆井條件等方面分析了造成白油基鉆井液氣測值特征的成因，以期為油基鉆井液條件下的氣測錄井解釋提供參考依據(jù)。

1 白油基鉆井液特點

20世紀(jì)20年代石油工業(yè)就使用原油作為鉆井液進行鉆探工作，近年由于環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，以柴油為基油的油基鉆井液難以滿足環(huán)境保護部門提出的毒性指標(biāo)要求，開發(fā)了低毒和無毒油基鉆井液以滿足生態(tài)環(huán)境方面的要求。白油是經(jīng)過超深度精制(深度加氫精制脫除芳烴、脫硫、脫氮和脫氧等雜質(zhì))的無色、無味和無腐蝕性的特種礦物油，相對分子質(zhì)量一般為300～400，屬于潤滑油餾分，其組成基本為飽和烴類(環(huán)烷烴和烷烴)，其芳烴、氮、氧、硫等雜質(zhì)含量很低(近似為零)，生物毒性小。精制白油可用于化妝品和食品，毒性分級為低毒，而且具有良好的化學(xué)惰性及優(yōu)良的光、熱等安定性。白油基鉆井液具有普通油基鉆井液抑制性強、潤滑性好、儲集層保護效果好等特點，同時具有低毒、安全、環(huán)保的特點，適用于環(huán)境敏感區(qū)域油基鉆井液的需求，因此適合作為環(huán)保型油基鉆井液基液。川渝地區(qū)主要采用3號白油作為白油基鉆井液的基油，該油是無色透明、無臭、不發(fā)熒光的液體油料，主要化學(xué)成分為C16-C31的正、異構(gòu)烷烴混合物，初餾點155℃，干點280℃(表1)。

表1 3號白油料(脫嗅煤油)技術(shù)指標(biāo)

2 油基鉆井液條件下氣測數(shù)據(jù)特征

為研究白油基鉆井液條件下的氣測數(shù)據(jù)特征，選取了碎屑巖儲集層QL 16井和碳酸鹽巖儲集層ST 9井兩口井資料開展數(shù)據(jù)分析。QL 16井導(dǎo)眼段使用水基鉆井液，水平段使用白油基鉆井液。由導(dǎo)眼段和水平段的垂向?qū)Ρ葓D(圖1)可知，導(dǎo)眼段1 701～2 300 m(垂深)水基鉆井液條件下氣測基值井段全烴和C1之間分異較小，但水平段1 701～2 300 m(垂深)白油基鉆井液條件下氣測基值井段全烴和C1之間分異較大。為了更好地認(rèn)識氣測異常井段全烴和C1之間的差別，對水平段的氣測圖換成了斜深圖(圖2)，從圖中可知導(dǎo)眼段2 300～2 400 m和水平段2 525～3 507 m(斜深)的氣測異常井段全烴和C1之間分異較小，全烴和C1之間的變化趨勢一致。 對導(dǎo)眼段1 701～

圖1 QL 16井導(dǎo)眼段和水平段垂深對比

圖2 QL 16井水平段斜深圖

2 866 m和水平段1 701～3 507 m的全烴和C1之間的關(guān)系進行數(shù)據(jù)分析，首先進行導(dǎo)眼段和水平段全烴及C1的相關(guān)性分析，如圖3所示。從圖中可知，白油基鉆井液條件下水平段的相關(guān)系數(shù)反而高于水基鉆井液，其原因在于水平段主要在儲集層中鉆進，氣測異常顯示明顯，故全烴和C1之間的相關(guān)性很好，而導(dǎo)眼段水基鉆井液過程中顯示井段占總進尺的比例較小，導(dǎo)致全烴和C1相關(guān)性相對較差。

對導(dǎo)眼段和水平段非氣測異常的非顯示基值井段進行的相關(guān)性分析(圖4)表明，導(dǎo)眼段水基鉆井液基值氣測值的全烴和C1相關(guān)性遠(yuǎn)高于水平段白油基鉆井液氣測值。

圖3 QL 16井導(dǎo)眼段和水平段氣測數(shù)據(jù)分析

圖4 QL 16井導(dǎo)眼段和水平段基值氣測數(shù)據(jù)分析

ST 9井進入茅口組后由于井下掛卡，從井深7 516 m開始將水基鉆井液更換為白油基鉆井液(圖5)。根據(jù)該井全井段和水基段的氣測異常分析(圖6)可知，全井段r2=0.978 2，水基段r2=0.980 4，說明水基段的全烴和C1相關(guān)性高于全井段。在白油基鉆井液井段，從圖5可知7 671～7 730 m氣測基值段的全烴和C1之間分異非常明顯，但其余井段，特別是氣測異常顯示井段全烴和C1之間的相關(guān)性很好，分析其數(shù)據(jù)相關(guān)性(圖7)，7 671～7 730 m的r2=0.132 6，整個白油基鉆井液井段7 516～7 855 m的r2=0.726 5。上述現(xiàn)象說明白油基鉆井液鉆進過程中，在超深井ST 9井的碳酸鹽巖地層存在與QL 16井碎屑巖地層中相似的特征，即氣測基值段全烴和組分的分異現(xiàn)象明顯，氣測異常井段全烴和C1的相關(guān)性較強。

圖5 ST 9井氣測圖

圖6 ST 9井全井段和水基鉆井液段氣測數(shù)據(jù)分析

圖7 ST 9井油基段和油基氣測基值段氣測數(shù)據(jù)分析

3 白油基鉆井液氣測數(shù)據(jù)特征成因分析

針對白油基鉆井液鉆井的氣測錄井?dāng)?shù)據(jù)出現(xiàn)的上述變化特征，筆者分別從氣測色譜儀原理、白油性質(zhì)、井底溫度和鉆井條件四方面開展了相關(guān)分析。

根據(jù)氣測色譜儀的原理可知：氣體全量檢測(全烴)Total Gas Detector即天然氣總體檢測，錄井氣測色譜儀器主要檢測的是烴類氣體總量，現(xiàn)場使用的氣測設(shè)備通常只能檢測C1-C5等低組分，而實際的天然氣藏，例如凝析氣藏還有高于C5的組分，因此氣測的全量常大于烴類組分之和。全烴和組分是天然氣通過不同氣路的測量值，具體而言，全烴檢測主要氣路流程是樣品氣被干燥后直接進入FID氫火焰離子化鑒定器檢測，而組分檢測主要分為三步：第一步是從脫氣器脫出的樣氣流中截取一份樣品氣和分離柱連接起來；第二步是樣品氣在一定流速的載氣推動下進入分離柱分離，非烴成分氫氣分離最快，開始不久已通過鑒定器，而烴成分還在分離柱中，分離過程中，若干烴組分按時序依次從分離柱流出，并被鑒定器檢測出各組分的氣峰；第三步是在預(yù)定組分流出柱后“清洗”分離柱，這是為防止滯留柱中干擾下一次的分離而采取的清柱措施。全烴和組分測量的主要差別如圖8所示，全烴檢測直接進入總烴FID氫火焰離子化鑒定器，組分檢測則經(jīng)色譜柱分離后進入組分FID氫火焰離子化鑒定器，這也是導(dǎo)致全烴不等于烴類組分之和的重要原因。

白油的主要成分為C16-C31的正、異構(gòu)烷烴混合物，現(xiàn)有的精煉程度不能達(dá)到完全不含低組分的烴類物質(zhì)，長烷烴鏈中包裹了極少部分小分子量烷烴，導(dǎo)致全烴和C1存在分異現(xiàn)象。川渝地區(qū)很多超深井的井底溫度(表2)多高于白油的初餾點155℃，因此在超深井段鉆進中白油有可能被蒸餾呈氣態(tài)混合于鉆井液中；另外，PDC鉆頭是通過安裝在鉆頭體上的切削齒切削地層巖石的，鉆進中鉆頭因摩擦升溫一般略高于地層溫度，引起鉆井液溫度升高，導(dǎo)致白油蒸發(fā)而被氣測色譜儀器檢測到，結(jié)果導(dǎo)致氣測全烴檢測值增加，進一步加大全烴和組分的分異。例如超深井TT 1井燈四段采用白油基鉆井液鉆進，井底溫度達(dá)到202℃，遠(yuǎn)高于白油155℃的初餾點，該井燈四段鉆進過程全烴與C1分異十分明顯(圖9)，完鉆后對該井燈影組儲集層試氣，產(chǎn)水3.4 m3/d。

綜上所述，氣測色譜儀、白油性質(zhì)、井底溫度和鉆井條件等因素導(dǎo)致了白油基鉆井液在氣測基值井段全烴和C1分異明顯，但在氣測顯示井段全烴和組分的相關(guān)性較好。

為了驗證上述認(rèn)識的可靠性，筆者收集了部分白油基鉆井液的氣測資料發(fā)現(xiàn)(圖9)，氣測整體變化趨勢與前期認(rèn)識一致，即白油基鉆井液對天然氣井的氣測值是有影響的，但這種影響主要體現(xiàn)在氣測的基值井段，鉆遇氣測顯示段后全烴和C1的相關(guān)性明顯變好，曲線形態(tài)趨于一致。

圖8 氣測色譜儀氣路流程示意

表2 油基鉆井液井底溫度及鉆頭類型統(tǒng)計

圖9 TT 1井、TH 1井、WT 1井、ZJ 2井氣測圖

4 結(jié) 論

(1)白油基鉆井液會影響天然氣井的氣測錄井?dāng)?shù)據(jù)，這種影響主要體現(xiàn)在未鉆遇氣測顯示的背景值井段，一旦鉆遇氣測異常井段，全烴和C1的相關(guān)性會明顯變好，曲線形態(tài)趨于一致。實踐表明，上述氣測特征具有普適性。

(2)氣測色譜儀的檢測原理、白油性質(zhì)、井底溫度和鉆井條件是白油基鉆井液條件下氣測值受到影響的重要原因，建議氣測數(shù)據(jù)研究考慮相關(guān)影響因子的校正方法。