深水勘探錄井和隨鉆測井深度影響因素及應對技術

曹孟賢，肖 東，喬純上，杜克拯

（1. 中海石油(中國)有限公司深圳分公司， 深圳 518000；2. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術深圳分公司， 深圳 518000）

世界海洋油氣資源豐富，中國石油走向海洋是必然的戰(zhàn)略選擇[1]。2012 年5 月9 日，海洋石油981 深水鉆井平臺的投產(chǎn)開鉆，標志著中國海洋石油工業(yè)的深水戰(zhàn)略邁出了實質性的一步[2-3]。2014 年，陵水17-2 大型氣田發(fā)現(xiàn)超千億方天然氣且得到國土資源部油氣儲量評審辦公室的確認，將成為我國首個開發(fā)的深水自營氣田[4-5]。

然而，深水油氣勘探開發(fā)面臨諸多困難和挑戰(zhàn)[6-11]，導致作業(yè)成本高昂，制約勘探開發(fā)進程。目前深水勘探的現(xiàn)狀是一方面充分引進和吸收國外的先進技術及經(jīng)驗，另一方面在實踐中不斷總

結和創(chuàng)新，以通過提高效率來降低成本。為了更準確、及時地獲取地層信息，快速給下步作業(yè)提供指導和決策依據(jù)，錄井和隨鉆測井資料的準確性非常重要。不管是錄井還是隨鉆測井，深度和遲到深度都是影響資料準確性的最重要因素。和陸地勘探及自升式鉆井平臺不同，目前南海深水的勘探區(qū)域經(jīng)常受臺風等惡劣天氣影響，勘探環(huán)境更惡劣，影響深度的因素更多，影響程度更大。本文將探討深水勘探錄井、隨鉆測井深度系統(tǒng)及錄井遲到深度的影響因素及應對措施。

1 深度系統(tǒng)和遲到深度的影響因素分析

1.1 潮汐的影響

潮差是指在一個潮汐周期內最高潮與最低潮水位之間的落差。潮差受到月球與太陽引力的影響：新月與滿月時，太陽、地球、月球呈一直線，潮差最大，稱作“大潮”；上下弦月時，三者呈直角，潮差最小，稱為“小潮”。另一個影響潮差的因素為月球與地球之距離遠近，月球距離地球近時潮差較大，距離地球遠時潮差較小。

目前南海油氣勘探一般都有隨鉆測井，能夠在第一時間提供鉆遇地層的相關信息[12]。某井于16 日03:00 鉆至井深1502.0 m 短起下鉆，此時潮高在平均海平面以下約55 cm。短起之前隨鉆測井曲線如圖1 所示，由于各儀器測點到鉆頭的零長不同，伽馬曲線測到1 487.6 m，電阻率曲線測到1 486.0 m，密度曲線測到1 472.8 m，中子孔隙度曲線測到1 470.8 m，短起鉆之前伽馬、電阻率、密度、中子孔隙度曲線匹配度較好。

圖1 某井短起下鉆前后隨鉆測井曲線

16 日18:00 下鉆到底，繼續(xù)鉆進，此時潮高在平均海平面以上約50 cm，相對于短起鉆之前海平面高度潮差約+105 cm。短起下鉆之后的隨鉆測井曲線如圖1 所示，1 472.8～1 487.6 m 之間測得中子孔隙度、密度曲線比伽馬、電阻率曲線落后約1 m。同時從圖1 中也可以看出，1 487.6 m以后測得的數(shù)據(jù)匹配度較高，說明隨鉆測井沒有儀器、設備故障，沒有系統(tǒng)或者軟件錯誤，1 472.8～1 487.6 m 之間曲線不匹配問題現(xiàn)場認為是短起下鉆前后潮差引起的。

潮汐的漲落同樣對錄井深度有影響，當漲潮或者潮水相對上升時，會出現(xiàn)類似放空的現(xiàn)象，造成巖性、氣測等數(shù)據(jù)缺失；當落潮或者潮水相對下降，下降多少米，則多出多少米的巖性數(shù)據(jù)，造成數(shù)據(jù)重復，歸位困難。

1.2 波浪的影響

海洋鉆井不但存在受太陽和月球引起的海水周期性的變化影響，還受天氣的影響，風浪越大平臺升沉越大。雖然平臺頂驅有補償系統(tǒng)，但屬于被動補償且補償能力有限。筆者曾經(jīng)工作過的某深水井，風速達到8～10 級，浪高達到3.0～5.0 m，錄井和隨鉆測井的深度出現(xiàn)類似放空現(xiàn)象，直接出現(xiàn)0.3～0.5 m 的突變，當時鉆遇的是大套巨厚層灰色泥巖，現(xiàn)場未停工等待。如果是目的層或者有鉆井取心等重大作業(yè)，在此惡劣的作業(yè)條件下，此時作業(yè)不但對錄井和隨鉆測井影響很大，容易出現(xiàn)跳深度或者墩鉆，嚴重影響資料準確性，而且作業(yè)不安全，如果沒有應對措施則應停工等待天氣好轉再恢復作業(yè)。

1.3 洋流的影響

深水勘探作業(yè)中除了潮汐、波浪對平臺升沉造成直接的影響，從而影響錄井和隨鉆測井的深度系統(tǒng)外，還有洋流也是影響深度系統(tǒng)的因素之一。洋流又稱海流，海洋中除了由引潮力引起的潮汐運動外，海水還會沿一定途徑大規(guī)模流動。引起海流運動的因素可以是風，也可以是熱鹽效應造成的海水密度分布的不均勻性。前者表現(xiàn)為作用于海面的風應力，后者表現(xiàn)為海水中的水平氣壓強梯度力。加上地轉偏向力的作用，便造成海水既有水平流動，又有垂直流動。當作業(yè)水深不深，洋流流速不快的情況下，對資料錄取和鉆井安全的影響不大，但是當海水深度較深，洋流速度較快的時候則對作業(yè)影響較大。如海水深度1 000 m 的時候，海面鉆井平臺只需相對水下井口漂移2.5°約43.5 m 的時候，深度系統(tǒng)誤差就可以達到1 m。

1.4 鉆壓和地層巖性的影響

前面講述了潮汐、波浪、洋流對錄井和隨鉆測井深度系統(tǒng)的影響，這也是深水勘探深度和遲到深度的主要影響因素。下面講述鉆井工程因素對深度系統(tǒng)的影響，如鉆壓或者說地層巖性對深度系統(tǒng)的影響，因為可鉆性好的地層如淺層地層或者砂巖層，鉆壓一般都比較小，而鉆遇可鉆性差的地層如石灰?guī)r層或者基底花崗巖的時候，為了提高鉆速，鉆壓一般都比較大。鉆壓的變化造成鉆桿的拉伸或壓縮量不同，從而造成深度系統(tǒng)的不均勻變化，隨鉆測井曲線可能出現(xiàn)拉伸或者壓縮，造成各曲線不匹配的問題。如圖2 所示，某井1 466.0 m 附近(圖2 中A1點)鉆壓慢慢加至13.5 klbs 左右，結果發(fā)現(xiàn)蹩扭矩，鉆壓迅速降至8.5 klbs 左右鉆進，1 467.0～1 479.0 m 鉆速明顯加快，在1 482.0 m(圖2 中A2點)的時候鉆壓進一步降至5 klbs 以下，結果發(fā)現(xiàn)隨鉆測井曲線如圖3所示，電阻率曲線比伽馬曲線淺了0.4 m 左右(圖3 中B1點)，密度和中子孔隙度曲線比伽馬曲線淺了0.8 m 左右(圖3 中B2點)。經(jīng)過分析，鉆穿這套地層的時候天氣晴朗，風速小于4.1 m/s，浪高小于0.5 m，且鉆進過程中一直進行頂驅補償，天氣原因不至于對深度系統(tǒng)造成如此大的影響。縱觀整段曲線，除了圖3 中1 450.0 m 附近這段曲線匹配性差外，其他曲線界面清晰，匹配性好，可以排除深度系統(tǒng)誤差。綜合分析，鉆進此段地層時變化較大的因素只有鉆壓等工程因素，因此認為：造成伽馬、電阻率、密度和中子孔隙度曲線匹配異常的主要原因是巖性變化加上蹩扭矩，鉆壓大幅度減小，造成部分曲線拉伸或者壓縮，其中，鉆壓相對增加的時候，曲線相對拉伸，鉆壓相對減小的時候，曲線相對壓縮。

圖2 某井1 452.0 m～1 500.0 m 鉆井參數(shù)圖

圖3 某井1 445.0 m～1 458.0 m 隨鉆測井曲線

1.5 井徑擴大率

井徑擴大率主要是對錄井遲到深度有影響。井徑擴大容易發(fā)生在疏松地層或巖性界面，盡管所有石油勘探行業(yè)都面臨該問題，但深水勘探由于隔水管又粗又長，對錄井遲到深度的影響更加嚴重。錄井遲到深度又可用巖屑遲到時間表述，巖屑遲到時間為鉆進過程中巖屑從井底返到井口所需要的時間，目前所用的遲到時間計算方法為環(huán)空容積法和泵沖數(shù)法，環(huán)空容積法[13]的計算公式為：

式中：T為鉆井液遲到時間，min；V為井內環(huán)形空間的容積，m3；Q為循環(huán)排量，m3/min；D為井眼（鉆頭）直徑，m；d為鉆桿外徑，m；H為井深，m。

泵沖數(shù)法的計算公式為：

式中：N為累計撈砂泵沖數(shù)，沖；D為井眼（鉆頭）直徑，m；d為鉆桿外徑，m；H為井深，m；q為泵每沖的容積，m3。

以上兩種方法，均要用到井徑數(shù)據(jù)來進行計算，而現(xiàn)場一般用鉆頭直徑來代替井徑。當井況比較復雜，井眼不規(guī)則甚至出現(xiàn)“大肚子”的時候，計算的理論遲到時間要比實際的短，造成提前撈取巖屑，實際巖屑返出深度相對理論巖屑返出深度滯后，從而導致錄井遲到深度錯誤。

2 應對技術、方法

在已知深水作業(yè)過程中對錄井和隨鉆測井深度系統(tǒng)及錄井遲到深度的影響因素后，結合現(xiàn)場深水勘探工作經(jīng)驗，提出以下應對技術、方法，消除或減小各影響因素，盡量保證深度系統(tǒng)和錄井遲到深度的準確。

（1）針對潮汐對深度系統(tǒng)的影響，一般是要求錄井和隨鉆測井工程師安裝潮汐傳感器(圖4)，潮汐傳感器要和隔水管相連，主要是記錄潮汐對平臺升沉的影響，并據(jù)此校驗深度系統(tǒng)。

（2）針對波浪對深度系統(tǒng)的影響，一般要求錄井和隨鉆測井工程師采用光編碼傳感器（圖5）和絞車傳感器配合使用，光編碼傳感器要連接在頂驅上，主要是平衡波浪的影響，對深度系統(tǒng)進行實時校正。

圖4 潮汐傳感器

圖5 某井現(xiàn)場使用的光編碼傳感器

（3）針對洋流對深水勘探的影響，主要是要求平臺壓載時調整好各錨鏈拉力，保證各錨鏈拉緊且拉力均衡，做好洋流監(jiān)測，如監(jiān)測到較強洋流，在上流方向可以用拖輪提供持續(xù)拉力，減少平臺漂移量。

（4）針對鉆井工程對深度系統(tǒng)的影響，主要是司鉆在鉆進過程中注意控制好鉆井參數(shù)，不要大幅度改變鉆井參數(shù)，盡量保證排量不變，使巖屑能均勻地返出；另外需要控制好鉆壓，盡量避免因鉆壓的大幅度變化引起的深度誤差。

（5）針對井徑擴大率的問題，主要是投電石或者其它實物指示劑進行遲到時間的校正，不方便投實物的時候利用標志層對遲到深度進行修正；此外，鉆井過程中要求司鉆不要在同一井段長時間大排量沖刷井壁，需要長時間循環(huán)的地方可以卸掉一個立柱后接短鉆桿增大頂驅上下活動范圍，盡量避免嚴重擴徑。

（6）為了進一步控制好深度系統(tǒng)的準確性，錄井和隨鉆測井工程師應提前做好深度刻度，快下鉆到底的時候，應該選取一個鉆桿接箍進行校深。在鉆進過程中每次接立柱的時候，錄井和隨鉆測井工程師應該及時校深，保證深度準確。

3 結論

在目前的技術條件下，結合現(xiàn)有的深水勘探經(jīng)驗，針對潮汐、波浪、洋流和其它工程因素對深度系統(tǒng)及遲到深度的影響，深水勘探作業(yè)人員已經(jīng)能夠有針對性地找到應對方法，有效減小了自然和工程因素的影響，提高了資料的準確度和可信度，從而提高鉆探效率。在實際深水勘探作業(yè)中，形成的錄井和隨鉆測井工程師提前安裝、調校好各深度、潮汐傳感器，鉆進過程中盡量控制鉆井參數(shù)，不要短時間大幅度變化，錄井資料和隨鉆測井資料相互驗證等作業(yè)體系，現(xiàn)場應用效果良好。