李懷軍 羅宏斌 郁 瑩 徐永華 肖 勝 方 劍
(①中國(guó)石油西部鉆探工程有限公司地質(zhì)研究院;②中國(guó)石油新疆油田分公司勘探事業(yè)部)
準(zhǔn)噶爾盆地南緣區(qū)塊受地質(zhì)構(gòu)造的影響,在水基鉆井液條件下,地層水敏性強(qiáng),掉塊嚴(yán)重,工程復(fù)雜時(shí)間在鉆井周期中占比很大,嚴(yán)重制約了鉆井提速的要求。隨著油基鉆井液的引入,鉆井提速明顯,工程復(fù)雜等時(shí)間顯著降低,但同時(shí)對(duì)錄井行業(yè)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。油基鉆井液條件下對(duì)于錄井行業(yè)的要求是最大限度地“去偽存真”,得出真實(shí)可靠的解釋評(píng)價(jià)結(jié)論。經(jīng)過(guò)調(diào)研,國(guó)內(nèi)各公司在油基鉆井液條件下各項(xiàng)錄井技術(shù)均受影響,缺少有效的手段排除油基鉆井液對(duì)油氣顯示識(shí)別的干擾,如何在油基鉆井液背景條件下快速識(shí)別出地層中真實(shí)的油氣顯示,達(dá)到“去偽存真”的效果,顯得尤為重要。本文通過(guò)近三年油基鉆井液在準(zhǔn)噶爾盆地南緣區(qū)塊的有效應(yīng)用,利用地化錄井技術(shù)、三維定量熒光錄井技術(shù)、核磁共振錄井技術(shù)及顯微熒光薄片技術(shù)優(yōu)勢(shì),總結(jié)了一系列錄井技術(shù)識(shí)別方法,有效地解決了油基鉆井液條件下地層油氣顯示的識(shí)別難題。該系列識(shí)別方法累計(jì)應(yīng)用9井次,油氣顯示發(fā)現(xiàn)率達(dá)到100%,流體性質(zhì)判別準(zhǔn)確率100%,油氣解釋評(píng)價(jià)準(zhǔn)確7井次,解釋評(píng)價(jià)準(zhǔn)確率77.78%,有效地解決了上述難題。
油基鉆井液即鉆井液中加入以石油及其衍生物為主的鉆井液體系,可用柴油、白油或者原油與少量的水進(jìn)行配比,一般情況下油水比在9∶1左右,鉆井液處理劑包括重晶石、油水黏合劑、提黏劑、降黏劑、氧化鈣等材料,用重晶石作為加重材料可以使鉆井液密度達(dá)到2.30~2.70 g/cm3時(shí)仍能保持良好的流變性能。油基鉆井液代替水基鉆井液具有以下優(yōu)勢(shì):(1)有良好的潤(rùn)滑性,減少提下鉆時(shí)遇阻卡的發(fā)生頻率,降低非生產(chǎn)時(shí)間,提高鉆井作業(yè)效率;(2)穩(wěn)固井壁,抑制井壁坍塌與水敏化膨脹縮徑,減少掉塊發(fā)生的幾率;(3)減小扭矩,提高機(jī)械鉆速,減小鉆井周期;(4)降低鉆井事故發(fā)生概率;(5)鉆頭不易出現(xiàn)泥包[1]。
地化錄井主要是對(duì)鉆井過(guò)程中所取的巖心、隨鉆巖屑進(jìn)行分析,包括對(duì)儲(chǔ)層的含油氣豐度、原油性質(zhì)的判別和對(duì)烴源巖的豐度、有機(jī)質(zhì)類型、成熟度、生烴和產(chǎn)烴的一系列評(píng)價(jià)[2]。
油基鉆井液體系主要成分為柴油、白油或原油等,所以在地化錄井資料應(yīng)用時(shí)局限性很大。不過(guò),近三年在準(zhǔn)噶爾盆地南緣區(qū)塊所用油基鉆井液背景條件下,通過(guò)地化錄井各項(xiàng)技術(shù)對(duì)油基鉆井液添加劑、油基鉆井液、泥巖等進(jìn)行譜圖特征對(duì)比,找到了油基鉆井液和地層油氣顯示的差異,為地化錄井技術(shù)在識(shí)別地層油氣顯示及后期評(píng)價(jià)方面發(fā)揮了重要作用。
2.1.1 巖石熱解錄井技術(shù)
巖石熱解錄井技術(shù)通過(guò)收集各類油基鉆井液添加劑(柴油、白油),分析確定其在熱解分析譜圖上的顯示特征。在隨鉆過(guò)程中受井內(nèi)高溫高壓影響,各種添加劑可能發(fā)生不同的化學(xué)反應(yīng)[3],所以需要分析出隨鉆過(guò)程中油基鉆井液和泥巖巖石熱解譜圖特征(圖1)。油基鉆井液添加的原油樣品一般情況下油質(zhì)較輕,在巖石熱解譜圖上顯現(xiàn)出高S11-S21、低或無(wú)S22-S23,隨鉆過(guò)程所分析的泥巖樣品呈現(xiàn)出尖峰狀。
在隨鉆過(guò)程中利用儲(chǔ)層樣品的巖石熱解譜圖顯示特征與泥巖譜圖對(duì)比,從譜圖上找出儲(chǔ)集巖與泥巖的差別。在具有良好油氣顯示的情況下,儲(chǔ)集巖顯示段會(huì)呈現(xiàn)出與油基鉆井液不同的特征(表1),以此來(lái)判別地層中是否具有真實(shí)油氣顯示。
(1)顯示段特征:油基鉆井液巖石熱解組分主要分布在S11-S21,泥巖同樣呈現(xiàn)出譜圖形態(tài)組分分布在S11-S21的特征。當(dāng)?shù)貙又芯哂杏蜌怙@示情況下,在S11-S21區(qū)域會(huì)造成地層顯示與油基鉆井液峰型重疊,不易區(qū)分,但從巖石熱解譜圖上可以看出,在S22-S23區(qū)域上異常顯示明顯,呈現(xiàn)出與油基鉆井液及泥巖不同的譜圖特征,可以代表地層中真實(shí)顯示。
(2)非顯示段特征:非顯示段儲(chǔ)集巖巖石熱解譜圖特征呈現(xiàn)與泥巖譜圖特征基本一致的形態(tài),各組分分布區(qū)間無(wú)差異,巖石熱解譜圖形態(tài)主要受油基鉆井液影響,這種情況下可以說(shuō)明地層中無(wú)油氣顯示或油氣顯示特別微弱,在油基鉆井液條件下不能顯現(xiàn)出來(lái)。此種條件下,地層以非產(chǎn)層為主,不具備形成工業(yè)油氣流潛力。
2.1.2 熱解氣相色譜錄井技術(shù)
熱解氣相色譜錄井技術(shù)需要分析出油基鉆井液添加劑(柴油、白油)及油基鉆井液的譜圖特征(圖2),通過(guò)譜圖特征,找出顯示段與非顯示段的差異。
為了驗(yàn)證顯示段與非顯示段的差異,開(kāi)展了地層原油混合油基鉆井液實(shí)驗(yàn),分析隨鉆過(guò)程中油基鉆井液的譜圖特征,再選取區(qū)塊原油,分析區(qū)塊原油譜圖特征,然后將區(qū)塊原油和油基鉆井液等比例混合,分析其譜圖特征(圖3)。通過(guò)圖3可以看出,實(shí)驗(yàn)樣品中油基鉆井液譜圖呈現(xiàn)前部隆起形態(tài),碳數(shù)范圍nC13-nC25;區(qū)塊原油基線較平直,正構(gòu)烷烴齊全,碳數(shù)范圍nC12-nC35;混合樣品在譜圖前端出現(xiàn)輕微隆起,該隆起特征與油基鉆井液譜圖隆起時(shí)間基本一致,分析認(rèn)為是受到油基鉆井液的影響,譜圖中后端,峰型呈現(xiàn)完整的正態(tài)分布特征,正構(gòu)烷烴齊全,碳數(shù)范圍nC12-nC35,形態(tài)與區(qū)塊原油相似。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)可以證實(shí),在地層中具有油氣顯示的情況下,通過(guò)熱解氣相色譜錄井技術(shù)可以較好地區(qū)分出地層油氣顯示,排除油基鉆井液影響。
圖1 巖石熱解基值譜圖特征
表1 顯示段及非顯示段巖石熱解譜圖特征
圖2 熱解氣相色譜基值譜圖特征
圖3 熱解氣相色譜實(shí)驗(yàn)譜圖特征
三維定量熒光錄井技術(shù)主要用于評(píng)價(jià)原油性質(zhì),通過(guò)譜圖主峰的激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)出峰位置,對(duì)所測(cè)量的樣品進(jìn)行原油性質(zhì)評(píng)價(jià),另外在油源對(duì)比、油油對(duì)比、識(shí)別鉆井液添加劑等方面也發(fā)揮著重大作用[4]。本節(jié)以油基鉆井液為基礎(chǔ),對(duì)地層中是否具有真實(shí)油氣顯示進(jìn)行判別。
2.2.1 油基鉆井液添加劑譜圖特征
收集油基鉆井液添加劑(柴油、白油)、泥巖等,分析出三維定量熒光基值譜圖特征(圖4),找出各類添加劑及泥巖主峰出峰位置。油基鉆井液添加劑中柴油激發(fā)波長(zhǎng)275~280 nm,白油激發(fā)波長(zhǎng)290~295 nm,泥巖在油基鉆井液添加劑柴油及白油占比大致相同的情況下,在譜圖左下角會(huì)呈現(xiàn)出雙峰形態(tài),其中一個(gè)為柴油峰(激發(fā)波長(zhǎng)275~280 nm),另一個(gè)為白油峰(激發(fā)波長(zhǎng)290~295 nm)。
另外,由于在鉆井現(xiàn)場(chǎng)中會(huì)出現(xiàn)白油與柴油在油基鉆井液中所占比例不同,呈現(xiàn)出不同的譜圖特征,白油多柴油少,峰型會(huì)以白油峰為主,柴油峰弱或無(wú),反之,白油峰弱或無(wú)。地層為凝析油時(shí),在三維定量熒光譜圖中主峰激發(fā)波長(zhǎng)集中在275~295 nm之間,對(duì)于此類樣品,峰型與油基鉆井液重疊,很難在油基鉆井液條件下呈現(xiàn)出不同的特征,所以對(duì)于此類樣品較難區(qū)分是否為地層真實(shí)油氣顯示。
圖4 三維定量熒光基值譜圖特征
2.2.2 三維定量熒光實(shí)驗(yàn)
首先分析出隨鉆過(guò)程中油基鉆井液的譜圖,再分析出區(qū)塊原油譜圖,然后將油基鉆井液和區(qū)塊原油等比例混合,分析出譜圖特征(圖5)。
圖5 三維定量熒光實(shí)驗(yàn)譜圖特征
通過(guò)圖5可以看出,油基鉆井液主峰激發(fā)波長(zhǎng)275~295 nm,發(fā)射波長(zhǎng)305~345 nm,顯示為白油與柴油混合特征,但是以白油峰為主。區(qū)塊原油呈現(xiàn)雙峰特征,主峰激發(fā)波長(zhǎng)320 nm,發(fā)射波長(zhǎng)363 nm,次峰激發(fā)波長(zhǎng)380 nm,發(fā)射波長(zhǎng)420 nm。混合樣品呈現(xiàn)單峰形態(tài),主峰激發(fā)波長(zhǎng)315 nm,發(fā)射波長(zhǎng)355 nm,出峰位置較油基鉆井液高,較區(qū)塊原油樣品低,形態(tài)上與區(qū)塊原油特征較相似。由此可見(jiàn),通過(guò)三維定量熒光技術(shù)可以較好地區(qū)分出地層油氣顯示,排除油基鉆井液影響,達(dá)到去偽存真的目的。
核磁共振錄井技術(shù)作為儲(chǔ)層物性、含油性的一種判別方法,是目前錄井行業(yè)隨鉆判別儲(chǔ)層物性的唯一有效手段[5]。在油基鉆井液條件下,樣品中大孔隙會(huì)被油基鉆井液所充填,在原始狀態(tài)下,地層中所代表原油的油相信號(hào)會(huì)與油基鉆井液油相信號(hào)重疊,所以核磁共振錄井測(cè)量的含油飽和度信號(hào)受油基鉆井液影響,已經(jīng)不能真實(shí)反映地層的含油飽和度,故對(duì)此項(xiàng)參數(shù)只能參考,不作為含油量多少的一種判別方法。但是基于錳水溶液的屏蔽信號(hào)作用,干樣信號(hào)與油相信號(hào)之間的差異特征同樣可以作為儲(chǔ)層含水性判別的依據(jù)之一(圖6)。
核磁共振錄井物性參數(shù)與鉆井液體系無(wú)關(guān),所測(cè)孔隙度等代表地層物性的參數(shù)真實(shí)可靠,能夠準(zhǔn)確反映儲(chǔ)層物性,這點(diǎn)與水基鉆井液無(wú)差別,判別方式一致。以準(zhǔn)噶爾盆地南緣區(qū)塊5口井25個(gè)油基鉆井液巖心樣品點(diǎn)為例,利用核磁共振錄井測(cè)量孔隙度與巖屑CT掃描技術(shù)測(cè)量孔隙度進(jìn)行相關(guān)性分析(圖7)。
通過(guò)圖7可以看出,在油基鉆井液條件下核磁共振錄井測(cè)量孔隙度與巖屑CT掃描測(cè)量孔隙度相關(guān)性參數(shù)r2達(dá)到0.958 9,屬于強(qiáng)相關(guān)。這就可以說(shuō)明,在油基鉆井液條件下,核磁共振錄井測(cè)量孔隙度可以代表地層中原始孔隙度,參數(shù)真實(shí)可靠,可直接用于儲(chǔ)層解釋評(píng)價(jià)。
圖6 核磁共振分析譜圖
圖7 核磁共振錄井與巖屑CT掃描孔隙度相關(guān)性分析
顯微熒光薄片錄井技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的新型錄井技術(shù),它是通過(guò)電子顯微鏡對(duì)巖石孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙內(nèi)流體性質(zhì)、流體賦存狀態(tài)、熒光顏色、發(fā)光面積等進(jìn)行鏡下觀察的一種錄井方法。其主要特點(diǎn)是以圖像來(lái)反映油水在巖石斷面的宏觀分布及孔隙中微觀油水分布狀況,實(shí)現(xiàn)了微觀流體產(chǎn)狀的可視化[6]。
在油基鉆井液條件下,為了驗(yàn)證油基鉆井液添加劑(柴油、白油)是否在鏡下顯示熒光進(jìn)行實(shí)驗(yàn),選取無(wú)熒光顯示巖心,利用油基鉆井液添加劑(柴油、白油)浸泡后進(jìn)行鏡下熒光觀察(圖8),發(fā)現(xiàn)柴油、白油添加劑在鏡下均不顯示熒光。所以可通過(guò)顯微熒光薄片錄井技術(shù)對(duì)巖心中是否為地層真實(shí)熒光顯示進(jìn)行有效識(shí)別和評(píng)價(jià)(表2)。
圖8 油基鉆井液添加劑顯微熒光薄片譜圖特征
表2 熒光及無(wú)熒光顯示顯微熒光薄片譜圖特征
鏡下見(jiàn)熒光顯示:均質(zhì)砂巖及砂礫巖樣品鏡下觀察巖石孔隙結(jié)構(gòu)清晰,見(jiàn)淡黃綠色熒光,發(fā)光較微弱,呈簇狀及喉道狀分布。
鏡下無(wú)熒光顯示:均質(zhì)砂巖及砂礫巖樣品鏡下觀察巖石孔隙結(jié)構(gòu)清晰,喉道可見(jiàn),而在喉道內(nèi)未見(jiàn)發(fā)光物質(zhì)。
據(jù)此可以利用顯微熒光薄片錄井技術(shù)準(zhǔn)確識(shí)別巖心中是否有真實(shí)熒光顯示,為后期解釋評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支撐。
近三年,在準(zhǔn)噶爾盆地南緣區(qū)塊油基鉆井液條件下綜合應(yīng)用地化錄井、三維定量熒光錄井、 核磁共振錄井、顯微熒光薄片錄井技術(shù)累計(jì)9井次,油氣顯示發(fā)現(xiàn)率達(dá)到100%,流體性質(zhì)判別準(zhǔn)確率100%,解釋評(píng)價(jià)準(zhǔn)確率77.78%,有效解決了油基鉆井液條件下油氣顯示識(shí)別、流體性質(zhì)評(píng)價(jià)難題。現(xiàn)以X 1井為例進(jìn)行分析論證。
X 1井在目的層鉆井過(guò)程中使用以白油為主,混有柴油的油基鉆井液,在目的層井段5 885.00~5 893.00 m鉆井取心,巖性以淺灰色粉-細(xì)砂巖為主,夾粉砂巖、中-細(xì)砂巖薄層;巖心出筒時(shí)無(wú)原油外滲與氣泡外冒,油氣味淡,直照熒光無(wú)顯示,滴水緩滲,含水特征不明顯。
為了證實(shí)地層顯示情況及該巖心是否受到油基鉆井液污染,特對(duì)該巖心進(jìn)行地化錄井分析、三維定量熒光分析,并與取心前泥巖(5 883.00 m)進(jìn)行對(duì)比,具體分析譜圖如表3所示。該段取心前泥巖及取心段砂巖分別進(jìn)行巖石熱解、熱解氣相色譜、三維定量熒光分析。
取心前泥巖特征:巖石熱解以S11-S21為主,呈尖峰狀,熱解氣相色譜呈現(xiàn)前部高隆起形態(tài),碳數(shù)范圍nC13-nC27,三維定量熒光呈現(xiàn)柴油特征,其激發(fā)波長(zhǎng)280 nm,發(fā)射波長(zhǎng)321 nm,與油基鉆井液特征基本相同。
取心段砂巖特征:巖石熱解以S11-S21為主,呈尖峰狀,峰型較取心前泥巖寬緩;熱解氣相色譜基線平直,碳數(shù)范圍nC13-nC27,峰型與取心前泥巖差異明顯;三維熒光激發(fā)波長(zhǎng)315 nm,發(fā)射波長(zhǎng)365 nm,與取心前泥巖有不同油質(zhì)的地層原油特征。三項(xiàng)資料均表明,巖心與泥巖形態(tài)特征完全不同,具有地層真實(shí)油氣顯示特征。
在地層具有真實(shí)油氣顯示的前提下,對(duì)該段巖心進(jìn)行核磁共振錄井分析和顯微熒光薄片分析,驗(yàn)證巖心含水性,為錄井解釋評(píng)價(jià)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),具體分析結(jié)果如圖9所示。
該巖心核磁共振分析孔隙度3.30%~8.13%,滲透率0.03~1.08 mD,可動(dòng)水飽和度8.72%~24.00%,可動(dòng)油飽和度3.68%~11.09%,整體上物性較差,孔隙結(jié)構(gòu)以小孔隙為主,大孔隙不發(fā)育,可動(dòng)孔隙度及可動(dòng)流體飽和度低,可動(dòng)油飽和度低,干掃信號(hào)與油相信號(hào)差異明顯,孔隙內(nèi)具有原生水特征。顯微熒光薄片鏡下孔隙結(jié)構(gòu)較清晰,色差明顯,存在角隅狀可動(dòng)油及粒間吸附狀束縛油,滲流通道內(nèi)水溶烴痕跡明顯,具有地層水特征。
表3 X 1井取心前泥巖與取心段砂巖分析
圖9 巖心段核磁共振及顯微熒光薄片分析
通過(guò)上述分析,證實(shí)巖心中具有地層真實(shí)顯示特征,地層水明顯,綜合分析本筒巖心解釋評(píng)價(jià)結(jié)論為油水混層。
后期進(jìn)行完井試油,產(chǎn)油0.80 t/d,產(chǎn)氣0.117 2×104m3/d,產(chǎn)水5.35 m3/d。因?yàn)樵摼催M(jìn)行改造,所以未定試油結(jié)論。但該井油氣水共同產(chǎn)出,驗(yàn)證了油基鉆井液條件下油氣顯示識(shí)別以及流體性質(zhì)識(shí)別的準(zhǔn)確性。
(1)在油基鉆井液條件下,核磁共振錄井所測(cè)量的地層物性參數(shù)可以直接應(yīng)用,核磁共振錄井測(cè)量的含油飽和度數(shù)據(jù)、地化錄井?dāng)?shù)據(jù)、三維定量熒光錄井?dāng)?shù)據(jù)及顯微熒光薄片錄井分析,需要進(jìn)一步處理,排除油基鉆井液污染影響后方可應(yīng)用。
(2)目前還沒(méi)有有效手段徹底排除油基鉆井液對(duì)地層油氣顯示影響,實(shí)現(xiàn)地層油氣顯示定量化,所以加強(qiáng)各項(xiàng)參數(shù)的對(duì)比顯得尤為重要。這就要求在隨鉆過(guò)程中,要做好油基鉆井液添加劑、隨鉆油基鉆井液、泥巖等基值分析工作,以利于對(duì)儲(chǔ)層段進(jìn)行顯示對(duì)比。
(3)油基鉆井液的使用會(huì)越來(lái)越多,這對(duì)錄井行業(yè)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn),希望本文起到拋磚引玉效果,引起業(yè)內(nèi)深思,共同尋找一種方式,能有效解決所面臨的難題,進(jìn)一步推動(dòng)錄井行業(yè)的發(fā)展。