新型技術(shù)在石油地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

李岳

【摘 ?要】為探究新型技術(shù)在石油地質(zhì)勘探中的應(yīng)用，論文首先闡述石油地質(zhì)勘探過程主要分為調(diào)查階段和探測階段，根據(jù)地面調(diào)查結(jié)果判斷油藏保存條件，最終利用鉆探方式，探明油藏邊界。之后從地質(zhì)評價、測井、鉆井這3個流程，分析出X射線成像技術(shù)、可視化井眼跟蹤地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)、光纖矢量水聽器技術(shù)和套管技術(shù)的具體應(yīng)用，為其他技術(shù)人員提供可借鑒的經(jīng)驗。

【Abstract】In order to explore the application of new technology in petroleum geological exploration， this paper firstly expounds that the petroleum geological exploration process can be divided into investigation stage and exploration stage. According to the surface investigation results， the reservoir preservation conditions can be judged， and finally the reservoir boundary can be proved by using drilling method. After that， from the three processes of geological evaluation， logging and drilling， the specific applications of X-ray imaging technology， visualization borehole tracking geo-steering technology， fiber optic vector hydrophone technology and casing technology are analyzed， which can provide reference experience for other technical personnel.

【關(guān)鍵詞】地質(zhì)勘探;石油;測井鉆井;應(yīng)用

【Keywords】geological exploration; petroleum; logging and drilling; application

【中圖分類號】P618.13 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?   【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2022）02-0184-03

1 引言

如今，人們對油氣資源的需求量逐年遞增，只有加大石油開發(fā)力度，提高油量預(yù)測精準度，才可以提高石油開發(fā)效率，利用技術(shù)優(yōu)勢，為后續(xù)施工作好鋪墊?；诖?，文章結(jié)合可視化技術(shù)，利用光纖矢量水聽器，做好測井工作，判斷油源位置和油源方向，之后使用錄井技術(shù)和鉆井技術(shù)，完成地質(zhì)勘探和石油開采工作，為施工人員提供幫助。

2 石油地質(zhì)勘探過程

從本質(zhì)上講，石油勘探就是指利用所有現(xiàn)行科技手段，探究地下地質(zhì)狀況，查明油氣資源分布情況，確定石油資源集聚的有利地區(qū)，預(yù)測石油含量和產(chǎn)出能力，在整個地質(zhì)勘探過程中，主要分為兩個階段，分別為：

第一，調(diào)查階段。技術(shù)人員根據(jù)地面地質(zhì)調(diào)查情況，結(jié)合地球化學(xué)探測調(diào)查法，了解地質(zhì)概況，初步查明儲油條件、地質(zhì)構(gòu)造單元、大體構(gòu)造輪廓、含油遠景，分析巖相厚度變化特征，在判定石油有利聚集地區(qū)之后，進行詳細調(diào)查，研究組成構(gòu)造帶的地層剖面，分析石油埋藏深度，根據(jù)油藏保存條件，查明該地質(zhì)條件下的水氣油概況。

第二，勘探階段。主要利用鉆井探井技術(shù)，對前期的預(yù)測進行驗證，探明油藏邊界，進一步開辟生產(chǎn)試驗區(qū)，算準儲量。主要勘探方法為地質(zhì)法、地球化學(xué)法、地球物理法和鉆探法[1]。

3 石油地質(zhì)勘探技術(shù)

3.1 現(xiàn)行技術(shù)

多年來，我國大力推進石油開采技術(shù)創(chuàng)新，尤其是巖性地層油氣勘探理論，取得重大進展，已經(jīng)形成多學(xué)科協(xié)同研究綜合體系，例如，在當前石油勘探技術(shù)領(lǐng)域，已經(jīng)可以常態(tài)化運用數(shù)字地震技術(shù)、反射地震技術(shù)、三維地震技術(shù)、深度成像技術(shù)、隨鉆地震成像技術(shù)、多分量地震勘探技術(shù)等多種物探技術(shù)。在測井工作中，已經(jīng)熟練運用計算機理論、電子科學(xué)技術(shù)、核磁共振測井技術(shù)，在鉆井過程中，熟練利用久平衡鉆井技術(shù)，防止泄漏和卡鉆問題，在多個學(xué)科和領(lǐng)域獲得良好成就。

3.2 新型技術(shù)

為提高石油勘探精準度和開采的安全性，研究人員加大科技創(chuàng)新力度，做好重大關(guān)鍵勘探技術(shù)展望，創(chuàng)新石油地質(zhì)勘探路徑，例如，利用三維地震模擬方法，結(jié)合計算機仿真技術(shù)，通過地下成像，利用盆地模擬、油藏模擬、含油氣系統(tǒng)模擬等多種方法，對地質(zhì)層石油形成、運移和聚集進行深入研究，實現(xiàn)工程設(shè)計、力學(xué)研究、數(shù)據(jù)組織等方面的質(zhì)的飛躍。從2020年以來，膨脹套管技術(shù)在石油地質(zhì)勘探中的應(yīng)用越來越廣泛，例如，殼牌科技研究公司已經(jīng)證實利用該技術(shù)可以突破深度井下作業(yè)限制，并且如今已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大型油氣田鉆井勘探中，如大慶油田和勝利油田。此外，當前石油地質(zhì)勘探中，利用四維檢測方法，在繼續(xù)做好成熟配套技術(shù)的基礎(chǔ)上，逐步向一體化勘探邁進，堅持陸地和海洋兩條路徑協(xié)同發(fā)展，以此滿足石油勘探需要。以上提到的新型技術(shù)發(fā)展前景廣闊，具有極大的商業(yè)潛力，可以提高地質(zhì)勘探的精準性和安全性，實用性更強。

4 石油地質(zhì)勘探工作中新技術(shù)的應(yīng)用

4.1 地質(zhì)評價方面：利用X射線分析石油儲存物性

在石油勘探之前，技術(shù)人員需要一套完整的規(guī)范流程和技術(shù)方法來回答基礎(chǔ)地質(zhì)問題，如油氣性質(zhì)和有機質(zhì)耦合關(guān)系、巖石層物理條件、巖石礦物成分、地質(zhì)可動性等，以此對地質(zhì)進行快速評價，解決油氣散失性、頁巖非均質(zhì)性等技術(shù)難題。因此在現(xiàn)場決策部署之前，應(yīng)該結(jié)合探井現(xiàn)場實驗[2]，重點關(guān)注地質(zhì)儲集性、脆性礦物含量、含油性熱演化程度等指標，本文以頁巖油開采為例，在開采之前，為保證含油性評價更為真實準確，應(yīng)該對本次施工項目進行細化評價，主要分為以下幾個方面，如表1所示。

表1 ?頁巖油開采地質(zhì)評價

在樣品取樣流程中，首先應(yīng)該解剖巖心，冷凍后48 h切出1/3，利用伽瑪能譜掃描，剩余2/3再切出1 cm的小條，切好后巖心送回樣品處理間，利用X射線熒光元素掃描，測試判斷巖心出筒后是否有大量氣泡產(chǎn)生，以此來判別頁巖油氣性質(zhì)，對于新鮮的巖心，通過逸散氣收集法，得出輕烴和氣組分，對于非冷凍樣品可以利用XRF元素掃描之后，進行孔隙度分析，做好洗油實驗之后得出滲透率。對于冷凍的巖心，可以先利用三維定量熒光，對溶液和殘渣進行分解，其中溶液利用色譜質(zhì)譜分析，殘渣利用熱解法分析，通過游離烴、吸附烴等定量分析方式，得出XRD礦物質(zhì)，獲取頁巖含油量、成熟度、有機碳等不同庫存狀態(tài)，以此快速測定沉積環(huán)境，為今后的石油開采和判別提供科學(xué)依據(jù)。

之后利用三維定量熒光分析技術(shù)，快速測定頁巖含油性[3]。由于石油在紫外光照射下出現(xiàn)熒光反應(yīng)，并且在照射之后光立即消失，因此，該種性質(zhì)可以應(yīng)用于石油勘探中，快速判斷巖石中是否含有石油，分析頁巖中石油化學(xué)結(jié)構(gòu)。由于石油中本身存在不飽和烴，該種物質(zhì)衍生物會發(fā)出熒光，分子量越大，熒光色越深，呈現(xiàn)棕褐色、褐色和黃色，發(fā)光顏色隨時因組分而改變，并且濃度越高，發(fā)光越強，因此可以利用石油這一性質(zhì)，促進地質(zhì)勘探工作高效進行。技術(shù)人員利用計算機收集掃描數(shù)據(jù)，利用三維定量熒光錄井技術(shù)對頁巖游離油進行快速評價，一般選用非極性溶劑，萃取頁巖游離油烴，萃取時間大于等于24 h，并且根據(jù)熱解分析結(jié)果和三維定量熒光分析結(jié)果，得出含油性趨勢，同時也可以利用頁巖熱解分析技術(shù)，在熱解過程中含有已經(jīng)生成的油，分析含油飽和指數(shù)，可以得出頁巖油量可動性參數(shù)，根據(jù)樣品烴損失率，判定頁巖滯留烴流動性，一般來講，二者呈現(xiàn)正比例關(guān)系，即損失率越高，流動性越好。

4.2 測井方面：利用可視化井眼跟蹤地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，做好地質(zhì)建模

在測井過程中，應(yīng)該對井點軌跡進行計算，通過實鉆軌跡斜測計算方法，利用可視化井眼跟蹤地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，在石油地質(zhì)勘探過程中，可以精確掃描算法，保證測算達到預(yù)定目標，預(yù)測井眼軌跡和靶間的位置，該種可視化技術(shù)可以依據(jù)測算數(shù)據(jù)、路徑信息對復(fù)雜的地質(zhì)條件進行判別，提高油層有效鉆遇率，達到節(jié)約施工成本的目的。在地質(zhì)勘探現(xiàn)場錄井數(shù)據(jù)中，通過數(shù)據(jù)編輯、導(dǎo)入導(dǎo)出、參數(shù)分析、地層建模等，可以對井眼軌跡的實時動態(tài)進行監(jiān)測，軟件的設(shè)計結(jié)構(gòu)為：

①實時數(shù)據(jù)源，LWD/MWD，鉆井儀表，綜合錄井儀。

②實時處理導(dǎo)向參數(shù)跟蹤，實時計算參數(shù)成像，調(diào)用井眼軌跡處理、巖性跟蹤。

③建模數(shù)據(jù)源，主要包括設(shè)計軌跡、設(shè)計靶數(shù)據(jù)、地質(zhì)巖性，之后構(gòu)建三維地質(zhì)模型，實時動態(tài)跟蹤預(yù)警，根據(jù)三維井眼軌跡，顯示得出軌道設(shè)計結(jié)論，之后輸出成果。

在這一過程中，該軟件主要利用氣測參數(shù)、工程參數(shù)、電阻率等技術(shù)，結(jié)合應(yīng)用慣性趨勢法，判斷實時軌跡吻合情況，完整顯示井眼軌跡，做出現(xiàn)實指示圖，通過該種掃描，幫助鉆井操作人員獲取最新信息，防止碰撞產(chǎn)生，也可以與鄰井狀態(tài)進行掃描，如果出現(xiàn)碰撞，及時發(fā)出警報。

同時也可以搭建光纖矢量水聽器，利用相關(guān)相譜，驗證流速，測量油氣水混合流動特性[4]，從而獲取更加精準的石油產(chǎn)量，該種技術(shù)測量敏銳度較高，方向性更好，可測帶寬，如今已經(jīng)成為水下石油探測的重要儀器設(shè)備。通過電學(xué)測井技術(shù)、成像測井技術(shù)、套管測井技術(shù)、隨鉆測井技術(shù)、聲波測井技術(shù)，對水油氣3項混合進行動態(tài)監(jiān)測，測定氣相液相流量之后，對石油和水進行分離，利用流體密度、持氣率和流量這3項指標，獲得更準確的測量效果。矢量水聽器可以分為加速度型、位移型和質(zhì)點振動速度型，測量時每個傳感器測得聲壓，通過聲壓梯度和加速度矢量之間的關(guān)系，測量振動頻度。本文以同頻式矢量水聽器為例，其原理為：通過筒狀結(jié)構(gòu)，在正方體結(jié)構(gòu)質(zhì)量塊上，固定纏繞彈性圓筒，通過膠粘等方式確保6個面圓筒兩兩相對，大小均等。當存在聲波作用時，剛性球反復(fù)震動，從而拉伸光纖，光纖相位發(fā)生變化，最終解調(diào)出待測信號。傳感光纖產(chǎn)品規(guī)格如表2所示。

表2 ?傳感光纖產(chǎn)品規(guī)格

4.3 鉆井方面：做好套管試壓，避免泄漏問題

在鉆井階段，使用隨鉆連續(xù)監(jiān)測井斜和方位，做好中靶預(yù)測，取全、取準數(shù)據(jù)，確保井眼軌跡在設(shè)計范圍內(nèi)，做好套管試壓，避免泄漏問題，文章以雙靶大斜度定向井為例，使用的螺桿為1.25°單扶螺桿定向復(fù)合鉆進，在定向段過程中，防粘卡，勤活動鉆具，控制井斜狗腿不超標，復(fù)合時及時調(diào)整井斜方位達到設(shè)計靶點<10 m要求，直井穩(wěn)斜段長施工中，結(jié)合實際的地層漂移情況，優(yōu)化鉆具組合，調(diào)整井斜方位，保證中靶，從而快速、優(yōu)質(zhì)地完成施工任務(wù)。在下套管時，應(yīng)該注意到以下幾點：

①依據(jù)SY/T 5412—2016《下套管作業(yè)規(guī)程》，入井套管要認真丈量登記，工程、地質(zhì)兩套記錄必須對口。

②要認真檢查套管接箍和管體表面，凡凹陷、刻痕超過名義壁厚25%者不能入井，認真清洗檢查套管絲扣，使用符合標準的套管通經(jīng)內(nèi)徑，套管上鉆臺應(yīng)在大門方向加擋繩，在提升套管時要謹慎操作，防止碰壞套管。

③浮箍與套管螺紋使用鎖固膠連接，套管螺紋絲扣使用專用密封脂。

④按入井編號順序入井，下套管必須按規(guī)定扭矩上扣，控制下套管的速度，使其環(huán)空鉆井液的返速不大于鉆進時的最大返速。

⑤及時灌滿鉆井液，每下20根套管灌1次鉆井液，每次必須灌滿套管，下完套管后灌滿鉆井液，再接水泥頭，盡快建立循環(huán)，處理鉆井液，下套管過程中，井隊要派專人觀察井口鉆井液返出情況，若發(fā)現(xiàn)溢流、井涌等復(fù)雜情況，立即采取相應(yīng)井控措施。

在井眼軌跡控制階段，一開井段時，按規(guī)定測斜，根據(jù)測斜結(jié)果及時采取糾斜措施，保證井身質(zhì)量，一開采用傳統(tǒng)的塔式鉆具鉆至井深305 m下表層套管封固流沙層，鉆具組合為：？準393.7 mm鉆頭+？準203.2 mm無磁鉆鋌1根+？準203.2 mm鉆鋌2根+？準177.8 mm鉆鋌6根+？準127 mm鉆桿。在二開井段（301～2 424 m）時利用？準216 mm鉆頭（PDC）+？準172 mm單彎螺桿（1.25°）×1根+411×410回壓凡爾+411×411雙公接頭+410×410定向接頭+？準127 mm無磁承壓×1根+？準127 mm加重×20根+？準127 mm斜坡+下旋塞下鉆控制下放速度，遇阻應(yīng)起鉆通井，避免劃出新眼。在鉆具下鉆過程中，嚴禁劃眼和懸空處理鉆井液，堅持使用泵濾清器，彎殼體連續(xù)造斜鉆進不應(yīng)超過200 m，應(yīng)進行短期下鉆，修正井眼和清潔巖屑床。鉆井液中應(yīng)按設(shè)計加入潤滑劑，嚴格使用四級凈化裝置，并堅持使用離心分離機，鉆井液排量滿足設(shè)計要求，以改善鉆具與井壁的接觸狀態(tài)，降低泥餅?zāi)Σ料禂?shù)，提高鉆井液的攜巖能力。若井下情況復(fù)雜，需要進行通井和劃眼時，原則上采用上一趟鉆具結(jié)構(gòu)，如因?qū)嶋H情況必須改變鉆具結(jié)構(gòu)時，該鉆具組合的剛性必須小于上趟鉆的剛性，且有倒劃眼能力。

此外，還應(yīng)該做好泥包卡鉆的預(yù)防[5]。第一，適時使用聚合物控制造漿，降低固相含量，使鉆井液具有良好的流動性。第二，鉆井中發(fā)現(xiàn)泵壓下降1 MPa，停鉆查找地面原因。地面查不出原因，起鉆檢查鉆具。第三，鉆井中發(fā)現(xiàn)鉆時減慢、蹩鉆，泵壓升高、上提鉆具連續(xù)阻卡，立即停止鉆進。在處理鉆井液、降低粘度、改善流動性的同時，高轉(zhuǎn)速甩動和上下大幅度流動鉆具，適當提高循環(huán)排量。第四，泥包起鉆使用低檔車，環(huán)空灌不進鉆進液時，每起鉆一柱，向鉆桿內(nèi)灌滿鉆井液一次。

5 結(jié)語

綜上所述，要想加大石油開發(fā)力度，相關(guān)技術(shù)人員必須提高石油勘探精準度，運用一套完整的規(guī)范流程和技術(shù)方法，去回答基礎(chǔ)地質(zhì)問題，使用可視化技術(shù)，依據(jù)測算數(shù)據(jù)、錄井信息對復(fù)雜的地質(zhì)條件進行判別，提高油層有效鉆遇率，做好中靶預(yù)測，取全、取準數(shù)據(jù)，確保井眼軌跡在設(shè)計范圍內(nèi)，做好套管試壓，避免泄漏問題。

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