四川盆地渝西深層頁巖氣龍馬溪組取心卡層監(jiān)督案例分析

盧杭，胡紹敏，龐淼

中國石油西南油氣田分公司 工程技術(shù)監(jiān)督中心（四川 成都 610000）

四川盆地護國寺向斜南接塘河構(gòu)造，西北隔廣普向斜與六合場背斜、花果山背斜相望，東為臨峰場背斜構(gòu)造，呈南北向展布特征，向斜內(nèi)無區(qū)域大斷層發(fā)育。該向斜較寬緩，向斜內(nèi)最低海拔線為- 4 700 m，最高海拔線-4 500 m，閉合度200 m，閉合面積約90 km2。為落實川南地區(qū)五峰—龍馬溪組有利區(qū)向川東地區(qū)展布特征及儲層品質(zhì)[1]，擴大渝西地區(qū)深層頁巖氣有利區(qū)范圍，進行產(chǎn)能評價，在護國寺向斜西翼部署了風(fēng)險探井JYT1 井。JYT1 井在直井段鉆井過程中，為獲取志留系龍馬溪組黑色頁巖的地化、巖礦、物性、含氣性、巖石力學(xué)等資料，為下步區(qū)塊評價、建產(chǎn)區(qū)優(yōu)選、儲量申報等工作奠定基礎(chǔ)[2]，對龍一1亞段和五峰組黑色頁巖進行了全井段取心，取心卡層重點為卡準龍一2亞段底界。JYT1 井設(shè)計井深4 590 m，完成直井鉆井后，對水平井箱體進行精細設(shè)計，優(yōu)選龍一1小層4 m 為直改平箱體，直改平井完鉆井深6 410 m，完鉆垂深4 606 m，水平段長1 620 m，刷新了川渝地區(qū)已完鉆頁巖氣水平井垂深紀錄，標志著渝西深層頁巖氣勘探取得重要進展。

1 取心卡層基本情況

1.1 設(shè)計與實鉆地層情況

JYT1井棲霞組以上地層較穩(wěn)定，與設(shè)計吻合度較高，與鄰井T22 井對比較好。梁山組底界設(shè)計井深3 460 m，實鉆分層底界3 524 m，實鉆比設(shè)計深64 m；韓家店組～石牛欄組底界設(shè)計井深4 040 m,實鉆分層底界3 960 m，實鉆比設(shè)計淺80 m；龍馬溪組底界設(shè)計井深4 530 m,實鉆分層底界4 320.5 m，實鉆比設(shè)計淺209.5 m；設(shè)計與實鉆相差較大（表1）。

表1 JYT1井設(shè)計與實鉆地層分層 /m

1.2 龍馬溪組～寶塔組取心要求

JYT1井設(shè)計要求取心現(xiàn)場利用隨鉆伽瑪、巖屑錄井、特殊錄井、鄰井等資料，確保取全龍一2亞段～五峰組黑色頁巖取全取準各項巖心資料，預(yù)計在龍一2亞段～龍一1亞段頂TOC 含量1%～2%層段取心20 m，龍一1亞段～寶塔組取心65 m。并要求實際取心井段及長度根據(jù)JYT1 井鉆遇地層情況實時調(diào)整，具體取心要求見表2。

表2 JYT1井取心要求

2 取心卡層難點分析

JYT1井屬于新探區(qū)一口風(fēng)險探井，護國寺向斜志留系以上地層采用相鄰最近的塘河構(gòu)造圖，志留系以下地層塘河構(gòu)造無井，采用渝西區(qū)塊二維資料連片重新解釋的五峰組底界構(gòu)造圖。根據(jù)地震資料顯示，JYT1井志留系比H202井、H201井、L7井等厚±200 m，在單井地震剖面圖上JYT1 井與H202 井志留系也不具有可對比性，地層對比非常困難。

取心卡層主要難點有：①鄰井較少，且井間距離比較遠、地震資料可比性較差；②無法通過地震資料確定韓家店組～石牛欄組厚度，地層對比難度大，無法準確預(yù)測石牛欄組底部深度；③石牛欄組與龍馬溪組分層處巖性區(qū)別不明晰，元素錄井等數(shù)據(jù)界線不明顯[3]；④龍馬溪組龍一2亞段～龍一1亞段巖性相似，小層劃分不明顯，現(xiàn)場不易把握。

3 取心卡層方案

3.1 與鄰井資料對比分析

結(jié)合鄰井資料分析，JYT1井區(qū)志留系地層存在如下特征：

1）JYT1井設(shè)計志留系厚度與鄰井相差較大，與鄰井H202、H201、L7井等井厚度相差200 m，其主要差異原因是韓家店組～石牛欄組厚度具有不確定性。

2）韓家店組石牛欄組巖性特點對比：①韓家店組～石牛欄組上部為灰綠色泥巖與灰色泥巖互層，夾薄層灰?guī)r；②以石牛欄組下部為灰綠色泥巖夾薄層灰?guī)r，JYT1 井該段巖性組合特征無法確定，給石牛欄組與龍馬溪組層位劃分帶來一定難度。

3）龍馬溪組厚度預(yù)測：JYT1 井設(shè)計奧陶系寶塔組頂界海拔-4 250 m，鄰井龍馬溪組總厚284～495m,預(yù)測JYT1井石牛欄-龍馬溪組總厚在900～950 m，龍馬溪組預(yù)測厚度420～460 m，整體厚度差異性較大。

4）鄰井龍一1亞段4個小層總厚在63～90 m。由于JYT1井與鄰井距離均較遠，降低了地層對比的準確性，初步預(yù)測龍一1亞段頂部距龍馬溪頂340～400 m，預(yù)測JYT1井4個小層總厚度在65～85 m。

5）利用石牛欄組鄰井元素分析結(jié)果對比找出共性。石牛欄組“斷灰”即進入龍馬溪組，根據(jù)H201井、H202井、H202H2-1井、H202H3-2井、H203井對比分析，分別距龍一1頂230～430 m，預(yù)測JYT1井大概380～400 m。

6）鄰井元素錄井對比情況。通過元素對比鄰井在距龍一1亞段4 小層頂35～80 m 處硫元素、鋁元素明顯上升，硫鐵交匯面積增大。JYT1井鉆進至龍一2亞段硫元素明顯上升后，繼續(xù)鉆進30～40 m 取心，鉆進中應(yīng)注意鈣元素含量變化，鈣元素在龍一2亞段底部持續(xù)上漲。

3.2 監(jiān)督管控關(guān)鍵點

1）督促現(xiàn)場全面收集學(xué)習(xí)鄰井資料[4]，JYT1 井為新探區(qū)第一口風(fēng)險探井，志留系以下采用的渝西區(qū)塊二維資料連片重新解釋的五峰組底界構(gòu)造圖，與鄰井地層對比困難。龍馬溪組厚度可能與鄰井和設(shè)計出入較大。因此現(xiàn)場必須掌握區(qū)域地層情況。

2）四川盆地川南地區(qū)(包括宜賓、長寧、瀘州、敘永、合江、重慶、永川等地)瀘州區(qū)塊龍一2亞段～龍一1亞段，一般有60 m 左右黑色碳質(zhì)頁巖，粉末狀黃鐵礦，24 m 左右黑色含粉砂質(zhì)碳質(zhì)頁巖，微含鈣質(zhì)，具粉末狀黃鐵礦，富含筆石[5]。現(xiàn)場取心卡層過程中，應(yīng)充分利用該特征。

3）龍馬溪組巖性顏色的變化，呈漸變性且逐步加深。在靠近龍一2亞段底部，隨著巖屑中有機質(zhì)的增加氣測基值會升高，巖屑顏色會變深，現(xiàn)場應(yīng)充分運用該特征，并分析其他特色錄井數(shù)據(jù)，細化地層對比，力求卡準層位。

4）殘余碳分析TOC 接近取心層位保持上升趨勢，結(jié)合鄰井和以往工作經(jīng)驗，龍一1亞段4小層～1小層TOC≤5%，好的顯示現(xiàn)場分析會在0.7%～2%，在接近龍一2亞段底部TOC 一般會保持上升趨勢。現(xiàn)場可充分利用該特征。

4 卡層方案實施及監(jiān)督履職

4.1 卡層過程

1）2020年10月8日JYT1 井依據(jù)元素分析結(jié)果，確認自井深3 960 m“斷灰”進入龍馬溪組，因石牛欄組底部未出現(xiàn)特征灰?guī)r，致使現(xiàn)場對于龍馬溪組和石牛欄組層位劃分把握不準確。

2）10月9 日見灰色頁巖，現(xiàn)場認為進入龍一2亞段，10月10日按照建設(shè)方要求進入龍一2亞段250 m后，開始控時鉆進。

3）10月10 日20:50 鉆進至井深4 243 m，現(xiàn)場監(jiān)督復(fù)查巖屑后提出建議，如氣測基值升高，巖屑顏色再變深，應(yīng)取心，若繼續(xù)鉆進將進入龍一1亞段。

4）10月11 日8：00 鉆進至井深4 275 m，監(jiān)督檢查時發(fā)現(xiàn)巖屑自井深4 256 m 之后顏色開始變深，且氣測值由井深4 258 m 開始明顯升高，巖屑明顯污手。在巖屑中發(fā)現(xiàn)有黃鐵礦出現(xiàn)（圖1）。

圖1 鉆進至4 275 m時復(fù)核巖性

經(jīng)分析認為：在井深4 261 m全烴達到1.566 3%時，已經(jīng)進入龍一1亞段4小層，頂板已鉆穿，隨即要求井隊立即停鉆，此時為井深4 275 m?，F(xiàn)場監(jiān)督隨即電話匯報了現(xiàn)場情況，結(jié)合元素分析結(jié)果，決定于4 275 m開始取心。

4.2 卡層意見分歧

取心前現(xiàn)場監(jiān)督人員和現(xiàn)場卡層人員意見出現(xiàn)分歧，主要是對鄰井資料和JYT1井實鉆情況認知產(chǎn)生偏差。

1）現(xiàn)場錄井隊卡層人員在卡層前提出以下觀點[6]：①JYT1 井尚未鉆到取心井段，對比鄰井H201井，按等厚預(yù)測，應(yīng)鉆至井深4 292 m 才到取心頂板，計劃自4 280 m 開始控時鉆進；②JYT1 井4 250 m 硫元素開始上漲，等厚對比鄰井H201 井，地層要提前20 m，結(jié)合鉆前取心方案，鄰井過渡段35～60 m厚度（除去H202H2-1 井鉆遇斷層厚度）；③鉆至井深4 275.00 m，僅硫元素上升、氣測值升高，隨鉆伽馬無明顯變化[7]，現(xiàn)場卡層人員對應(yīng)H201 井判斷目前進入所謂的過渡段，預(yù)計取心井段在4 300 m左右。

2）現(xiàn)場監(jiān)督人員決定取心，理由如下：①氣測基值的升高，是因為有機質(zhì)的含量增加，是龍馬溪下部地層固有的特征。志留系巖屑顏色明顯變深，也是有機質(zhì)含量增加的體現(xiàn)，黑色碳質(zhì)頁巖的出現(xiàn)預(yù)示已經(jīng)進入龍馬溪組下部地層。結(jié)合巖屑和氣測判斷，認為在井深4 261 m 就已進入龍一1亞段4小層。②元素分析結(jié)果硫元素的增加是因為龍馬溪組下部黑色頁巖中含有較多的有機質(zhì)，而且還有分散狀的硫化鐵，只有進入龍一1亞段4 小層之后，地層中才會有黃鐵礦的出現(xiàn)，黃鐵礦(FeS2)主要成分含鐵46.6%、硫53.4%，在沉積巖中呈結(jié)核狀、細分散狀分布，與現(xiàn)場元素錄井特征和巖屑巖性特征相吻合。③TOC分析自井深4 258 m之后，一直處于上升趨勢，4 269 m 之后更是明顯上升，而在井深4 275 m分析結(jié)果為1.040%，符合設(shè)計取心要求。④現(xiàn)場應(yīng)該以實際情況，結(jié)合巖屑、氣測及特殊錄井分析結(jié)果，進行綜合判斷，不應(yīng)局限于一個狹隘的點[8]。

4.3 卡層結(jié)果驗證

1）JYT1 井自井深4 275 m 開始鉆井取心，現(xiàn)場結(jié)合巖心巖性確認，已進入龍一1亞段4 小層，頂板已鉆穿。

2）JYT1井并沒有鄰井所謂的“過渡帶”，根據(jù)鄰井元素分析對比和完井后測井證實（圖2），JYT1 井于井深4 261.20 m 進入了龍一1亞段4 小層，該層位劃分與監(jiān)督現(xiàn)場判斷JYT1吻合，也驗證了鉆井取心時，已進入龍一1亞段4小層。

圖2 JYT1井龍馬溪組測井解釋圖

5 卡層失誤原因分析

1）錄井人員未參加區(qū)域地質(zhì)情況培訓(xùn)就上井，無該區(qū)塊地質(zhì)錄井工作經(jīng)驗，對區(qū)域地層特征不熟悉，在錄井過程中過份依賴鄰井資料和元素錄井，對巖性發(fā)生變化、氣測顯示缺乏敏感性，且錄井人員更換頻繁，業(yè)務(wù)能力不強，巖屑顏色發(fā)生明顯變化也未能向隊長及卡層人員匯報。

2）卡層取心期間，未建立起完善的溝通機制，未針對卡層中的相關(guān)狀況達成統(tǒng)一意見，不能及時協(xié)商、協(xié)調(diào)具體取心方案。如出現(xiàn)氣測基值升高時未要求鉆井隊配合進行地質(zhì)循環(huán)，巖屑顏色變深時未及時通知鉆井隊停鉆循環(huán)并匯報。之后雖然分別在4 267.43 m和4 269.53 m井深時進行地質(zhì)循環(huán)，但未及時向建設(shè)方主管人員和現(xiàn)場監(jiān)督匯報，而是在地質(zhì)循環(huán)后按照個人的主觀意識判斷讓鉆井隊繼續(xù)恢復(fù)鉆進。

3）現(xiàn)場人員過于依賴元素錄井這一單一錄井技術(shù)，未結(jié)合各項錄井技術(shù)進行綜合性分析，現(xiàn)場注意力均在元素分析結(jié)果上[9]，而忽略了JYT1 最基本也是最直接的第一手資料，即對巖屑的及時觀察和對氣測值變化的掌握情況[10]，也忽略了外界因素對元素分析結(jié)果的影響。如:鉆井液中加入的泥漿材料對元素分析的影響，巖屑的取樣等因素。

4）泥漿材料對錄井的影響較大，巖屑淘洗后假巖屑占比過高，對判斷地層巖性造成誤導(dǎo)。例如：第一次鉆井取心發(fā)現(xiàn)井深4 276、4 277、4 288、4 290、4 291 m 巖屑為明顯的細砂巖，與實鉆地層不符，后對所加泥漿材料進行取樣，逐一排查分析，落實其成分為重晶石粉水洗后的殘留物。

6 結(jié)論與建議

探井取心卡層是錄井中一項重要的工作，也是一項需要多方配合協(xié)調(diào)的綜合性施工作業(yè)，為確?？▽禹樌M行，取全取準設(shè)計要求的巖心資料，需要做好以下工作。

1）錄井施工技術(shù)人員應(yīng)熟悉探區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造情況，在取心前做好取心方案，并派駐有該區(qū)域錄井工作經(jīng)驗的地質(zhì)工程師駐井把關(guān)，根據(jù)實鉆情況及時調(diào)整取心方案。

2）在錄井取心卡層過程中，充分利用巖屑識別定名、鄰井巖性組合對比、工程錄井、氣測錄井等傳統(tǒng)錄井方法，對地層情況進行綜合分析，同時應(yīng)積極探索XRD、XRF、定量熒光、核磁、殘余碳分析等錄井新技術(shù)在地層對比劃分中的應(yīng)用，總結(jié)出錄井新技術(shù)的適用范圍，在鄰井分層卡層中推廣應(yīng)用。

3）錄井施工人員應(yīng)有高度的工作責(zé)任心，做好各項錄井工作。如發(fā)現(xiàn)異常情況，不能簡單判斷，應(yīng)首先排除干擾因素，力求從整體出發(fā)，并及時與駐井監(jiān)督、項目建設(shè)方匯報溝通，多方研判后再下定論。

4）現(xiàn)場監(jiān)督要有高度的責(zé)任心與豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗，更要有風(fēng)險意識，能洞察施工中的風(fēng)險，透析防控措施，及時協(xié)調(diào)好各施工方，確保卡層工作順利進行。