地質(zhì)錄井技術(shù)在水平井鉆井高效施工中的應(yīng)用

張春梅

（大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井二公司錄井分公司，黑龍江 大慶 138000）

1 綜合錄井儀的發(fā)展歷程

綜合錄井技術(shù)是在氣測錄井技術(shù)和地質(zhì)錄井技術(shù)的基礎(chǔ)上逐漸完善發(fā)展起來的。國外錄井技術(shù)商用最早始于1939年，同時期國內(nèi)勘探開發(fā)仍處于起步階段，錄井手段還在使用土鏟、尺子等手工工具，直到20世紀(jì)50、60 年代國內(nèi)油氣勘探才引入國外半自動設(shè)備設(shè)施用于生產(chǎn)中，隨著國內(nèi)工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，為了滿足現(xiàn)場油氣勘探的需求，我國逐步仿造了蘇式QC-571型半自動錄井氣測儀，開啟了國產(chǎn)錄井設(shè)備設(shè)施的制造步伐。但是那個時代的氣測儀的檢測器均由鉑絲靈敏臂和固定臂組成，需要以不同的電橋電壓分別測量出總烴和重?zé)N值，再通過人工換算出其百分比的含量，一是誤差較大，二是計算復(fù)雜，因此效率較低。

隨著油氣勘探開發(fā)的深入，20世紀(jì)70年代開始研制色譜氣測儀，以滿足對錄井技術(shù)需求的緊迫性，并于1972年研制出了SQC-701型自動色譜氣測儀，大大拓展了錄井技術(shù)的應(yīng)用范圍和效果。與此同時氣測錄井儀的性能也有了較大的飛躍，主要體現(xiàn)在氣體分析由間隔點測量變?yōu)樽詣舆B續(xù)測量，數(shù)據(jù)分析的精確度和時效性得到了提高；烴類組分檢測器測量精度由千分之幾提高到幾十ppm，烴類氣體擴大至C1、C2、C3、iC4、nC4等多種組分。此時期的綜合錄井儀仍是以引進國外設(shè)備為主，包括美國的MD-1000 綜合錄井儀、法國的TDC 綜合錄井儀、貝羅特公司CAD 綜合錄井儀。其中以法國的TDC綜合錄井儀性能最為強大，該綜合錄井儀包括氣測錄井、地質(zhì)錄井、鉆井參數(shù)實時監(jiān)（錄）測、鉆井液性能錄井、地層壓力錄井等技術(shù)，通過錄井各參數(shù)的收集檢測可以實現(xiàn)對鉆井施工的優(yōu)化、工程參數(shù)數(shù)據(jù)和錄井資料整理等一系列的技術(shù)服務(wù)。

近年來，隨著技術(shù)的進步，國內(nèi)綜合錄井儀及其相關(guān)產(chǎn)品取得了較大的進步。其中神開、德瑪?shù)裙狙邪l(fā)的綜合錄井儀經(jīng)現(xiàn)場使用得到的廣泛的認可；儀器的精確度、檢測項目和時效性都得到了大大提高，為我國油氣勘探開發(fā)提供了有力保障。目前國內(nèi)綜合錄井儀已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，并且開始出口國際市場。

2 綜合錄井儀的功能和作用

隨著油氣勘探的不斷深入，國內(nèi)油氣勘探逐步邁向深層、超深層和非常規(guī)領(lǐng)域，勘探開發(fā)難度愈發(fā)加大，地質(zhì)錄井技術(shù)在識別地層油氣顯示、鉆井工程和鉆井液性能參數(shù)檢測、地層地質(zhì)巖性數(shù)據(jù)錄取等方面擁有明顯的優(yōu)勢。通過油氣水層識別、儲層含油氣評價、生油巖和油源評價等，為快速識別儲層提供依據(jù)。通過鉆井工程和鉆井液性能參數(shù)數(shù)據(jù)檢測、地層壓力和流體檢測，可以為優(yōu)化鉆井施工和保護油氣層等提供先進方法和技術(shù)。

2.1 地質(zhì)錄井技術(shù)

（1）巖屑錄井技術(shù)：巖屑錄井是指人工撈取鉆井液攜帶的井下地層巖屑，通過清洗、烘干、在進行觀察描述，并根據(jù)地質(zhì)設(shè)計要求分層收集，經(jīng)過取樣分析、比對資料后繪制綜合錄井圖等一系列的技術(shù)工作。

（2）巖芯錄井技術(shù)：巖芯錄井包括鉆井取芯和井壁取芯錄井兩種方法。鉆井取芯錄井根據(jù)取芯層位的不同，分為油氣層取芯和地層控制取芯兩種。鉆井取芯錄井根據(jù)取芯方式的不同又分為常規(guī)取芯、密閉取芯和保壓取芯。井壁取芯錄井根據(jù)取芯方式的不同分為旋轉(zhuǎn)井壁取芯和取芯槍式井壁取芯。

（3）熒光錄井技術(shù)：熒光錄井包括巖屑熒光錄井和鉆井液熒光錄井，目前常用的是定量熒光錄井，采取有代表性的巖樣測定F值。定量熒光錄井是利用了原油的濃度與原油發(fā)出的熒光強度成正比的性質(zhì)。熒光強度F計算公式如下所示。

式中：F—-熒光強度；

I0——激發(fā)熒光源強度；

Ψf——熒光的相關(guān)效率；E---所測熒光分子的吸收；P---被測溶液的路途長度；C---熒光分子的濃度。

I0和P取決于熒光測定儀，對于給定的熒光分子Ψf和E是固定的。所以熒光強度與溶液熒光分子濃度C成正比。熒光的相關(guān)效率隨原油組分的變化而變化，重質(zhì)油相關(guān)效率最高，凝析油最低，也就是同樣濃度重質(zhì)油熒光強度要比輕質(zhì)油高。

（4）油氣錄井技術(shù)：油氣錄井技術(shù)是指在鉆井施工過程中遇有地層油氣顯示異常時，會通過鉆井液攜帶至地面，通過在地面的油氣槽面、液面顯示變化和鉆井液性能及氯離子的變化進行觀察和記錄，體現(xiàn)井下地層含油氣的變化。

（5）鉆時錄井技術(shù)：鉆時錄井指通過鉆臺絞車裝有的傳感器計算大鉤行程從而得到鉆井速度，再換算成純鉆時間，通過記錄鉆時可以表征鉆速，給鉆井施工提供數(shù)據(jù)決策支持。

2.2 氣測錄井技術(shù)

氣測錄井是鉆井過程中發(fā)現(xiàn)油氣層最直接的方法和手段。尤其在新區(qū)塊的勘探開發(fā)中是發(fā)現(xiàn)新含油氣層位不可缺少的資料。并可根據(jù)油氣顯示判別油氣水層，進行油氣層比照。根據(jù)氣測錄井中的任務(wù)、方法和目的不同可分為隨鉆氣測錄井和擴散氣測錄井。

（1）隨鉆氣測錄井技術(shù)。隨鉆氣測錄井是指連續(xù)測量由鉆井液中脫離出來的烴類氣體組分含量和種類。鉆井液中攜帶烴類氣主要由兩種途徑進入其中：一是鉆碎巖屑中含有的游離氣，另一種是油氣層以滲透擴散等運移方式進入鉆井液中的氣體。隨鉆氣測錄井需要及時、準(zhǔn)確捕捉和測量鉆井液中攜帶出來的氣體，因此烴類氣體的測量，除需配備高靈敏度、穩(wěn)定可靠的分析儀器外，還需要配備高效脫氣設(shè)備，才能實現(xiàn)及時高效的隨鉆氣測錄井。

（2）擴散氣測錄井技術(shù)。已發(fā)現(xiàn)的油氣顯示層段，在鉆井液靜止時相應(yīng)油氣層井段由于油氣的擴散和滲透作用，形成烴類氣體相對較富集含油氣鉆井液井段。擴散氣測錄井是在鉆井液靜止一段時間后循環(huán)鉆井液時進行的，對擴散在鉆井液中的油氣進行測量。

3 地質(zhì)錄井技術(shù)在水平井中的應(yīng)用

為了達到鉆探目的和完成錄井任務(wù)，錄井隊與鉆井工程、泥漿人員密切配合，嚴(yán)格執(zhí)行地質(zhì)設(shè)計和甲方指令，按甲方資料錄取規(guī)范，認真負責(zé)地取全、取準(zhǔn)各項錄井資料，完成了各項鉆探地質(zhì)任務(wù)。

按設(shè)計要求自井深455.90m 開始，進行鉆時、巖屑、氣測、鉆井液等各項地質(zhì)錄井，其中鉆時、氣測每0.2m 錄取一點，各錄取8945 點，巖屑錄取井段：456.00～1628.00m，每2m 錄 取1 包，錄 取586 包；1628.00～2270.00m，每1m 錄取1 包，錄取642 包，鉆井液性能（密度、粘度）每10m 錄取1點，共測定182點，碳酸鹽含量分析每2m 錄取1 點，共測定51 點；此外，還進行了工程監(jiān)測、地層壓力監(jiān)測、鉆井液監(jiān)測、氣體監(jiān)測等工程錄井項目，準(zhǔn)確及時地為現(xiàn)場施工提供了地層與事故預(yù)報。各項錄井資料齊全，真實可靠。

3.1 地質(zhì)成果

根據(jù)設(shè)計要求，DG20-1X 井從455.90m 開始綜合錄井，通過與臨井地層對比，本井自上而下鉆遇地層依次為：第四系；三疊系延長組、紙坊組、和尚溝組、劉家溝組；二疊系石千峰組、石盒子組、山西組、太原組；石炭系本溪組、馬家溝組。

3.2 構(gòu)造特征

鄂爾多斯盆地位于華北地塊西部，奠基于太古代和早元古代結(jié)晶基底之上。盆地內(nèi)構(gòu)造平緩，沉降穩(wěn)定、坳陷遷移復(fù)合、扭動明顯，總體呈現(xiàn)東部翹起、西部傾伏的區(qū)域性斜坡面貌；沉積蓋層賦存下古生界寒武系、奧陶系，上古生界上石炭統(tǒng)、二疊系，中生界三疊系及新生界新近系。缺失下古生界志留系，上古生界泥盆系、下石炭統(tǒng)，中生界侏羅系、白堊系，新生界古近系。沉積巖平均厚度約5000m。盆地構(gòu)造演化主要經(jīng)歷了中—晚元古代坳拉谷、早古生代陸表海臺地、晚古生代濱海平原、中生代內(nèi)陸坳陷以及新生代盆地周邊斷陷五大發(fā)展階段，最終形成了現(xiàn)今古生代—中生代大型復(fù)合的含氣盆地。大寧—吉縣區(qū)塊整體呈現(xiàn)為“一隆一凹兩斜坡”的基本構(gòu)造格局，即中部的桃園背斜帶、蒲縣凹陷帶、東部的明珠斜坡帶和西部斜坡帶。DG20-1向1井臺位于大寧—吉縣區(qū)塊西部斜坡帶上，區(qū)域構(gòu)造位置屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東部，構(gòu)造整體呈向西傾的斜坡。井區(qū)構(gòu)造為一大型寬緩西傾單斜，地層平緩，傾角約為1°，斷層不發(fā)育。DG20-1X1井在三維地震剖面上，主要目的層段資料信噪比較高，主頻35Hz，頻帶寬度10～80Hz，明顯高于二維資料。地震反射界面清楚，層間信息豐富，產(chǎn)狀細節(jié)清晰。區(qū)域構(gòu)造背景是一大型寬緩北西傾斜坡，無明顯斷層發(fā)育，有利于成藏。DG20-1X1 井山23 亞段下砂巖頂面構(gòu)造海拔-1116m，附近無斷層。

3.3 生、儲、蓋層評價

由于本井目前無分析化驗資料，現(xiàn)僅就現(xiàn)場錄井資料對煤層氣的生、儲、蓋層進行簡述。

3.3.1 氣源巖評價

縱觀錄井剖面山西組—本溪組暗色泥巖發(fā)育，自上而下泥巖顏色逐漸變深，從深灰色到灰黑色。山西組系大陸環(huán)境沼澤相沉積，暗色泥巖及煤層發(fā)育，累計厚度為64.62，占本組地層厚度的43.08%；太原組系海陸交互相沉積，暗色泥巖及煤層累計厚度為6.00m，占本組地層厚度19.02%。本溪組也為海陸交互相沉積，暗色泥巖及煤層累計厚度為16.80m，占本組地層厚度的48.75%。該三套地層有機質(zhì)含量高，屬于成熟階段，是良好的生氣源巖。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，鄂爾多斯盆地上古生界的煤和干酪根絕大多數(shù)屬腐植型，其元素分析H/C一般小于0.8，屬于Ⅲ型干酪根。在古地溫和地質(zhì)時間的作用下，煤和腐植型干酪根不斷產(chǎn)出煤成氣。煤成氣的生成、運移、聚集貫穿于煤系形成的整個地史時期，但盆地主要生氣期在燕山旋回的中晚期(下白堊統(tǒng)沉積之后)。此時全盆地高強度生氣中心形成，盆地內(nèi)大部分地區(qū)均進入了大量生氣階段。本井盒8段、山西組砂體較厚，見到良好煤成氣藏，證實本區(qū)具有良好的氣源條件。

3.3.2 蓋層評價

（1）石千峰組、石盒子組上部泥巖厚度大，橫向分布穩(wěn)定，單層厚度大，巖性致密，有較強的封蓋能力，為良好的區(qū)域蓋層，也是下石盒子組氣層的較好蓋層；

（2）山西組泥巖區(qū)域分布較廣，厚度較大，具有一定的封蓋能力，是山西組、太原組氣層的蓋層。石炭系本溪組泥巖可作為奧陶系頂部氣層的直接蓋層。

4 提速措施

4.1 優(yōu)化定向井軌道控制

（1）優(yōu)化單井軌跡，做好待鉆井設(shè)計。

（2）二開使用穩(wěn)斜較好的雙螺扶螺桿，為滿足井眼曲率3°/30m要求，每個單根均采用復(fù)合鉆進與滑動鉆進相結(jié)合，使井眼平滑。

（3）進入煤層，將井斜降至3°以內(nèi)，以滿足煤層內(nèi)井眼軌跡要求。

4.2 優(yōu)選螺桿或液動旋沖工具

（1）全井以復(fù)合鉆進為主，優(yōu)選螺桿，努力實現(xiàn)一趟鉆工程。

（2）造斜（糾斜）、穩(wěn)斜、降斜使用一套鉆具組合，根據(jù)井眼軌跡要求可隨時調(diào)整井斜方位，滿足五段制要求，同時減少起下鉆次數(shù)。

（3）鉆遇硬地層時，選用高效螺桿或液動旋沖工具來提高機械鉆速。

5 結(jié)論

（1）地質(zhì)錄井技術(shù)能夠及時準(zhǔn)確測量地層地質(zhì)信息，連續(xù)收集相關(guān)地層資料為油氣勘探開發(fā)提供數(shù)據(jù)支持與保障。

（2）地質(zhì)錄井技術(shù)能夠及時收集各種鉆井工程數(shù)據(jù)信息，為水平井施工提供決策建議，有效提高水平井施工速度。