儀器錄井技術在石油鉆井中的應用

李國義

（大慶鉆探工程公司地質錄井二公司錄井分公司，黑龍江 大慶 138000）

1 概述

隨著油氣資源品質劣質化、油氣目標復雜化等問題的不斷加深，尤其是隨著勘探開發(fā)逐步面向深層超深層、非常規(guī)油氣、深水等勘探開發(fā)新領域，石油鉆井面臨越來越多的問題，地錄井儀器的發(fā)展為問題的解決提供了途徑，主要通過提供更及時、全面的井筒錄井資料，更好的實現(xiàn)油氣層識別與評價、準確定位地質工程雙“甜點”、預警井下風險、有效降低事故復雜，從而為石油勘探開發(fā)高效進行提供有力支撐。

2 地質錄井儀器技術發(fā)展概述

伴隨著現(xiàn)代石油勘探技術開發(fā)的不斷進步，地質錄井儀器也一直不斷進步發(fā)展，從最開始的鐵鍬、直尺到現(xiàn)在的智能化精密儀器，自從第一臺專業(yè)錄井儀器問世后，錄井儀器的發(fā)展速度基本上按10～15年一代、2～3 年一型的速度發(fā)展，目前已發(fā)展至第五代錄井檢查儀器，可以實現(xiàn)集資料采集、存儲、傳送和發(fā)布于一體，是發(fā)現(xiàn)、分析、評價油氣層最及時、直接的手段，能夠為石油勘探開發(fā)提供一手直接的井筒數(shù)據(jù)，在非常規(guī)、深層、超深層和復雜油氣藏領域發(fā)揮著及其重要的作用。

2.1 國內外錄井儀器設備發(fā)展概述

錄井儀器的發(fā)展歷程跟石油勘探開發(fā)的需要和科學技術的進步息息相關，科學技術的進步為錄井儀器的發(fā)展提供了先決條件，而石油勘探開發(fā)的需要則是推動了錄井儀器的不斷進步的直接推手。

（1）國外錄井儀器設備發(fā)展情況。隨著工業(yè)革命對石油的需求增加，20世紀初，國外油氣勘探開發(fā)掀起了浪潮，為了快速、準確找到油氣資源并開發(fā)利用，相應的儀器設備應運而生，經(jīng)過不斷的完善改進，1939年，Baroid公司的首臺氣測儀研發(fā)并投入使用，隨著科技的進步，各種識別油氣的新技術被應用到錄井過程中，經(jīng)過逐步發(fā)展完善，形成了較為完整的儀器設備體系，目前完善的發(fā)展代系已經(jīng)歷五代，第六代也已逐步開發(fā)中。各代的主要特點如表1所示。

表1 錄井儀器設備發(fā)展歷程

由表1 可以看出，隨著科學技術的不斷進步，錄井儀器設備得到了突飛猛進的發(fā)展，尤其是近年來，非常規(guī)油氣勘探開發(fā)迫切需要進一步推動錄井儀器向智能化、平臺一體化發(fā)展，相信錄井儀器的不斷發(fā)展會給我國非常規(guī)油氣、復雜地層勘探開發(fā)提供技術保障。

（2）國內錄井儀器設備簡述。雖然國內油氣大規(guī)?？碧介_發(fā)較晚，但是國內錄井技術的發(fā)展起步較早，早在1937 年初，孫建初先生就已經(jīng)在玉門油礦開展了地質錄井工作，但是受限于當時的國內政治環(huán)境和經(jīng)濟條件，現(xiàn)場錄井方式以純手工為主，依靠肉眼觀察、手工描繪、定性描述為主要手段，所用工具非常簡陋，主要是鐵鍬、臉盆、卷尺、尼龍繩、鋼筆及記錄本子，沒有任何地質組分收集、檢測與分析儀器，緊靠工作人員的以往經(jīng)驗判斷井下地層組分情況，數(shù)據(jù)的收集連續(xù)性差、檢測與分析科學性較差。國內現(xiàn)代錄井技術發(fā)展起步較晚，錄井儀器設備主要經(jīng)歷了五個時期，第一個時期是進口階段，20 世紀80 年代以前，受限于國內技術相對落后的情況，錄井儀器設備及使用工具主要依賴國外進口；第二個時期是引進學習階段，1985年法國TDC綜合錄井儀，1990年ALS-2綜合錄井儀、ADVANTAGE綜合錄井儀、DATALOG綜合錄井儀等先進的儀器設備相繼引進并投入現(xiàn)場使用，在現(xiàn)場施工中我們逐步學習模仿儀器的使用；第三個時期是中外聯(lián)合研發(fā)階段，2000 年，在相關部門的組織下，國內企業(yè)開始模仿組裝綜合錄井儀，并與國外先進企業(yè)廠家聯(lián)合研發(fā)綜合錄井儀，逐步積累研發(fā)經(jīng)驗，為自主生產(chǎn)打下基礎；第四個時期是自主研發(fā)研制階段，自2007年以來，在科技部的大力支持下，各高校與專業(yè)化公司合力開展了相關技術攻關，逐步形成了雪狼、德瑪、長城等國內自主品牌，通過不懈努力，2008年以后錄井綜合錄井儀和相關工具逐步全面替代進口；特別是近些年來，國內公司自主研發(fā)的綜合錄井儀已逐步達到國際先進水平。第五個時期是大規(guī)?，F(xiàn)場應用階段，以中石油為例，目前累計研發(fā)制造綜合錄井儀約480臺，其中外部銷售30余臺，自用約450臺，占在用儀器的55%左右，其中85臺儀器服務于國外，占國外總使用儀器的45%左右，國產(chǎn)自研儀器已占據(jù)現(xiàn)有儀器設備的半壁江山，隨著時間的推移，儀器更新?lián)Q代后，實現(xiàn)錄井設備的完全自主化已經(jīng)為時不遠。

綜上所述，隨著油氣勘探發(fā)展的不斷深入，為了更好的發(fā)現(xiàn)油氣層，地質錄井技術也會隨之發(fā)生翻天覆地的變化，也催生錄井儀器設備向著更先進方向發(fā)展，目前與現(xiàn)代通訊技術、信息技術相融合，基本實現(xiàn)了多元化、信息化，正在向智能化方向發(fā)展。錄井儀器的發(fā)展朝著更全、更準、更快的方向邁進，更全是指方法更全、資料更全、應用更全、數(shù)據(jù)更全；更準是指手工到自動、定性到定量、模擬到數(shù)字、門限到建模；更快是指色譜分析更快（30s）、采集速率更快（100Hz）、信息傳輸更快（24H）、解釋評價更快（隨鉆）。

2.2 綜合錄井儀簡述

綜合錄井儀是指記錄鉆井液中的地質、油氣、壓力、巖石物性等信息隨深度變化的一種儀器，其廣泛應用于油氣勘探開發(fā)的鉆探施工過程中。綜合錄井儀不僅在新區(qū)塊、新地層設計的摸底井、預探井、資料井及探井的勘探開發(fā)中有廣泛的應用，對在老油田老區(qū)塊開發(fā)過程中的開發(fā)井、取芯井、水平井及調整井的施工也有著十分明顯的作用。綜合錄井儀的作用主要體現(xiàn)在記錄鉆井液中的地層巖屑組分組成變化、鉆井工程參數(shù)、鉆井液參數(shù)等，通過這些數(shù)據(jù)的收集、記錄、分析指導油氣層發(fā)現(xiàn)與確定。

（1）綜合錄井儀的發(fā)展歷程。由于錄井方法不斷改進，錄井工具與儀器的更新?lián)Q代也非常迅速。20 世紀50年代用簡單的氣測儀，60～70年代用色譜氣測儀，70年代國際上便出現(xiàn)了綜合錄井儀。隨著微型計算機的出現(xiàn)和計算性能的不斷提高，給錄井工作帶來了重大的革命性變革，出現(xiàn)了綜合錄井儀脫機裝置(計算機與錄井儀不聯(lián)接)和綜合錄井儀聯(lián)機裝置(計算機與錄井儀直接相聯(lián))。我國地質錄井行業(yè)在80 年代先后引進一批錄井設備，其中最多的是法國地質服務公司(Gcoscrviccs)生產(chǎn)的綜合錄井儀TDC(Total Drilling Control)，由此逐漸進入現(xiàn)代錄井行列?，F(xiàn)代錄井，國外一般稱之為泥漿錄井(Mud logging)，也可以稱之為用綜合錄井儀進行的錄井。它是指在石油鉆探作業(yè)中，利用循環(huán)鉆井液作為錄取信息的載體，使用各種檢測儀器，記錄鉆井液中的地質、油氣、壓力、巖石物性等信息隨深度變化的一種綜合錄井作業(yè)。

（2）綜合錄井儀的組成。綜合錄井儀的測量儀器主要分為以下三部分：

①鉆井參數(shù)部分。綜合錄井儀上設有鉆盤轉速測定儀、泵沖程測定儀和大鉤負荷測定儀等，可為鉆井人員及時提供鉆速、泵排量、鉆壓等信息。

②鉆井液參數(shù)部分。綜合錄井儀上設有泥漿池液面測量儀、鉆井液密度測量儀、鉆井液流量測量儀、鉆井液溫度測量儀、鉆井液電阻率測量儀等，所測參數(shù)可及時發(fā)現(xiàn)涌水層、漏失層及泥漿性能變化等信息，為防止事故發(fā)生給予及時提示。

③地質氣測參數(shù)部分。綜合錄井儀上配有天然氣總含量監(jiān)測儀、氣相色譜儀(熱解氣象色譜儀)、熱真空蒸餾脫氣器、硫化氫含量監(jiān)視儀、二氧化碳測量儀、碳酸鹽含量測量儀、泥巖密度測量儀、熒光燈、雙目立體顯微鏡等儀器，可測定全井段的全烴含量、烴組分和非烴氣曲線，可及時發(fā)現(xiàn)油氣層。如果井內出現(xiàn)硫化氫氣時，綜合錄井儀還可及時發(fā)出警報信號。

（3）綜合錄井儀的功能和作用。綜合錄井儀是在石油鉆井過程中連續(xù)錄取所鉆地層釋放出來的油、氣顯示、鉆井工程、泥漿性能、地層地質等參數(shù),用以識別油、氣、水層和地層評價、生油巖和油源評價。監(jiān)測鉆井施工、檢測地層壓力、優(yōu)化鉆井、保護油氣層等為實現(xiàn)科學鉆井提供先進方法和技術。

綜合錄井是直接發(fā)現(xiàn)油氣層的好手段,是其它手段所不能替代的。建立鉆遇地層剖面、地層層序及烴類氣體百分含量變化剖面。配合科學鉆井可以在連續(xù)鉆井全過程,實時地對各種作業(yè)監(jiān)督和記錄,從而及時發(fā)現(xiàn)鉆井施工中的隱患和事故苗頭,配合固井進行計量,配合下套管測量地層破裂壓力等。提供噴射鉆井的水眼選擇,優(yōu)化、平衡鉆井提供必要的參數(shù)資料。

（4）綜合錄井儀的應用。綜合錄井儀廣泛應用于油氣勘探活動中的鉆探過程。它不僅在新區(qū)勘探過程中對參數(shù)井、預探井、探井有廣泛的應用，而且對老區(qū)開發(fā)過程中的開發(fā)井、調整井的施工也有著十分明顯的作用。

由于綜合錄井技術是多學科、多技術集成的高新技術集合體，因此它在施工現(xiàn)場所獲取的大量參數(shù)、資料信息并不只是為單一用戶服務。也就是說：獲取的鉆井工程信息既可以供鉆井工程技術人員使用，也可以供地質技術人員使用，同時，獲取的地質信息也同樣為工程、地質技術人員共同使用，這兩者是相輔相成、互為利用、資源共享的。

3 結論

（1）本文詳細闡述了國內外錄井儀器與工具的發(fā)展歷程，讓讀者清晰了解了每個時期錄井儀器與工具的組成，認識到了科技進步給錄井儀器的發(fā)展帶來的推動作用。

（2）對綜合錄井儀進行了詳細的介紹，闡述了綜合錄井儀的研發(fā)、發(fā)展過程，簡述了綜合錄井儀的組成、功能及作用。

（3）總體闡述了儀器錄井技術在石油勘探開發(fā)中的作用、地位及取得的效果。