遼東灣綏中X構(gòu)造底礫巖錄井識別特征

姚一冰 馮恩龍 王琦 楊洋 董國富

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300452

綏中X構(gòu)造位于遼東灣坳陷，為一個(gè)呈北東走向的半背斜構(gòu)造，西側(cè)以遼西大斷層為界與遼西凹陷相鄰，東側(cè)呈斜坡逐漸向遼中凹陷過渡。遼東灣坳陷是渤海灣盆地重要的油氣勘探區(qū)之一，已成為中國東部重要的能源基地[1]。遼東灣地區(qū)館陶組為一套沖積扇和辮狀河的陸源粗碎屑沉積[2-4]，屬于均勻熱沉降為主的拗陷演化階段。

綏中X構(gòu)造館陶組底部廣泛發(fā)育一套厚層砂礫巖，俗稱底礫巖，屬于辮狀河道局部淺湖相沉積，依據(jù)綏中X構(gòu)造已鉆井情況揭示，該套砂巖具有粒度大、顏色雜、分選差的特征，埋深范圍為海拔1100～1250m，厚度在30～90m，礫石具磨圓，泥質(zhì)含量低。由于該套地層可鉆性差，對鉆頭及相應(yīng)鉆井工具有較大磨損，為了提高鉆井效率，一般采用馬達(dá)+聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭（PDC）的鉆具組合，鉆底礫巖期間適當(dāng)降低鉆井參數(shù)進(jìn)而保護(hù)鉆具，鉆穿底礫巖后，在起鉆更換帶有旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、隨鉆測井等精密儀器的鉆具組合來提高鉆井效率，由于在底礫巖鉆進(jìn)期間沒有實(shí)時(shí)測井資料，只能依托于錄井技術(shù)進(jìn)行底礫巖識別，如何利用錄井技術(shù)精準(zhǔn)識別底礫巖對地層對比及提升鉆井效率有重要意義。

1 巖屑錄井識別方法

巖屑錄井是最常規(guī)的底礫巖識別方法，受到的影響因素較多，如泥漿攜砂能力、PDC鉆頭造成的巖屑細(xì)碎、井斜大導(dǎo)致的巖屑返出效果差以及人為采集誤差等，但是巖屑屬于實(shí)物資料，通過識別巖性的變化是最直觀的地層變化依據(jù)，根據(jù)以往鉆井經(jīng)驗(yàn)，底礫巖與上覆地層含礫細(xì)砂巖成分基本一致，最大的區(qū)別是顏色及粒度，底礫巖與下伏東營組泥巖由于巖性發(fā)生變化，因此區(qū)分度大。由于巖屑錄井的影響因素較多，往往有一定的滯后性，現(xiàn)場一般在撈取到較明顯的砂礫巖或泥巖后，判斷底礫巖的確定性鉆遇或鉆穿，然后通過其他參數(shù)方法來確定準(zhǔn)確的底礫巖界面。

2 氣測錄井識別方法

氣測錄井具有連續(xù)性、不需要人為采集等優(yōu)點(diǎn)，由于氣測錄井采集的數(shù)據(jù)是泥漿中攜帶的地層氣體，因此通過分析氣測數(shù)據(jù)的變化就可以反推地層巖性的變化。通過已鉆井顯示，含礫細(xì)砂巖與底礫巖區(qū)分度不大，但是底礫巖與下伏東營組泥巖的氣測值區(qū)分度明顯，底礫巖氣測值低，一般在0.05%以下，東營組泥巖氣測值一般在0.1%以上。

3 鉆井參數(shù)直觀識別方法

館陶組底礫巖由于巖性為砂礫巖，相較于上覆含礫細(xì)砂巖及下伏東營組泥巖具有粒度大、分選差、可鉆性差等特點(diǎn)，因此在鉆井參數(shù)上，特別是鉆時(shí)和扭矩曲線發(fā)生直接的變化。含礫細(xì)砂巖具有低鉆時(shí)，中等扭矩幅度，且波動幅度較??；鉆遇底礫巖鉆時(shí)，鉆時(shí)抬升一個(gè)臺階，扭矩增大，且波動幅度增大；鉆遇東營組泥巖后，鉆時(shí)和扭矩都降低，且波動幅度減小。

4 基礎(chǔ)參數(shù)衍生識別法

由上文可知，底礫巖與含礫細(xì)砂巖及泥巖的在鉆井參數(shù)上有一定的區(qū)分性，但是單一的鉆井參數(shù)分析影響因素較多，有一定的局限性。針對鉆井參數(shù)的特點(diǎn)，提出了鉆井參數(shù)衍生識別法，并取得了一定的成果，如Dc指數(shù)、Sigma指數(shù)、MSE(Mechanical Specific Energy)機(jī)械比能、功指數(shù)、KI指數(shù)等。通過衍生鉆井參數(shù)法在不同程度上可以提高參數(shù)敏感性，提高解釋精度，通過多方面的對比分析，發(fā)現(xiàn)KI指數(shù)法、MSE機(jī)械比能法、巖石強(qiáng)度指數(shù)法在綏中X構(gòu)造底礫巖識別方面具有較好的應(yīng)用效果。

4.1 KI 指數(shù)法

式中：WOB—鉆壓，t；ROP—鉆時(shí)，min/m；TORQUE—扭矩，kN·m

KI指數(shù)將鉆時(shí)、鉆壓和扭矩綜合起來，是三者參數(shù)相結(jié)合，是可鉆性的綜合反應(yīng)，相比于常規(guī)鉆井指數(shù)，KI指數(shù)可以排除單項(xiàng)鉆井參數(shù)的干擾，放大巖性對鉆井參數(shù)的敏感度，可靠性高，更易于判別井底巖性。在底礫巖KI值曲線與上覆含礫細(xì)砂巖及下伏泥巖區(qū)別明顯，底礫巖相較于上覆含礫細(xì)砂巖及下浮的東營組泥巖具有較高的KI值，且波動更大。

4.2 MSE 機(jī)械比能法

機(jī)械比能指鉆壓和扭矩破碎單位體積巖石時(shí)單位時(shí)間所需的機(jī)械能。在鉆探過程中比較常用的做法是通過改變鉆井參數(shù)如鉆壓、頂驅(qū)轉(zhuǎn)速來改變機(jī)械比能，以提高機(jī)械鉆速或者在某些特殊工況中控制鉆井速度。如果其他鉆井條件相同，則鉆井效率一般取決于地層巖性的變化，所以機(jī)械比在一定程度上也能反映地層的可鉆性，即巖性的變化。根據(jù)鉆探經(jīng)驗(yàn)，底礫巖的機(jī)械比能明顯高于含礫細(xì)砂巖和泥巖，因此通過機(jī)械比能可以有效識別館陶組底礫巖，判斷地層變化。

4.3 巖石強(qiáng)度指數(shù)法

式中：Qi—巖石強(qiáng)度指數(shù)，無量綱；λ—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，無量綱；WOB—鉆壓，t；TORQUE—扭矩，kN·m；RPM—轉(zhuǎn)速，rpm/min；D—井眼尺寸，in；ROP—鉆速，m/h。

巖石強(qiáng)度指數(shù)反映了地層不同巖石的巖石骨架強(qiáng)度或地層的壓實(shí)程度，也反映巖石的可鉆性。鉆井參數(shù)的變化會直接反映地層巖性的差異，這種變化也是巖石強(qiáng)度的反映。壓實(shí)程度高、成巖性好、膠結(jié)致密的巖性，巖石可鉆性差，巖石強(qiáng)度指數(shù)就大，反之強(qiáng)度指數(shù)就小。因此，通過分析巖石強(qiáng)度指數(shù)在一定程度上可以區(qū)分底礫巖，根據(jù)已鉆井經(jīng)驗(yàn)，底礫巖可鉆性差，在巖石強(qiáng)度指數(shù)上顯示為高值，與上覆含礫細(xì)砂巖及下伏東營組泥巖區(qū)分度明顯。

5 結(jié)束語

（1）遼東灣綏中X構(gòu)造底礫巖在錄井參數(shù)上具有顯著特征，但各項(xiàng)參數(shù)具有不同的影響因素。其中常規(guī)巖屑錄井識別底礫巖的可靠性最高，但是影響因素多，無法精準(zhǔn)劃分巖性界面。氣測錄井適用于區(qū)分底礫巖與泥巖，且精度較高，確定性強(qiáng)，但無法有效區(qū)分含礫細(xì)砂巖與底礫巖。常規(guī)鉆井參數(shù)直觀識別法可區(qū)分含礫細(xì)砂巖、底礫巖及泥巖之間的界面，但確定性偏低，需要巖屑錄井輔助判斷界面；由于直觀參數(shù)法參數(shù)單一，影響因素多，偶有界面區(qū)分度差的情況發(fā)生，且不適用于滑動鉆進(jìn)井段?；A(chǔ)參數(shù)衍生識別法相對鉆井參數(shù)直觀識別法界面區(qū)分度更高，但是與參數(shù)直觀識別法一樣受限于確定性較低，需要配合巖屑錄井來使用，亦不適用于滑動鉆進(jìn)井段。

（2）根據(jù)近兩年綏中X構(gòu)造底礫巖鉆探經(jīng)驗(yàn)，由于巖屑是地層實(shí)物，巖屑巖性變化是最直觀且確定性最高的識別方法，但解釋精度低，因此通過巖屑錄井定性判定是否鉆遇或鉆穿底礫巖，再通過氣測、鉆井參數(shù)或衍生參數(shù)法等精度高但確定性偏低的方法來進(jìn)行底礫巖界面判別。近三年綏中X構(gòu)造館陶組底礫巖識別準(zhǔn)確率達(dá)100%，垂深誤差在2m以內(nèi)，有效指導(dǎo)了鉆井工程作業(yè)，提高了鉆井時(shí)效，并相應(yīng)提升了地層對比精度。