【周岐双】浅析使用pdc钻头时的现场录井工作.doc

西西南南油油气气田田公公司司川川东东北北气气矿矿2011届届 大大学学毕毕业业生生转转正正论论文文 浅析使用浅析使用 PDCPDC 钻头时的现场录井工作钻头时的现场录井工作 毕业专业 毕业专业 资源勘查工程资源勘查工程 姓姓 名 名 周周 岐岐 双双 指导老师 指导老师 蒋蒋 东东 见习单位 见习单位 川庆川庆 70516 队队 见习岗位 见习岗位 综合录井工综合录井工 二二 一二年六月一二年六月 目录 1 1 PDCPDC 钻头简述钻头简述 1 1 1 11 1 PDCPDC 钻头的优点钻头的优点 1 1 2 2 PDCPDC 钻头对岩屑录井的影响钻头对岩屑录井的影响 2 2 2 2 1 1 对真假岩屑判别的影响对真假岩屑判别的影响 2 2 2 2 2 2 对岩屑描述内容的影响对岩屑描述内容的影响 2 2 3 3 PDCPDC 钻头录钻头录井井方法方法 3 3 3 1 3 1 录井条件录井条件 3 3 3 2 3 2 取样方法取样方法 4 4 3 33 3 钻时扩大法钻时扩大法 5 5 3 3 4 4 收集资料收集资料 6 6 4 4 气测录气测录井井 6 6 5 5 现场碳酸盐岩现场碳酸盐岩定定量分析技术量分析技术 8 8 6 6 以嘉二 以嘉二 3 3亚段固井卡层剖析 亚段固井卡层剖析现现场录井场录井 9 9 7 7 结束语结束语 1111 8 8 致谢致谢 1212 1 摘要 随着高新技术在钻井工程方面的实际应用 为了减少钻井过程中 对深层油气的污染和破坏 尽量采用高新技术来加快钻井速度 缩短建井周期 节约钻井成本 广泛使用PDC钻头 然而随着PDC钻头的使用也给现场录井工作 带来了新的挑战 本文从PDC钻头条件下岩屑特征分析入手 浅析了PDC钻头钻 进下搞好现场录井工作的方法 关键词 PDC钻头 岩屑 录井 碳酸盐岩定量分析 1 1 PDCPDC钻头简述钻头简述 PDC钻头的特点及对现场录井的影响近年来 随着钻井工艺的突飞猛进 为提 高钻井生产实效和速度 节约钻井成本 PDC钻头因其快速 安全 使用时间长 使用时间长 井身质量好 低成本高效益的优势得到广泛应用 1 11 1 PDCPDC 钻头的优点钻头的优点 PDC钻头全称为聚晶金刚合金片钻头 Polycrystalline Diamond Compact 这种钻头采用人造金刚石材料 聚晶金刚石薄片与炭化钨圆片接触面的几何形 状也有所改进 热稳定极限从原来的700 提高到1150 PDC钻头相对于传统 三牙轮钻头 图1 其优越性显而易见 PDC 钻头 三牙轮钻头 图 1 PDC 钻头 三牙轮钻头对比图 1 机械钻速高 使用时间长 据统计 一般一只PDC钻头的进尺是普通钻头 2 的4 6倍 井下工作时间是普通钻头的5 8倍 通过使用PDC钻头 可以减小起下 钻时间 降低钻工的劳动强度 提高钻井时效 节约成本 2 不同岩性适应性强 针对地层岩性情况 钻头有各种不同的设计 如冠部 外型呈长形或锥形的钻头可用于软地层 冠部外型呈圆形或抛物线形状的钻头 可用于硬地层 因此 PDC钻头可适用于软到中硬地层 3 破岩机理以切削和研磨为主 钻头是以切削齿对地层进行切削来破碎岩石 的 与牙轮钻头相比钻出的岩屑细小 粒径在1mm左右 尤其是在钻遇疏松砂岩 层地层时基本没有块状岩屑 岩屑往往呈颗粒状 因为岩屑颗粒细小 在泥浆 的循环下便于携带 可以保持井底清洁 4 井身质量好 PDC钻头在钻进时只需要较低的钻压就可以均匀的破碎岩石 具有很好的防斜 纠斜稳斜功能 然而PDC钻头所钻的岩屑细小 因此对现场录井有一定的影响 2 2 PDCPDC 钻头对岩屑录井的影响钻头对岩屑录井的影响 2 2 1 1 对真假岩屑判别的影响对真假岩屑判别的影响 真假岩屑的判别是岩屑描述的第一步 也是最关键一步 在日常工作中 我 们通常把那些色调模糊 形态较大 局部微弯成棱角明显 个体较大的判断为假 岩屑 而将颜色新鲜 个体小具棱角的判断为真岩屑 图2 而PDC钻头一般要 求低钻压 高转速 大排量 加上本身独特的结构 使破碎后的地层岩屑呈极细的 粉末状 这对传统的岩屑录井方法 即凭肉眼观察等来判断真假岩屑造成困难 芭蕉001 H3井钻至自流井组时 紫红色泥岩因其质纯 性软 加上钻井液的浸泡 晾干后呈豆粒大团块状 已不能反映真实形态 而自流井组灰绿色细砂岩则均呈 颗粒式散砂状存在 根本无法判别真假 2 2 2 2对岩屑描述内容的影响对岩屑描述内容的影响 PDC钻头所钻岩屑极为细小 它的一些物理特征 诸如纯度 硬度等以及一 些结构 构造特征 含矿物分布情况均不能明显表现出来 甚至造成假象 尤其 3 是对一些含油气储层 因为好的含油气储层一般都较疏松 极易被PDC 钻头所破 坏 图 2 真假岩屑对比 加上钻井液的冲击一般会呈极小的岩屑出现 如果我们不仔细观察 将造成漏失 油气层的不良后果 PDC钻头所钻岩屑的描述一般常有的问题是描述内容不全面 不准确 以上两点不利影响 造成的直接不良后果是降低了地层剖面符合率 使 现场录井各地层单层厚度与测井所提供的各单层厚度相差较大 影响了油气层准 确及时的发现 由于岩屑混杂 给岩屑描述带来一定的困难 影响随钻地层对比的进行 PDC钻头特殊的破岩机理 加之高钻速高泵压大排量钻井液的冲刷 使岩屑 到达地面时已成粉末状 这就给岩屑采集工作带来了困难 有时甚至采集不到 岩屑 由于PDC钻头特殊的工作原理 传统的岩屑采集方法已不能满足需要 必 须对其加以改进 3 3 PDCPDC钻头录井方法钻头录井方法 3 1 3 1 录井条件录井条件 根据PDC钻头破碎岩屑的特点 其录井条件除按一般的录井条件准备外 还 4 应注意以下几项 1 使用合适的振动筛布 其孔径要在140目 孔 英寸2 以内 图3 2 建议使用2mm的粒 度筛 现场多为 10 8 6 4mm粒度筛 分 层过滤 便于观察小于2mm的 粉末状岩屑 3 使用放大镜 显微 镜观察分析组成岩石的矿屑 判断矿物成分 确定地层 芭蕉001 H3井的岩性识别中 一直用的显微镜辅助 以提高岩性描述的准确性 洗净未晒干的细小岩屑 因 其表面清洁 容易观察其岩性组合特征 晒干后 由于砂岩胶结疏松 一些未 破碎的细小砂岩颗粒在晒样过程中因翻动进一步破碎 且岩屑表面变得模糊而 难以观察 岩屑清洗干净后可以先简单粗描 晒干后观察岩性百分比的变化 再 整体细描 远观颜色 近查岩性 参考钻时 分层定名 3 2 3 2 取样方法取样方法 鉴于PDC钻头破岩的特殊性 应注意以下几点 1 经常观察振动筛排砂情况 及时调整合适的取样位置 2 严格按两分法或四分法取样 样少的要加密取样间距 3 清洗时切忌用水猛冲 快倒 尽量采用小水流 轻搅拌 稍微沉淀后倒 去混水再换清水 反复进行冲洗 这样可以防止细小的真岩屑在洗样过程中流 失 例如嘉陵江组的石膏 如果取样过少 搅动过大 由于石膏溶于水 很可 能造成淘洗过后的岩石样品总量达不到标准 并且石膏如果搅动不充分 很容易 发生结块现象 图3 80目筛布 5 4 晒烤样品应尽量不搅动 翻动 保持岩屑干净 便于描述 烤样时切忌 翻动 如果频繁翻动岩样 很可能造成岩石样品的表面颜色发生改变 以至于 直接影响录井现场的岩样描述 在岩屑手机装袋时 应尽量将细小真岩屑装入 袋中 细小岩屑中真岩屑的比例较大 要尽量减少各个环节中的流失 3 33 3 钻时扩大法钻时扩大法 理论和实践都可以证实 无论是三牙轮钻头还是PDC钻头 在一定的钻井 参数条件下 不同岩性有不同的可钻性 反映在钻时一般都有或大或小的变化 只是在PDC钻头钻井条件下 变化幅度降低了 基于这种认识 针对PDC钻头钻 井时 采用钻时扩大法绘制钻时录井曲线 传统的 常规的钻时曲线横向比例是每mm代表1min 对传统的三牙轮钻头 及传统的钻井工艺条件下 传统的钻时曲线起伏大 砂泥岩钻时曲线变化明显 在岩屑描述 岩性定名 岩性分层 地层对比过程起到了极其重要的作用 而 今在PDC钻头及钻井新艺条件下 砂泥岩的钻时差别不大 采用传统方法绘制的 钻时曲线起伏不明显 给钻时卡层以及现场利用钻时划分岩性界面 岩性归位 带来很大困难 图4 LianX33井钻时曲线与岩性和测井曲线对应图 提高原始钻时记录的精确度 保留小数后1位 将原始钻时扩大适当的 倍数 2 5 10倍 绘制而成的钻时曲线 称为钻时扩大曲线 扩大后的钻时 曲线起伏较大 使砂泥岩钻时的细微变化表现得比较明显 在部位井 部分井 6 段岩屑描述 岩性定名 岩性分层 地层对比过程起到了较好的应用效果 图4为LianX33井1545 00 1592 00m的原钻时及放大钻时曲线与岩性和测井 曲线对应图 该井井使用PDC钻头后 在戴南组 埋深较浅 钻时很快 最小钻 时为0 8min 最大钻时为4 8min 平均钻时为1 8min 传统方法绘制钻时曲线 几乎看不出钻时起伏变化 看不出岩性的变化 也就无法借助于钻时曲线划分 砂泥岩界面 将原来钻时保留一位小数扩大10倍 钻时曲线起伏发生了明显变 化 曲线变化与岩性变化对应较好 3 3 4 4收集资料收集资料 二开前要收集区域地质资料 掌握地层 断层展布情况及邻井地质情况 尤其对地质设计要熟读 精读 对PDC钻头使用时间 井段 转盘转速 钻压等 情况要详细收集 特别注意钻井液处理及变化情况 如密度 粘度 氯离子含 量 槽面变化等情况 为判断地层提供资料 4 4 气测录井气测录井 在常规钻井工艺近平衡及过平衡钻井条件下 气测录井资料是通过储集层 烃类物质从破碎的岩石中释放出来而侵入到钻井液中 随钻井液循环返出到气 体采集和色谱仪分析等气测仪器 并对其进行连续检测和全脱分析获得的 见 图 5 这个过程中气测录井资料受诸多因素的影响 从而导致气测值偏高或偏 低 脱气器样气管线仪器分析 计算机处 理输出 图图 5 5 气测录井流程示意图气测录井流程示意图 7 气测录井过程中所有相关的过程都可能对气体数据准确反映井下客观地质 情况产生影响 概括地说 影响气测录井的因素可主要归纳为3个方面 储集层 特征及油气性质因素 钻井因素和脱气器脱气效率因素的影响 其中储集层特 征与油气性质的影响因素是主要的且客观存在的 钻井技术的影响因素基本上 是可以校正的 而脱气器脱气效率的影响因素则有赖于仪器的改良和技术的进 步 钻井因素对气测录井的影响 钻井液密度 钻井液液柱压力小于地层压力 储集层中的流体 尤其钻遇油 气层时 大量侵人到钻井液中 气体显示值较高 随着钻井液密度的提高 当等 于地层压力系数时 检测到的气体值急剧下降 当超过地层压力系数时 气体 值降至最低并基本保持不变 钻井液粘度 般来说 钻井液粘度越大 越不利于气体脱出 气测录井异 常显示值会降低 同时由于气体较长时间地保留在钻井液中 循环气 也会增 加 气体的基值也将有所增大 钻时 在地层条件相同的情况下 钻时主要受钻头类型及新旧程度 钻压 转盘转速的影响 钻头越新 钻压越大 转盘转速越高 钻时越小 单位时间 内钻头破碎的岩石体积越多 释放的气体侵人到钻井液中就越多 这样脱气器 从钻井液脱出的气体就越多 钻井液中气体含量的增加反映为气测检测值较高 相反 随着钻时变大 单位时间内破碎的岩石体积减少 相应气体检测值要低 钻井液排量 钻井液排量对气测录井的影响表现为 钻井液排量越大 单 位分析周期内脱气器搅拌钻井液的体积就越多 从而脱出的气体也越多 PDC 钻头对气测录井的影响 通常在近平衡钻井中 气测仪所测的气体含量多为钻井岩屑破碎产生的气体 含量 PDC 钻头产生的岩屑细小 有利于气体的充分扩散与释放 因此 PDC 钻头的 使用有利于气测录井 地层的含气性与区域生储盖组合特征有关 表现在局部层 段 岩石含气性与岩石的孔渗性有关 气测值的变化在一定程度上反映了岩性的 变化 地层含气越丰富 气测值随岩性变化也越明显 如果排除地层向井筒内气 8 体侵入的影响 单就井筒内被破碎的储集层而言 岩屑被破碎的程度越高 原储藏 在孔隙中的油气进入钻井液内的量就越大 反映到气测录井上就表现为全烃升高 各 组分的绝对含量值随着升高 5 5 现场碳酸盐岩定量分析技术现场碳酸盐岩定量分析技术 芭蕉001 H3井由于采用PDC钻头钻进 导致岩屑基本呈粉末状 加之传统的 识别方法本身也有其局限性 并且还要依靠经验 从而增加了岩性描述的不确 定性 碳酸盐岩定量分析技术是一种质量化学分析法其通过纯石灰岩纯白云岩的 理论化学成分研究确定每单位方解石与盐酸完全反应后质量的减少量每单位白 云石与盐酸完全反应质量的减少量利用电子天平测量反应产生的质量减少并据 此判断碳酸盐岩含量的方法 其数学表达式如下 Y Y2 Y1 1 28Yk C DY 100 EHk H Y1 AYB 式中Y为白云质含量 H为石灰质含量 A B C D E K为实验系数 Y1 Y2为实时分析数据解释工作由计算机自动完成并且可进行短周期分析 120s 长周期分析 180s 精确分析 分析时间超过1000s 3种选择分析周 期越长结果越准确实验表明采用短周期分析模式也能满足现场需要 芭蕉001 H3井的现场录井工作中采用的是长周期分析 先采用样品1g以内 样品越少误差越小 样品称量误差为0 001g 该项误差随分析模式不同而异 分析时间越短 误差越大 然后再烧杯中放入8mL浓度为10 的盐酸后置于天平 托盘 将称样纸放在烧杯上 待称量稳定后将天平置为零 将样品放到称量纸上 点击倒计时准备分析程序进入5s倒计时 在倒计时结束时尽快将酸与样品混合 均匀 并放回到天平托盘上 一个分析周期后 窗口自动显示分析结果 其结 果存在数据库中 可进行修改 转储 打印 图6 碳酸盐岩定量分析技术实现了碳酸盐岩成分解释定量化 操作方便 结果 9 准确 分析速度快 为录井工作者识别PDC钻井工艺过程中携带出的岩屑提供了 一个辅助工具提高了录井剖面质量 图 6 碳酸盐分析流程图 6 6 以嘉二 以嘉二3 3亚段固井卡层剖析现场录井亚段固井卡层剖析现场录井 2102年5月31日20 00钻至井深2674m 以2672m分层 上部嘉三段以灰岩为 主夹云岩石膏 下部嘉二3亚段以石膏为主 因为上部地层厚度的变化 地质设 计分层段2770m 实际分层段2672m 减薄98m 现场已经预计到下部嘉二3石 膏地层可能增厚 设计进入嘉二3后60m固井 但从2672m分层之后一直到2752m都未见云岩 2754m和2756m见灰白色云质石膏 此时进入嘉二3已80m 期间由于石膏地层的 特殊性 每接一根单根都进行划眼 防止卡钻 现场都认为下部很有可能为 云岩时 钻时突然增加 初步判断下部依然为石膏地层 因此其并不能认为其 是夹层云岩 至2771和2772m见深灰色云岩 对其做碳酸盐岩定量分析 为云岩 其已能作为夹层云岩处理 队长决定之后的岩样捞取采取由之前的两米一捞 该为一米一捞 而且之后的岩样都做碳酸盐岩定量分析 以此精确判断云岩 但随后出现的大段石膏着实令在场人员倍感意外 17m 至此 现场决定间断 样品研磨样品称量反应与分析 10 到振动筛判断岩性 至2789m 2791m段见云岩 这两层质纯的云岩已能作为固井 标志层 到2806m段见云岩 由于对现场复杂地层状况的不确定性 录井队长决 定钻至2812m若不见石膏则停转固井 若再见石膏则继续钻进原本打完夹层云岩 再见云岩打4m固井 因为很有可能2806段依然是夹层云岩 最终于6月4日钻至 2812m依然为云岩 划眼停转固井 在确定夹层云岩的过程中还采取了如打两米 停钻循环以确定岩性的方法 虽然在一定程度上对钻进效率有所影响 但是却 对卡层至关重要 此次固井卡层过程中 对复杂地层的把握充分展现了录井队长方队多年的 经验 在嘉三段分层之后就对嘉二3中石膏地层可能增厚做出了判断 事实证明 判断是非常正确的 碳酸盐含量分析 井段岩性 碳酸钙碳酸镁钙酸不溶物 2670 灰褐色灰岩73 689 816 5 2672 灰褐色云岩 76 59 2114 27 灰白色石膏 62 0110 9227 06 2674 2752 灰白色石膏 0 662 1297 21 2754 灰白色云质石膏 1 21 10 8387 94 2756 灰白色云质石膏 7 341 7790 88 灰白色石膏028 1771 81 2758 2770 灰白色石膏 017 4182 58 2771 深灰色云岩 033 7466 25 2772 深灰色云岩 026 1573 84 灰白色石膏 1 058 1490 8 2773 2788 灰白色石膏 01 4398 56 2789 深灰色云岩015 9684 03 2790 深灰色云岩 028 1571 84 2791 深灰色云岩025 8674 13 灰白色石膏 08 8791 12 2792 2805 灰白色石膏015 9484 05 2806 深灰色云岩040 6559 34 11 2807 深灰色云岩037 0362 96 2808 深灰色灰质云岩20 523 3556 13 2809 灰白色石膏5 7233 6260 65 2810 深灰色云岩042 1557 84 2811 深灰色云岩035 7464 25 2812 深灰色云岩036 7363 26 7 7 结束语结束语 PDC 钻屑难于鉴别的关键在其细小