提高PDC钻头条件下的地质录井质量及录井方法探讨.doc

提高PDC钻头条件下的地质录井质量及录井方法探讨黄作宽（中石化西南石油局地质录井公司 四川绵阳 621000）摘要：目前PDC钻头因其良好的耐用性、安全性和较高的钻井效率，近年来在油气勘探钻井中被广泛应用。因钻出的岩屑细小混杂，使我们用现有的常规录井方法进行准确判断岩性、划分地层、落实油气层带来一定的困难，与此同时原始的录井条件也制约了钻井技术的发展，如何利用新的录井技术和方法解决PDC钻头下岩屑捞取、岩性识别、地层划分、油气显示判别、现场综合解释等方面的问题已成为目前油气地质工作者的当务之急。PDC钻头条件下的录井技术攻关也是目前一项艰巨的工作，需要油气地质录井行业加强技术交流与合作，不断探索、不断创新、不断推动录井技术的发展，适应油气勘探开发的需要。关键词：PDC钻头 岩屑录井 气测录井 定量荧光 钻井液 油气一概述近几年来，随着钻井工艺水平的不断提高，在国内外油气勘探钻井施工中，PDC钻头被越来越广泛地应用，PDC钻头的优越性显而易见，与三牙轮钻头相比优点体现在：（1） 可以提高机械钻速，降低钻井成本；（2） 减少起下钻次数，降低工人劳动强度；（3） 无掉牙轮风险，减少井下事故发生几率。同样也存在有如下问题，给现场地质录井工作带来极大困难。（1）PDC钻头钻进时砂泥岩钻时差别不大，造成现场录井不易准确划分储集层；（2）由于PDC钻头钻进时产生的岩屑细小混杂，现场岩性识别难度较大；（3）因PDC钻头条件下岩屑细小，岩屑捞取量少，再加上砂岩岩屑颗粒与泥浆接触充分和岩屑清洗时油气逸失严重，造成普通地质录井油气发现率极低；（4）由于PDC钻头条件下岩屑细小，有时岩屑失真，钻遇砂岩层返出岩屑中不易见到砂岩而是大量泥岩，钻遇泥岩层岩屑中见不到泥岩而是大量砂岩，这在四川川西录井中是经常遇见的问题；（5）砂岩储集层厚度划分困难给油气显示归位造成一定困难；（6）使用PDC钻头机械钻速快，钻时低且代表性差，受迟到时间制约，如果等到岩屑返出、气测出现反应，则所要判定的地层早已钻穿过去，在取心卡层时就很难准确卡取到。现场地质录井划分砂、泥岩地层的方法主要是依据钻时的变化和砂、泥岩百分含量的变化来确定的，砂岩地层钻时快，泥岩地层钻时慢，这是多年的录井经验，而砂、泥岩百分含量的变化表示新地层的出现。对于使用PDC钻头而言，砂岩、泥岩钻时变化不大或无变化，而岩性百分含量的变化也常常因为岩屑细小混杂而无法正确判断，因而造成了近几年来地质录井工作的剖面符合率下降和漏失油气层的现象时有发生。如何找出一种新的录井方法来提高PDC钻头的地质录井质量，解决PDC钻头下的录井问题是我们地质录井工作者的当务之急。二、录井方法探讨随着科学的进步和石油钻井工程市场化脚步的加快，PDC钻头的利用率正在日趋提高，一些探井和评价井即使在目的层段也使用PDC钻头钻进。新技术、新工艺的推广来之不易，要使钻井工程整体改变使用PDC钻头的想法显然不切实际。针对这种状况，只有不断地改善提高现场地质录井技术，才能准确地获得第一手资料。下面就本人在长期野外工作中所使用的方法进行总结和探讨。1、岩屑录井如何在现有录井技术条件下，把岩屑细小对录井质量的影响减少到最低限度，确保细小岩屑的录井质量。（1）强化细小岩屑采集捞取的准确性。细小岩屑的接样、采集捞取、洗样应严格按岩屑录井操作规程进行，接样盆放置位置应合适，以能连续接到从震动筛上滤出的新鲜细小真岩屑为宜，且应据震动筛返砂变化情况，灵活调整接样盆的位置，如果震动筛返砂太少，筛布筛眼较粗，少于80目，应尽快与钻井队协调，使用80目以上的筛布，尽量减少细小真岩屑从震动筛上的流失数量。接样盆接满后应尽快取样，岩屑采集、取样应严格采用二分法或四分法均匀采集，确保岩屑样品的代表性，并将取样后多余的岩屑清理干净。如果接到的岩屑样品呈稀泥浆糊状，应尽量将整盆岩屑取出清洗，洗样时应尽量采用小水流，轻搅拌，稍微沉淀后倒去浑水再换清水的办法，防止细小的真岩屑在洗样过程中流失；在倒样时，尽量将细小岩屑全部留下，将明显的大块岩屑掉块去掉。在晒样、烤样时，切忌在岩屑未滤干水分的情况下，过多地翻动，以勉造成岩屑表面模糊；在岩屑收样装袋时，应尽量将细小真岩屑装入袋中，细小岩屑中真岩屑占的比例较大，要尽量减少在各个环节的流失。（2）细小岩屑描述应采用干、湿结合的方法并借助于放大镜、显微镜等工具进行。刚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又进一步破碎，且砂岩岩屑表面变得模糊而难以观察，因此对于细小岩屑描述，要进行湿样粗描，晒干后再细描。由于岩屑细小，一般呈芝麻粒状，个别更细小，粉砂岩呈白色粉沫状，一般肉眼难以观察，但如果岩屑样品取样准，洗样干净，即使粉沫状的细小岩屑，在岩屑中从岩屑的颜色也可判断砂泥岩百分比数量的变化，但粉砂岩的胶结程度，含油性只能通过放大镜、显微镜进行观察，在镜下挑出样品，再作胶结物试验。对于细小粉沫状岩屑的含油气性试验，挑样确实无法进行的，就取混合样逐包荧光滴照、氯仿浸泡照射。由于细小岩屑的含油气数量在洗样、烤样的过程中绝大部分被挥发、冲洗掉，残留下来的较少，就要求对于细小岩屑的含油气试验要及时在洗净后还未烤晒干的状态下进行，油气显示定级应适当上提一个级别。一般洗净的岩样，在盆底大多数为粉沫状细砂，将细砂取出少量进行荧光湿、滴照、氯仿浸泡照射，也能及时发现油气显示。对于钻井液中混有原油的井，对细小岩屑有一定程度的污染，采用细小岩屑混样滴照可能都有一点浅黄色荧光光环，但这是基值，如果地层岩屑含油气，同样是混样，含油气的砂岩混样荧光滴照的颜色产状和氯仿浸泡后的颜色会明显与不含油气的砂岩混样不同，通过对比观察岩屑混样荧光颜色产状的变化，区分是否含油。另外，细小岩屑的含油气性判定应结合槽面油气显示进行，洗样时水面是否有油花、油膜？钻井液槽面蒸汽和岩屑是否有油气味？这就严格要求采集工取样时要随时观察钻井液槽面有无油气显示？震动筛上有无油花、气泡？钻井液蒸汽气味是否有异常？有无油气味？这些也是综合判定是否进入油气层的依据。（3）若因钻屑细小混杂，由于受泥浆因素影响，岩屑往往造成失真。在较疏松的砂岩或泥岩中钻进，砂岩的地层岩屑中见不到或只见到含量很少的砂岩，泥岩的地层见不到或很少见到泥岩。这种情况下一是要根据钻时、气层情况，加密捞砂，细心漂洗岩屑，细小的岩屑也不能丢弃，加强与上部岩屑对比，一旦发现有新的岩屑成分出现，即可落实地层；二是要加强邻井对比，结合邻井对比资料落实地层情况。这种方法在川西钻井录井中尤其是在沙溪庙组、千佛崖组中比较有效，剖面符合率可以达到95以上。2、钻时录井钻时是地层可钻性的最直接地反映，传统概念上正常的砂泥岩剖面，使用牙轮钻头应该是砂岩可钻性好，泥岩可钻性差，但使用PDC钻头则不尽然。不同的凹陷或不同的油田、区块及地层，砂泥岩钻时各具特征，总体上讲吐哈、陕北地区使用PDC钻头钻时基本上能够正确反映地层的砂泥岩变化，例如在吐哈盆地温吉桑油田、善鄯油田、丘陵油田、葡北油田、托克逊凹陷等地区，侏罗纪地层是主要目的层，无论使用牙轮钻头或PDC钻头，砂泥岩钻时变化均较明显，分析原因可能是因为该区内目的地层沉积较古老，泥岩埋藏深，压实性较好；砂岩大部分成分为石英、长石，呈次圆状圆状，分选好，泥质胶结，疏松较疏松。而中原、青海油田由于主要目的层段为第三系沉积，时代较新，泥岩压实不够，相对而言泥岩可钻性较好，造成PDC钻头从钻时上与砂岩没有明显差异，甚至象白庙地区沙三下亚段地层因为砂岩是灰质胶结，造成钻时反而比泥岩可钻性差的现象。在四川盆地川西地区遂宁组以上地层，砂岩颗粒细小，多数为粉砂岩和细砂岩，中粒以上级别的砂岩很少，加上胶结程度相对致密，岩石可钻性砂岩较泥岩差，此时钻时显示为反钻时；而遂宁组以下至须家河组以上地层，砂岩胶结相对较疏松，可钻性较泥岩好，此时即使使用PDC钻头其钻时也是正钻时，钻时的变化基本能够反映岩性变化情况。但是，由于钻时受钻头新旧程度、钻井参数、泥浆性能等人为因素影响，所以，钻时只能在区分地层岩性时作为重要参考，而不能绝对依靠钻时区分地层岩性。使用PDC钻头的探评井，在目的层段钻进时，为了准确有效的卡取油气显示层位和取心层位，因钻速较快，纯粹自然的钻进返出，会因迟到时间关系而错过取心层位。此时应采取控制钻时的方法，即通过改变钻井参数（如减小钻压、降低转速等），将钻时控制在迟到时间允许范围内，这样新钻遇的地层岩屑、气测值均能及时反映，就不会漏掉取心层位了。此方法在四川成都温江2井使用效果明显，设计要求的蓬莱镇组取心层位都已取全，取心层位卡准率100。3、荧光录井和气测录井常规录井过程中荧光发现和荧光级别的确定是采用PDC钻头钻进时最困难的问题之一。首先要明白我们所称的荧光显示应该是指岩屑被钻头破碎并被携带至井口，储集层孔隙内残余油气经过处理后或未经处理时在荧光灯下的具体表现。砂岩被破碎的程度越低，对应的岩屑含油级别越高；反之，砂岩被破碎的程度越高，对应的岩屑含油级别越低，甚至无显示。被PDC钻头破碎的岩屑明显偏小、偏细，相对而言发现油气显示的难度会增大，比如中砂岩或粗砂岩以上的松散储集层，在井下表现为含油层系，经过PDC钻头破碎，中途再经过高温钻井液浸泡冲洗，其中的胶结物和所含油气已经完全溶解于钻井液之内，返至地面会变成单个石英或长石小颗粒，不存在所谓的孔隙，此种情况下即使采用有机溶液浸泡对比也不会有明显的油气显示特征；只有那些组成颗粒较小，分选好，胶结较致密致密或者灰质胶结的储集层，它们返至地面仍然保持着片状或块状或团块状，换句话说仍然保持有一定的孔隙，经过压碎滴照、浸泡，我们会轻易地发现油气显示。使用综合录井仪的井要容易的多，如果排除地层向井筒内气体流动的影响，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，但无论是使用牙轮钻头还是PDC钻头，各组分的相对含量不会有明显的差异。采用综合录井的气测值一般可以区分岩性界面。泥岩的气测值曲线往往是一条平直的基线，在即将钻穿下伏储集层时（特别是有油气显示的储集层），上覆泥岩段的气测值曲线会有一个缓慢推高的过程，而一旦储集层被打开，这种平缓地推升的趋势会被打破，出现突然升高的现象，这时我们可以认为钻入储集层。同一个储集层内如果是上油下水，在钻遇下部水层时，气测值曲线会有下降的趋势，这时我们不应该轻易地认为已经进入泥岩地层，参考非烃组分氢气和二氧化碳含量的变化，同样可以确定下部的储集层是水层，因为水层最明显的特征就是氢气和二氧化碳值明显升高。另一种方法我把它称为反推法，如果出现气测异常，不管是高幅还是低幅都应该高度重视，可以去已捞取的岩屑内反找引起异常变化的岩性或油气显示，这种方法作为前一种方法的补充，其可信程度相当高。4、其它录井钻井液录井在钻遇重大的油气显示时具有大家共知的明显特征，比如密度下降，粘度上升等，不再遨述。PK仪录井只是对储集层的孔隙度、渗透性作定量分析，其前提是必须首先确定有储集层，对岩性和油、气、水层确定无大的帮助。其它一些工程录井（包括扭矩、转速、钻压、水力参数等）在钻遇不同岩性时至今没有发现有规律地变化特征，只有扭矩在钻遇砂岩时有增大的趋势。另外，DC指数在钻遇不同地层时有明显的变化，比如在钻遇泥岩，缩径和跨塌；还有钻遇储集层时致密和疏松，以及储集层内部流体的性质对其都有影响，且表现为不同的特征，具体表现规律有待进一步研究。5、应用综合录井仪资料及定量荧光分析资料，综合判断油气显示层、储集层，提高录井剖面符合率。综合录井技术是由多学科、多技术集成的高新科技集合体，它可以获取大量的信息为地质录井及钻井工程服务。因此，我们要求综合录井仪所录取的资料齐全可靠，数据准确无误；第一，要求综合录井仪提供的实时数据为23min打印一次，发现气测异常及时取样进行全脱分析；第二，根据综合录井仪提供的气测色谱分析资料、Dcs指数和sigma孔隙度PORO值，可以判断所钻地层的储集层，因为通常目的层中储集层的全烃与甲烷，普遍比泥质岩层要高，砂岩的Dcs指数较相同组段泥岩的Dcs指数要低0.20.4，而砂岩的sigma孔隙度PORO值要比同亚段泥岩的sigma孔隙度PORO值高；再结合实时钻进数据、泥（页）岩密度、岩屑录井资料，可以较好地解决岩性分层定名问题，进一步提高录井剖面的符合率；第三，依据现场槽面显示、当班荧光湿、滴照记录、气测色谱分析、全脱分析、钻井液密度、体积、电导率等资料，基本上可以定性判别油气显示层；第四，利用定量荧光技术，对岩屑极细的储集层进行荧光普照，如果钻井液中混入原油，定量荧光可根据不同地区原油性质，进而将混入原油与地层油气显示区分开来，及时判断真假油气显示。6、解决油气显示识别问题气测录井技术气测录井是在油田推广的最早的监测油气显示的录井技术，随着监测水平的不断提高，气测录井技术在不断完善和成熟，气测分析工艺和数据处理解释水平较为先进。在PDC钻头钻井中对气测录井的影响最小，如何以此为基础，综合其他分析手段，开展现场综合解释，提高现场解释符合率是下一步的工作重点。地化录井及组份评价技术：岩石热解色谱分析技术是七十年代末发展起来的地球化学录井方法。它采用地化录井仪对岩屑、岩心、井壁取心样品进行热解色谱分析在钻井现场达到定量评价储集层中烃类含量的目的。从最初的油气水解释，原油性质判别、计算油气聚集量，到测定储集岩孔隙度、饱和度，进行单层产能估算，目前已被引入开发领域。利用地化录井技术检查油气井的开发现状、水淹现状、水驱油气效果分析、残余油饱和度计算、残余油烃类组成研究等等，其应用效果越来越好，其技术优势得以充分体现。因PDC钻头使用，挑样较为困难，有时满足不了分析要求，使地化录井解释符合率降低。在这种情况下，地化录井采用了混样分析，通过做大量的分析试验，仍保持了较高的解释符合率。油气组分色谱分析技术是近年来发展起来的一种新的地球化学录井方法，它利用色谱方法把各个烃组份分离出来，得出从C1、C2、C3各含量值，然后进行储集岩的评价。使地化录井分析精度更高了，在准确判断储集岩特性、排除岩屑污染和PDC钻头下油气监测方面有独到的优势。定量荧光录井技术定量荧光录井除了具有发现油气层快速、直观、准确外，对油气性质精细识别，以及它对于轻质、凝析成分的准确捕捉也是有其独到之处,是值得推广应用的，今后将深入研究其应用领域，把这项成熟而高效的录井技术更好地应用于油气勘探与开发中。现场录井中，当使用PDC钻头或上返岩屑十分细碎而无法进行挑样时，可用混合样代替挑样。现场荧光录井中，取1克混合样用10ml己烷萃取检测其含烃浓度值。钻遇油气显示层时，挑样的含烃浓度值较混和样高，地层含油气丰度增多，二者强度值同时规律性增大，两条曲线具较好的对应关系，对于好的显示层（可能产油层），混合样含烃浓度值升高很大，这时，挑样含烃浓度通常为混合样的35倍，显示层混合样可以清晰的反映出来，解释时与其它录井方法共同识别显示层效果很好。钻井液地球化学录井技术我们知道，在钻头打开地下的油气层时，岩石被破碎后随钻井液一起上返，地层中的油气与钻井液融合在一起也一起上返。含油岩屑上返过程中后经浆泥冲洗并与无油岩屑混杂，而这其中的油气只是钻开地层中的极少部分，大部份油气是和钻井液混合的。如果在钻井现场有一种仪器可以连续分析钻井液中含有的有机质成份，观察有机质成份的变化情况，我们就可以最直接的了解地下油气层显示情况。而且分析钻井液可以完全排除捞砂、挑样等人为因素的影响，并且它比气测录井更加灵敏，因为钻井液中的含油气量和气测录井用脱气器所采取的气量是无法相比的。利用钻井液分析的不仅仅是气态成份，我们要分析的是钻井液中的全部有机质成份，甚至包括它的残余碳成份。钻井液地球化学录井是利用一种有机质分析手段连续测量钻井过程中钻井液的有机质成份的变