地质录井技术原理概述及在钻井提速提效中的应用_修天竹.pdf

2023年第2期西部探矿工程*收稿日期：2021-12-28作者简介：修天竹（1984-），男（锡伯族），吉林松原人，工程师，现从事录井资料解释评价工作。地质录井技术原理概述及在钻井提速提效中的应用修天竹*（大庆钻探工程公司地质录井二公司录井分公司，黑龙江 大庆 138000）摘要：近年来，为满足能源需求，各国均将视线瞄向了低品质油藏，地质录井技术作为油气勘探开采过程中的“眼睛和鼻子”，在油层发现及钻遇率上起着至关重要的作用。详细分析了地质录井技术的应用原理，并对其在钻井提速提效过程中的作用进行了分析与讨论，对低品质油层的高效开发具有借鉴作用。关键词：地质录井；技术原理；钻井提速提效中图分类号：TE12 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2023)02-0069-031概述近年来，全球油气开采已进入到中后期，高品质油层越来越少，为了满足能源需求，各国均将视线瞄向了低品质油藏，但是开发低品质油藏面临多种问题，最重要的就是如何及时发现并确定甜点层，保证甜点层的钻遇率，才能最大限度地获得可动用油气资源。地质录井技术一直以来被视为油气勘探中“眼睛和鼻子”，尤其是在未知区块、低品质油藏中进行钻探施工中，录井技术被认为是不可或缺的。近年来，随着科学技术的不断进步，越来越多的新技术被应用到录井技术中，使油气层识别与评价、钻井井下风险评估与预警的能力大幅度得到了提升与进步。本文为读者简述了地质录井技术的原理及其在钻井提速提效中的应用情况。2地质录井技术原理简述地质录井技术是用地球物理和地球化学的方法，采集、分析钻井过程中的地层地质和工程参数信息，以此来建立录井剖面、发现油气层显示、评价油气层，为石油勘探开发提供井筒数据地质录井服务的过程。2.1录井技术系列简介在油气勘探开发的历史过程中，地质录井技术是一门相对较新的技术，国内起步较晚，从20世纪90年代开始才有自主产权的仪器设备，各个门类的录井逐步配备齐全。近30年来，国内以综合录井为基础，以计算机技术为工具，发展了地化、核磁、元素等多种录井方法，形成由采集、处理、装备、地质、工程、信息六大系列组成的现代录井技术体系。表1是录井技术系列的简要分类。表1给大家列出了以检测对象、检测方法、工艺流程、应用目的等为命名方法的27种地质录井技术的名称。表中所列出的地质录井技术方法是完整现代录井体系，可以看出经过几十年的发展，录井技术已经逐步向自动化、智能化、信息化发展，能够更好地为油气勘探开发提供技术保障。2.2地质录井通常说的地质录井（钻井录井）包括：岩屑、岩芯、井壁取芯、荧光、钻井液、钻井工程技术参数等，仪器设备以综合录井仪和各种分析化验设备为主，主要原理是通过采集、分离地层中的油气和岩石，利用各种仪器设备进行检测评价，并将结果可视化、数字化，用以指导油气勘探。随着科技的进步，地质录井技术向自动化、智能化、信息化、集成化发展。（1）钻时录井：通过计时器把实钻一个规定单位进尺的时间反映并记录下来的过程。一般用“分每米”（min/m）表示。（2）岩屑录井：地下岩石被钻头破碎后，随循环的钻井液带到地面的岩石碎块叫岩屑。按照一定的取样间距和迟到时间，将岩屑连续收集起来，进行观察、分析，并综合运用各种录井资料进行岩屑归位，以恢复地下原始剖面的过程，就是岩屑录井。（3）岩芯录井：在石油钻井过程中，为了更清楚、更直观地反映地下岩层的特征，利用取芯工具，将井下一692023年第2期西部探矿工程定深度地层的岩石以柱状形式取上来，并对其进行分析、研究而取得各项资料的过程叫岩芯录井。（4）荧光录井：石油中的油质、沥青质等在紫外光的照射下，能发出一种特殊光亮，这就是荧光。根据荧光显示的亮度及颜色的差别，测定出石油的含量和组成成分，对油气层进行定性和定量解释，这就是荧光录井。2.3气测录井技术气测录井技术是指通过安置在振动筛前的脱气器装置，获得从井底返至井口的钻井液所携带上来的烃类气体成分和含量，据此判别油气层及流体性质的一种录井方法。利用气相色谱原理分析天然气中的各种组分。色谱分离是指不同物质在由固定相和流动相构成的体系中具有不同的分配系数，在采用流动相洗脱过程中呈现不同保留时间，从而实现分离。气测录井中的FID是典型的质量型检测器，当有机物进入氧气和氢气燃烧的火焰，在高温下产生化学电离，产生离子流经过电路滤波放大后，成为与进入火焰的有机合物成正比的电信号，进而对有机物进行定量分析。气测录井是以井筒内的各种气体为检查对象，下面将井筒内的各种气测信息简要简绍一下：（1）破岩气（破碎岩屑气）是指钻进过程中由于岩石破碎进入钻井液中的气体。（2）扩散气是指当地层中的含气浓度高于钻井液中的含气浓度时而存在浓度差时，从地层中以扩散的形式释放到钻井液中的天然气。（3）接单根气（负压地层气）是指接单根时，停泵并上提钻具，造成井筒压力小于地层压力的负压情况，导致地层中的气体渗入钻井液中，产生一个记录峰值。（4）起下钻气（后效气）是指钻井液循环停止，油气层中的气体（负压、碰撞、坍塌等）再次开泵循环时，导致色谱图上出现一个峰值。（5）再循环气是指循环使用的钻井液，由于脱气不完全，残存的一定浓度的气体，气测值出现一定的背景值。（6）污染气是指钻井液处理剂在地下高温高压的条件下形成的气体，气测值出现一定的背景值。破岩气是气测录井的主要目的，是发现并评价油气藏的手段。其次是扩散气，扩散气是钻井施工复杂预防和预警的手段，对钻井的安全高效施工有重要意义。2.4综合录井技术综合录井技术是指在石油钻井过程中连续录取所钻地层释放出来的油、气显示、钻井工程参数、钻井液性能、地层地质等参数，用以识别油、气、水层和地层评价等，监测钻井施工、检测地层压力、优化钻井、保护油气层等，为实现科学钻井提供先进方法和技术。综合录井仪的基本组成：五种21支传感器；色谱分析系统；辅助地质仪器；信号处理接口系统；计算机联机采集系统及脱机解除系统；供电系统。2.5地化录井技术油藏地球化学录井系统（简称地化录井技术）是应用油藏地球化学的方法，通过特定的仪器检测岩石中与油气密切相关的有机烃气体信息（如烃含量、组成、烃分布特征等），评价生油岩和储集岩。通过热解、色一级技术采集方法处理解释装备工具地质应用工程应用录井信息二级技术成像录井气测录井工程参数地化录井地质录井定量荧光录井核磁共振录井X射线元素录井同位素录井X衍射矿物录井数据处理资料处理解释方法录井仪制造录井装备检测录井综合导向油气水层解释综合研究参数监控压力录井风险评估钻井施工优化录井信息采集传输无线组网录井信息管理应用表1录井技术六大技术组成702023年第2期西部探矿工程谱、棒色谱、组份分析、轻烃分析等手段，可以评价生油岩、储集岩、识别污染、确定储层真假显示等，为石油的勘探开发提供技术指导。在特殊工艺井的施工中进行加密取样，能够准确发现油气显示，解释、评价储层含有性，确定油水界面。2.6定量荧光录井技术定量荧光录井技术是一种物理学方法，它是利用特定波长的光谱对样品的萃取溶液进行激发，使溶液产生发射波，通过接收该发射波，进而得到反应样品特定的光谱谱图及相关参数的录井方法。由于不同油气藏的不同类型的油气成分存在差异，如同一区块内分布着重质油、轻质油、中质油和凝析油气，通过光谱分析对其进行成份辨别和分析，从而精准确定含油层的位置，捕获甜点层。2.7元素录井技术元素录井技术是以岩石化学为理论基础，通过对随钻岩石样品进行X射线荧光光谱分析（XRF）获取岩石化学组分，进而研究岩石化学特征及其应用的一种录井技术。技术原理：当高能X射线轰击岩石样品时，原子核外电子被释放出来，出现电子空位，这时处于高能态的电子会发生跃迁到低能态来填补电子空位，并释放特征X射线（X射线荧光）。不同的元素产生的X射线具有不同的能量与波长，对这些X射线的能量和波长进行分析，就可以识别被分析物质的元素种类。元素录井在油气藏开发中的应用有以下几个方面：（1）确定优质页岩各小层地层的矿物特征参数，从而指导精细识别油气层位。（2）随钻测定矿物含量及元素检测，辅助地质导向，配合随钻伽马识别地层，从而指导识别甜点层的捕捉。（3）区分识别测井单伽马曲线所不容易区分的地层，多项数据指导随钻地质导向，为油气层位的精准识别及目的层着陆提供指导和支持。（4）通过实时脆性曲线优化井眼轨迹，预测压裂位置，优化压裂分段方案，给压裂优化设计提供数据支持。（5）建立元素及矿物模型，为制定勘探开发方案提供依据，优化整体压裂方案，使大规模体积压裂更有针对性。3录井技术原理在钻井高效施工中的作用现代地质录井通过地质+录井+导向+评估+RTOC建立起的录井综合导向技术，使机械钻速大幅度提高，钻井周期大规模缩短。地质录井技术在钻井中应用包括全方面、多元化，为钻井施工的自动化、智能化、信息化提供了强有力的支撑。录井在钻井施工中主要有以下几个作用。（1）优化钻井施工方案。通过水力学模型计算分析各部分压力损耗、钻井液流体状态等参数，优化排量及钻头选型，检测机械比能，识别低效钻井，优化钻压、转数等参数，获取最佳钻井效率。一体化录井综合服务已经在各大油田推广应用多口井，钻井提速提效成果明显。（2）减少钻井井下事故复杂。通过钻压监测、转盘扭矩监测结合钻时分析（快慢）、岩屑分析（岩性异常与否），准确判断井下岩屑上返及时与否，指导现场井眼清洁措施，保证井下安全。（3）精确地质导向。实时监测伽马、元素录井等参数持续修正单井地质导向方案和轨迹控制曲线，根据预判的地层变化趋势，提前调整轨迹，提高导向效率，确保目的层捕捉精准及时。（4）消除井控风险。通过地层压力监测、钻井液流量监测、钻井液池体积监测、钻井液温度监测、钻井液电导率监测、钻井液密度监测、H2S监测、CO2监测结合烃类组分分析、P-K分析、气相色谱分析实时预警有毒有害气体、油气水侵风险，确保井下施工安全。4结论（1）现代地质录井技术可以实现油气藏成分的有效识别、分析、评价，为有效动用油气资源提高帮助。（2）地质+录井+导向+评估+RTOC的应用可以准确识别储层“甜点层”，精准着陆，有效保障储层钻遇率。（3）地质录井技术的应用可以有效预防钻井井下事故的发生，保障钻完井安全高效施工。参考文献：1廖涛,雷军.国内外录井技术现状及发展方向J.录井技术,2016,27(1):6-13.2朱根庆.录井技术在钻井工程中的应用C/录井技术文集,北京:石油工业出版社,1999.3董振国.页岩气水平井储集层追踪和评价关键技术J.录井技术,2019,30(1):43-51.71