地质录井技术在水平井钻井高效施工中的应用_张春梅.pdf

2023年第7期西部探矿工程*收稿日期：2022-08-29修回日期：2022-09-26作者简介：张春梅（1974-），女（汉族），吉林松原人，工程师，现从事施工设计编写工作。地质录井技术在水平井钻井高效施工中的应用张春梅*（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，受国际地缘政治形式和国内经济与社会发展的影响，中国对进口油气资源的依赖愈发加剧，为保证国家能源安全，国内加速了能源勘探开发步伐，为高效开采非常规油气资源，大井丛水平井设计是一种常用的方式，但是钻井过程中存在诸多问题，如密集井丛防碰、“甜点层”入靶及细分层内导向难、井壁失稳风险高、岩屑识别困难等，严重制约了大井丛水平井的高效施工，简述地质录井技术在大井丛高效钻井施工及复杂预防中的作用，对类似井的施工具有指导意义。关键词：地质录井技术；大井丛水平井；复杂预防中图分类号：TE24 文献标识码：B 文章编号：1004-5716(2023)07-0096-031综合录井仪的发展历程综合录井技术是在气测录井技术和地质录井技术的基础上逐渐完善发展起来的。国外录井技术商用最早始于1939年，同时期国内勘探开发仍处于起步阶段，录井手段还在使用土铲、尺子等手工工具，直到20世纪50、60年代国内油气勘探才引入国外半自动设备设施用于生产中，随着国内工业技术的不断发展，为了满足现场油气勘探的需求，我国逐步仿造了苏式QC-571型半自动录井气测仪，开启了国产录井设备设施的制造步伐。但是那个时代的气测仪的检测器均由铂丝灵敏臂和固定臂组成，需要以不同的电桥电压分别测量出总烃和重烃值，再通过人工换算出其百分比的含量，一是误差较大，二是计算复杂，因此效率较低。随着油气勘探开发的深入，20世纪70年代开始研制色谱气测仪，以满足对录井技术需求的紧迫性，并于1972年研制出了SQC-701型自动色谱气测仪，大大拓展了录井技术的应用范围和效果。与此同时气测录井仪的性能也有了较大的飞跃，主要体现在气体分析由间隔点测量变为自动连续测量，数据分析的精确度和时效性得到了提高；烃类组分检测器测量精度由千分之几提高到几十ppm，烃类气体扩大至C1、C2、C3、iC4、nC4等多种组分。此时期的综合录井仪仍是以引进国外设备为主，包括美国的MD-1000综合录井仪、法国的TDC 综合录井仪、贝罗特公司CAD 综合录井仪。其中以法国的TDC综合录井仪性能最为强大，该综合录井仪包括气测录井、地质录井、钻井参数实时监（录）测、钻井液性能录井、地层压力录井等技术，通过录井各参数的收集检测可以实现对钻井施工的优化、工程参数数据和录井资料整理等一系列的技术服务。近年来，随着技术的进步，国内综合录井仪及其相关产品取得了较大的进步。其中神开、德玛等公司研发的综合录井仪经现场使用得到的广泛的认可；仪器的精确度、检测项目和时效性都得到了大大提高，为我国油气勘探开发提供了有力保障。目前国内综合录井仪已基本实现国产化，并且开始出口国际市场。2综合录井仪的功能和作用随着油气勘探的不断深入，国内油气勘探逐步迈向深层、超深层和非常规领域，勘探开发难度愈发加大，地质录井技术在识别地层油气显示、钻井工程和钻井液性能参数检测、地层地质岩性数据录取等方面拥有明显的优势。通过油气水层识别、储层含油气评价、生油岩和油源评价等，为快速识别储层提供依据。通过钻井工程和钻井液性能参数数据检测、地层压力和流体检测，可以为优化钻井施工和保护油气层等提供先进方法和技术。2.1地质录井技术（1）岩屑录井技术：岩屑录井是指人工捞取钻井液携带的井下地层岩屑，通过清洗、烘干、在进行观察描述，并根据地质设计要求分层收集，经过取样分析、比对资料后绘制综合录井图等一系列的技术工作。962023年第7期西部探矿工程（2）岩芯录井技术：岩芯录井包括钻井取芯和井壁取芯录井两种方法。钻井取芯录井根据取芯层位的不同，分为油气层取芯和地层控制取芯两种。钻井取芯录井根据取芯方式的不同又分为常规取芯、密闭取芯和保压取芯。井壁取芯录井根据取芯方式的不同分为旋转井壁取芯和取芯枪式井壁取芯。（3）荧光录井技术：荧光录井包括岩屑荧光录井和钻井液荧光录井，目前常用的是定量荧光录井，采取有代表性的岩样测定F值。定量荧光录井是利用了原油的浓度与原油发出的荧光强度成正比的性质。荧光强度F计算公式如下所示。F=I0fEPC式中：F-荧光强度；I0激发荧光源强度；f荧光的相关效率；E-所测荧光分子的吸收；P-被测溶液的路途长度；C-荧光分子的浓度。I0和P取决于荧光测定仪，对于给定的荧光分子f和E是固定的。所以荧光强度与溶液荧光分子浓度C成正比。荧光的相关效率随原油组分的变化而变化，重质油相关效率最高，凝析油最低，也就是同样浓度重质油荧光强度要比轻质油高。（4）油气录井技术：油气录井技术是指在钻井施工过程中遇有地层油气显示异常时，会通过钻井液携带至地面，通过在地面的油气槽面、液面显示变化和钻井液性能及氯离子的变化进行观察和记录，体现井下地层含油气的变化。（5）钻时录井技术：钻时录井指通过钻台绞车装有的传感器计算大钩行程从而得到钻井速度，再换算成纯钻时间，通过记录钻时可以表征钻速，给钻井施工提供数据决策支持。2.2气测录井技术气测录井是钻井过程中发现油气层最直接的方法和手段。尤其在新区块的勘探开发中是发现新含油气层位不可缺少的资料。并可根据油气显示判别油气水层，进行油气层比照。根据气测录井中的任务、方法和目的不同可分为随钻气测录井和扩散气测录井。（1）随钻气测录井技术。随钻气测录井是指连续测量由钻井液中脱离出来的烃类气体组分含量和种类。钻井液中携带烃类气主要由两种途径进入其中：一是钻碎岩屑中含有的游离气，另一种是油气层以渗透扩散等运移方式进入钻井液中的气体。随钻气测录井需要及时、准确捕捉和测量钻井液中携带出来的气体，因此烃类气体的测量，除需配备高灵敏度、稳定可靠的分析仪器外，还需要配备高效脱气设备，才能实现及时高效的随钻气测录井。（2）扩散气测录井技术。已发现的油气显示层段，在钻井液静止时相应油气层井段由于油气的扩散和渗透作用，形成烃类气体相对较富集含油气钻井液井段。扩散气测录井是在钻井液静止一段时间后循环钻井液时进行的，对扩散在钻井液中的油气进行测量。3地质录井技术在水平井中的应用为了达到钻探目的和完成录井任务，录井队与钻井工程、泥浆人员密切配合，严格执行地质设计和甲方指令，按甲方资料录取规范，认真负责地取全、取准各项录井资料，完成了各项钻探地质任务。按设计要求自井深 455.90m 开始，进行钻时、岩屑、气测、钻井液等各项地质录井，其中钻时、气测每0.2m 录取一点，各录取 8945 点，岩屑录取井段：456.001628.00m，每 2m 录 取 1 包，录 取 586 包；1628.002270.00m，每 1m 录取 1 包，录取 642 包，钻井液性能（密度、粘度）每10m 录取1点，共测定182点，碳酸盐含量分析每 2m 录取 1 点，共测定 51 点；此外，还进行了工程监测、地层压力监测、钻井液监测、气体监测等工程录井项目，准确及时地为现场施工提供了地层与事故预报。各项录井资料齐全，真实可靠。3.1地质成果根据设计要求，DG20-1X井从455.90m开始综合录井，通过与临井地层对比，本井自上而下钻遇地层依次为：第四系；三叠系延长组、纸坊组、和尚沟组、刘家沟组；二叠系石千峰组、石盒子组、山西组、太原组；石炭系本溪组、马家沟组。3.2构造特征鄂尔多斯盆地位于华北地块西部，奠基于太古代和早元古代结晶基底之上。盆地内构造平缓，沉降稳定、坳陷迁移复合、扭动明显，总体呈现东部翘起、西部倾伏的区域性斜坡面貌；沉积盖层赋存下古生界寒武系、奥陶系，上古生界上石炭统、二叠系，中生界三叠系及新生界新近系。缺失下古生界志留系，上古生界泥盆系、下石炭统，中生界侏罗系、白垩系，新生界古近系。沉积岩平均厚度约5000m。盆地构造演化主要经历了中晚元古代坳拉谷、早古生代陆表海台地、晚古生代滨海平原、中生代内陆坳陷以及新生代盆地周边972023年第7期西部探矿工程断陷五大发展阶段，最终形成了现今古生代中生代大型复合的含气盆地。大宁吉县区块整体呈现为“一隆一凹两斜坡”的基本构造格局，即中部的桃园背斜带、蒲县凹陷带、东部的明珠斜坡带和西部斜坡带。DG20-1向1井台位于大宁吉县区块西部斜坡带上，区域构造位置属于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东部，构造整体呈向西倾的斜坡。井区构造为一大型宽缓西倾单斜，地层平缓，倾角约为 1，断层不发育。DG20-1X1井在三维地震剖面上，主要目的层段资料信噪比较高，主频 35Hz，频带宽度 1080Hz，明显高于二维资料。地震反射界面清楚，层间信息丰富，产状细节清晰。区域构造背景是一大型宽缓 北西倾斜坡，无明显断层发育，有利于成藏。DG20-1X1井山23亚段下砂岩顶面构造海拔-1116m，附近无断层。3.3生、储、盖层评价由于本井目前无分析化验资料，现仅就现场录井资料对煤层气的生、储、盖层进行简述。3.3.1气源岩评价纵观录井剖面山西组本溪组暗色泥岩发育，自上而下泥岩颜色逐渐变深，从深灰色到灰黑色。山西组系大陆环境沼泽相沉积，暗色泥岩及煤层发育，累计厚度为 64.62，占本组地层厚度的 43.08%；太原组系海陆交互相沉积，暗色泥岩及煤层累计厚度为 6.00m，占本组地层厚度 19.02%。本溪组也为海陆交互相沉积，暗色泥岩及煤层累计厚度为 16.80m，占本组地层厚度的 48.75%。该三套地层有机质含量高，属于成熟阶段，是良好的生气源岩。根据区域地质资料，鄂尔多斯盆地上古生界的煤和干酪根绝大多数属腐植型，其元素分析 H/C一般小于0.8，属于型干酪根。在古地温和地质时间的作用下，煤和腐植型干酪根不断产出煤成气。煤成气的生成、运移、聚集贯穿于煤系形成的整个地史时期，但盆地主要生气期在燕山旋回的中晚期(下白垩统沉积之后)。此时全盆地高强度生气中心形成，盆地内大部分地区均进入了大量生气阶段。本井盒8段、山西组砂体较厚，见到良好煤成气藏，证实本区具有良好的气源条件。3.3.2盖层评价（1）石千峰组、石盒子组上部泥岩厚度大，横向分布稳定，单层厚度大，岩性致密，有较强的封盖能力，为良好的区域盖层，也是下石盒子组气层的较好盖层；（2）山西组泥岩区域分布较广，厚度较大，具有一定的封盖能力，是山西组、太原组气层的盖层。石炭系本溪组泥岩可作为奥陶系顶部气层的直接盖层。4提速措施4.1优化定向井轨道控制（1）优化单井轨迹，做好待钻井设计。（2）二开使用稳斜较好的双螺扶螺杆，为满足井眼曲率3/30m要求，每个单根均采用复合钻进与滑动钻进相结合，使井眼平滑。（3）进入煤层，将井斜降至3以内，以满足煤层内井眼轨迹要求。4.2优选螺杆或液动旋冲工具（1）全井以复合钻进为主，优选螺杆，努力实现一趟钻工程。（2）造斜（纠斜）、稳斜、降斜使用一套钻具组合，根据井眼轨迹要求可随时调整井斜方位，满足五段制要求，同时减少起下钻次数。（3）钻遇硬地层时，选用高效螺杆或液动旋冲工具来提高机械钻速。5结论（1）地质录井技术能够及时准确测量地层地质信息，连续收集相关地层资料为油气勘探开发提供数据支持与保障。（2）地质录井技术能够及时收集各种钻井工程数据信息，为水平井施工提供决策建议，有效提高水平井施工速度。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）：43-51.98