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水平井PDC钻头条件下现场岩性识别方法探讨-最终

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水平 PDC 钻头 条件下 现场 识别 方法 探讨 最终
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水平井 头条件下现场岩性识别方法探讨第 1 页 共 7 页水平井 头条件下现场岩性识别方法探讨张刚 刘渠洋 鲍延鑫长庆油田第七采油厂环江作业区(甘肃省庆阳市 745700)摘要:金刚石复合片))钻头钻井在提高钻井速度降低钻井成本、增加经济效益的同时,也给岩屑录井中岩性、油气层判别等带来诸多困难,同时受水平井固有的特点,现场岩屑录井岩性识别困难重重。经过现场探索,并结合其他录井公司在这方面的实践经验,针对 头钻井岩屑细碎呈粉末状从而给岩屑岩性识别岩石定名带来的难题,本文立足现场技术条件下,讨论了如何准确有效地识别水平井 头条件下的岩性。关键词:头 岩性 钻时 气测 水平井 录井1 引言随着油田勘探程度的不断加深,勘探对象由简单构造变为复杂断块构造,油田开发中后期,主要油区含水量上升,开发难度大、成本高,加之好多地区(包括深层地层)岩性致密,储层薄、夹层多,等等,想有效解决这些难题,最好的办法应该是钻水平井或大位移井。头技术创新所带来的高钻速、高时效,有利于降低钻井总成本、增加经济效益,同时在生产大提速的形势下,在水平井水平段尝试使用 头钻井作业。由于 头是利用低钻压、高转速的切削原理破碎地层,该钻头是一种镶齿结构,牙齿细小,其产生的岩屑相应也非常细碎,这就为现场岩屑的清洗和岩性识别带来了一定的难度,如何识别 头条件下的岩屑,并准确的进行岩性定名,已成为现场急待解决的难题。同时受水平井固有的特点和钻井新工艺的影响,钻井岩屑变得十分细小,甚至呈粉末状,加上被钻头破碎的岩屑在井底返出井口的过程中,不断受到钻头与井壁、套管壁的碰撞、研磨而多次破碎,岩石变得更加细小,特别是螺杆驱动的反复研磨使细小的岩屑呈粉末状悬浮在环空,这些因素的综合作用使录井中的岩屑细小,甚至成粉末状,进而增加了岩屑描述的难度,直接影响了岩屑描述的准确性,油气显示落实和归位难度增加,钻时不能准确反映地层岩性和物性,所有这些因素都会在降低录井资料的采集品质、岩性剖面和油气层符合率的同时,削弱现场录井对钻井施工的地质导向作用。使岩屑录井工作根本无法按常规方法进行。水平井 头条件下现场岩性识别方法探讨第 2 页 共 7 页经过现场探索,并结合其他录井公司在这方面的实践经验,总结出一套水平井 头条件下岩性的识别方法。2 头无活动部分钻进中无掉牙轮顾忌,可实现高转速安全钻进。同岩性适应性强针对地层情况,头有不同的设计,如用于软地层,其钻头冠部外型呈长形或锥形;用于硬地层其钻头冠部外型呈圆形或抛物线形状。所以,适应范围比较广。用时间长采用聚晶金刚石镶齿,坚硬锋利,寿命长;一般一支 头入井的工作时间是普通钻头的五至八倍,减少了起下钻时间,降低了钻工的劳动强度,提高了钻井时效。度高、破岩能力强金刚石的硬度最高,钻头强度大,钻进速度快,钻时均匀。岩机理以切削和研磨为主头所钻的岩屑细小,甚至呈粉末状,尤其是疏松砂岩则往往呈颗粒状出现。钻屑颗粒细小,便于泥浆携带保持井底清洁。头造屑机理头破碎岩石的方式主要是剪切作用。从岩石破碎强度可知,岩石抗剪切强度远低于岩石的抗压强度(为抗压强度的 ) ,头正是利用岩石的这一特征实现其高速钻进。头在扭矩力的作用下,复合片刮切岩石时生成的岩屑会沿着金刚石表面上移,直至与复合片脱离,通过岩石在切削齿边缘处的破碎,钻头的切削能量得到高效释放。3 岩屑量少,采样困难由于 头特殊的工作原理,加之高钻速、高泵压、大排量钻井液的冲刷,岩屑到达地面已成粉末状,而振动筛筛布还在继续使用小于 80 目的筛布,岩屑在返出经过振动筛时,绝大部分岩屑随钻井液进入泥浆罐,导致岩屑量少。水平井 头条件下现场岩性识别方法探讨第 3 页 共 7 岩屑细碎,岩性识别困难由于岩屑细小,有的甚至为粉末状,给正确的岩屑描述观察、挑样、定名等判定带来了很大的难度,不能准确判断地层岩石的矿物成份和结构,难于进行地层分层,严重影响岩性剖面符合率。岩屑混杂,描述困难由于岩屑混杂,给岩屑描述带来一定的困难,影响随钻地层对比的进行。钻时变化无规律(如图 1、图 2)靖 平 51 时 曲 线 图05010150203250 350 3450 350 3650 3750 3850 3950深 度钻时(m) 钻 时361m 桃 7 时 曲 线 图010203040506070802750 2850 2950 3050 3150 3250 350 3450深 度 ( m)钻时(m) 钻 时3018 靖平 51时曲线图 图 2 桃 7钻时曲线图在钻井参数相对稳定的情况下,钻时的变化主要与岩性有关,因而钻时资料是岩屑描述工作中定性判断岩性和进行岩性分层的重要参考资料。在普通直井钻进中,一定井段的钻井参数是相对稳定的,因此钻时能够比较真实地反映地层的可钻性,但在水平井的钻进过程中,钻具易紧帖井壁,稳定器基本与井壁四周接触,使得部分钻压施加在井壁上,传至钻头上的钻压减少,钻时相对明显升高,同时为满足造斜、增斜、降斜等定向施工的需要,时常要进行钻压、转盘的调整,钻时与岩性的对应关系很不明显,利用钻时曲线划分岩性及分层不再准确,使传统的依据钻时辅助分层确定岩屑实物定名的方法难以满足现场地质录井工作的需要。4 头岩性识别方法讨论头钻进过程中,不同层位、性质、颜色、岩性的地层,反映在岩屑、气测等特征上,存在不同程度的差异,应利用这些差异的存在,综合分析判断,进行岩性及油气显示层的划分。迟到时间的测定和校正现场岩性剖面的建立是地层对比,岩心卡取的基础。要建立准确的地层剖面,首先应准确测定迟到时间。迟到时间不准会造成录井岩电差过大,影响录井质量。在综合录井中,由于气测值的录井和岩屑用了不同的迟到时间,因而,迟到时间的准确测定更为重要,准水平井 头条件下现场岩性识别方法探讨第 4 页 共 7 页确的迟到时间可以保证气测值、钻时和岩屑的统一,为建立准确的录井剖面奠定基础。测准迟到时间必须严格按照操作规程所要求的测定间距执行,在非目的层约 100m 测量一次、目的层约 50m 测量一次。除了采用常规的测定方法之外,还要结合钻时明显的标志层、特殊岩性层(如煤层、碳质泥岩等)校正迟到时间。从实际录井来看,在目的层段,只要在50m 之内测量一次迟到时间,能很好地保证岩屑剖面符合率和气测全烃测量的准确性。确保细小岩屑的捞取质量细小岩屑的接样、捞取、洗样应严格按照岩屑录井操作规程进行,接样盆放置位置要适当,以能连续接到从震动筛上滤出的新鲜细小真岩屑为宜,要求振动筛的筛布目数不小于 80,并根据震动筛实际返砂情况,灵活调整接样盆的位置。接样盆接满后应尽快取样,岩屑采集、取样应严格按照二分法或四分法均匀采集,确保岩屑样品的代表性,并取样后多余的岩屑清理干净。在洗样的过程中应采用小水流、轻搅拌,稍微沉淀后倒混水换清水的办法,从而保证岩屑样品的数量和代表性。岩屑是地下岩石经过钻头破碎的产物不同的岩层在其颜色、成分、结构上存在一定的差异,不同型号钻头及其钻进过程中不同机械破碎方式的影响,不能完全改变这种差异的存在。 “大段摊开、宏观细找、远观颜色、近查岩性”这种岩屑描述的基本方法,同样适用于 头的岩屑描述(如图 3) 。图 3 靖平 51岩屑描述中应考虑工程情况、结合气测进行剖面归位由于水平井井况复杂,井眼极不规则,常规井的岩屑描述规则不再适用,实践表明:钻遇新岩层,其岩屑并不一定在相应的井段中返出;持续在该岩层中钻进,其岩屑百分含量在对应的井段内不一定明显增加;该层结束时,其岩屑百分含量不一定在对应的井深减少。因此在描述岩屑时应参考工程参数的变化,分析岩屑含量的变化是由于地层变化引起的还是由于工程因素引起的。水平井 头条件下现场岩性识别方法探讨第 5 页 共 7 页在钻井参数相对稳定的井段,钻时有一定的使用价值。用 头钻进至粉砂岩、泥质砂岩、砂质泥岩、细砂岩以及中砂岩时,其钻时明显高于纯泥岩;钻进至胶结较致密粗砂级以上砂岩钻时高于或接近纯泥岩,胶结疏松粗砂级以上砂岩钻时明显低于纯泥岩且比较明显。鄂尔多斯盆地不同地层岩性的钻时一般具有如下规律(1)钻进至刘家沟组地层时,由于岩性主要为砂质泥岩、泥质砂岩及细砂岩,钻时变化较为频繁,呈现出连续的小锯齿状形态,钻时曲线很少出现箱状等形状,从整体钻时基值来看,普遍要比下部石千峰组地层钻时大,这种钻时曲线特征与自然伽玛曲线形态近似。 (2)钻进至石千峰组~石盒子组中部以上地层时,砂岩粒度大部为中砂级以下,泥岩钻时低于砂岩(储层) (砂高泥低) ,但差别很小。 (3)钻进至石盒子组下部~本溪组地层时,砂岩大多为粗砂岩钻时低于或接近泥岩,与牙轮钻头的钻时曲线特征相似但变化幅度小。 (4)当砂岩物性特别好,电测解释为气层或水层的,砂岩钻时明显低于泥岩与牙轮钻头的钻时曲线特征完全相反。 (5)煤层钻时和牙轮钻头钻时曲线特征相同,钻时底于泥岩和砂岩。 (5)当 头钻进至碳酸盐地层时,钻时明显高于碎屑岩地层。如图 4 桃 7刘家沟底界钻时曲线图桃 7 家 沟 底 界 钻 时 曲 线 图04812162700 2710 2720 2730 2740深 度 ( m)钻时(m) 钻 时 刘 家 沟 组底 界 2730 桃 7刘家沟底界钻时曲线图气测录井测量的是钻井液中油气相对量,其值取决于单位时间地层渗入钻井液中的油气量,从而间接地反映地层岩性。根据气测曲线与岩性有较好的对应关系进行剖面归位。通过近两年的录井实践,气测录井在岩性识别特别是砂岩识别方面具有明显优势。尤其是对石盒子组下部地层以下,只要存在储层,就一定会出现气测异常。当钻至石盒子组中下部地层后,出现明显气测异常时,通常预示着钻至地层较疏松的砂岩储集层或煤层。将色谱资料与验证过的岩性资料对比分析,可找出色谱分析值的变化与岩性的对应关系,便能利用气测色谱分析资料来辅助判别岩性。改进传统的"大段摊开"的观察描述法,使用双目放大镜进行岩性识别由于 头条件下的岩屑非常细小,岩性用肉眼识别十分困难,然而岩性的识别是地水平井 头条件下现场岩性识别方法探讨第 6 页 共 7 页质描述必不可少的关键性参数,岩性描述的好坏直接关系到对油气显示评价的准确度,而且岩屑的物性参数也是其它评价方法的依据,因此在现场使用双目显微镜识别 头条件下的岩性。目显微镜的选择双目显微镜是该方法的关键设备,显微镜的性能直接影响到确定岩屑物性参数的准确程度。经过反复试验及筛选,现场使用的显微镜能满足 4 个使用要求:(1)显微镜配备 10X、20X 的目镜, 1X、2X、4X 的物镜,物镜最好带旋转功能,便于切换放大倍数。(2)显微镜必须带外置光源,光源带聚焦功能。(3)显微镜的物镜可调范围要大,便于观察岩心及井壁取心样品。(4)人体工学外型设计,降低观察者的劳动强度。目显微镜下岩屑物性参数的确定方法在目前现场条件下,岩屑描述的物性参数主要有颜色、粒度、分选、圆度、孔隙度、胶结物、含有物、产状等,在牙轮钻头条件下,这些岩屑参数的识别方法已经相当成熟,但在显微镜下观察这些参数就需要一些辅助手段才能达到精度要求。通过对比颜色卡及粒度、圆度、分选、百分比图版,在显微镜下进行岩屑和图版的对比观察,从而确定岩屑的各项物性参数。色现场岩屑颜色的确定使用美国石油学会(色卡来确定,在显微镜下常见的颜色有灰色、浅灰色、深灰色、绿灰色、橄榄绿灰色、褐灰色、绿色、灰绿色、褐色、灰褐色、红色、黑色、白色、无色、杂色等。度显微镜下用粒度板与岩屑对比观察来确定岩石骨架颗粒的粒度。由于岩石骨架颗粒的粒度是岩屑定名的主要依据,岩石骨架颗粒粒度的确定对岩屑的准确定名起着十分重要的作用。度岩石骨架颗粒圆度级别分为尖棱角状、棱角状、次棱角状、次圆状、圆状、极圆状,在显微镜下用图版(图 10)与岩屑对比观察来确定岩屑骨架的圆度级别。选岩石骨架颗粒分选级别分为分选极差、分选差、分选中等、分选好、分选极好。在显水平井 头条件下现场岩性识别方法探讨第 7 页 共 7 页微镜下用图版(图 10)确定岩屑岩石骨架的分选级别。屑百分含量岩屑百分含量使用图 5 的百分含量图版确定。结物及含有物在现场,根据岩石的硬度及滴酸的反应情况来确定胶结物类型,通常分为泥质胶结、钙质胶结、铁质胶结和硅质胶结。利用显微镜能清楚地观察到各种矿物含有物。图 5 岩屑百分含量图版岩样洗出后取约 10g 洗净的细小岩样和约 10g 原样分别置于直径 10白瓷碟(其他方便工具均可)内,作深度标记后放到双目镜下进行仔细观察对比描述(如图 6) 。图 6 靖平 51岩屑图5 结束语头的使用对录井技术的影响较大,特别是对岩性识别的影响较大,在现场工作中,不能应用单一的识别方法,否则可带来片面性,导致岩屑录井定名不准,剖面符合率低。应认真熟悉钻井地质设计,掌握区域特征,结合工程气测资料,对所有录取的资料进行综合分析,利用双目放大镜,方能更准确的识别岩性。
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