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特殊钻井条件下的地质录井

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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1第三章 特殊钻井条件下的地质录井随着油田勘探开发和钻井技术的发展,近年来为了加快钻井的进度和钻井的质量,在复杂的地区和地层中开始使用了一些新的钻井方法,如定向井、丛式井、多目标井、套管开窗侧钻井、水平井等;并使用了一些新型的钻井工具,如 头、深井钻杆上的防磨套等工具,这些新的钻井技术的应用对油田的勘探和开发起到了巨大的推进作用。另外,新的勘探目标的出现也为地质录井增加了新的难度,如煤层气的勘探等。在新的钻井技术的发展和新的勘探目标的情况下,录井技术相应地也遇到了的困难,因此地质录井工作者必须随着钻井技术的发展而进行相应的分析和研究,在新的复杂条件下做好地质录井工作。本章主要介绍和分析在复杂的钻井条件下进行地质录井的一点方法,只起一点抛砖引玉的作用,其中的谬误望批评指正。第一节 定向井、水平井钻井的地质录井一、定向井、水平井的钻井技术及其发展随着油田勘探程度的不断加深,勘探对象也由简单构造变为复杂断块构造,为提高单井利用率,尽可能地多发现或多钻穿油气层,使得大斜度定向井(俗称“聪明井” )越来越受到重视;而在老油区为完善开发井网,愈来愈多的地面绕障井也逐渐被提到钻井日程上来;同时,由于直井受储层裸露面积和地层非均质性的影响,油层单井产量受到一定限制,因此可扩大产层裸露面积、提高油层采收率的水平井也越来越多地被利用。定向井、水平井就是使井身沿着预先设计的井斜和方位钻达目的层或在目的层内穿行的钻井方法。定向井剖面主要有三类:两段型:垂直段+造斜段;三段型:垂直段+造斜段+稳斜段;五段型:上部垂直段+造斜段+稳斜段+降斜段+下部垂直段。水平井是在定向井的基础上增加在目的层段的水平段,主要有二类:三段型:垂直段+造斜段+水平段;五段型:垂直段+造斜段+稳斜段+增斜段+水平段;井下动力钻具造斜原理:由钻头、井下动力钻具、造斜工具、钻铤、钻杆组成的钻柱入井前处于自由弯曲状态。入井后,钻柱的弯曲受到井壁的限制,而使钻头对井壁产生斜向力,此外,钻头轴线与井眼轴线不重合,从而产生对井壁的横向破碎和对井底的不对称破碎,在井下动力钻具带动钻头旋转过程中,造斜工具不转动,这就保证井眼朝一定方向偏斜一定角度而达到造斜的目的。 定向丛式井:丛式井是指在一个井场或平台上,钻出若干口甚至上百口井,各井的井口相距不到数米,各井井底则伸向不同方位。丛式井主要有以下优点:可满足钻井工程上某些特殊需要,如制服井喷的抢险井;可加快油田勘探开发速度,节约钻井成本;便于完井后油井的集中管理,减少集输流程,节省人、财、物的投资。 水平井:一般的油井是垂直或倾斜贯穿油层,通过油层的井段比较短。而水平井是在垂直或倾斜地钻达油层后,井筒转达接近于水平,以与油层保持平行,得以长井段的在油层中钻进直到完井。这样的2油井穿过油层井段上百米以至二千余米,有利于多采油,油层中流体流入井中的流动阻力减小,生产能力比普通直井、斜井生产能力提高几倍。大位移定向井:大位移井,目前国际上比较认同的定义是水平位移与垂深之比大于 2 的定向井、水平井。 胜利油田自 1983 年钻探桩 11 块的定向井以来,截止到 2003 年已钻探了近 5000 口的定向井和水平井。极大地提高了勘探开发的经济效益。目前已形成了以定向井、丛式井、分支井为主的钻井工艺技术。其中大组丛式井、水平探井、长裸眼水平井、三维绕障水平井、多目标水平井、阶梯式水平井、开窗侧钻水平井、古潜山穿漏水平井以及边通式水平井、短半径水平井和大位移水平井数百口,占中国水平井总数的 67%,并具备了钻水平位移大于 5000 米井的能力。河“50”丛式井组是中国目前最大的陆地丛式井组。该井组在长 384 米、宽 110 米的区域内布井 6排 42 口,共钻穿油层 550 层 ,油水同层 299 层 。埕北 21-平 1 井是目前胜利油田水平位移最大的大位移定向井,大位移定向井技术代表未来定向井钻井技术的发展方向,可广泛应用于滩海油田、海上油田和地面条件复杂的油气藏的勘探开发,能够大幅度地提高油田开发的综合效益。二、定向井、水平井的钻井特点定向井、水平井的钻井施工与直井相比有着相当大的风险性,如钻井事故增多、钻达地质目的的难度增大等。定向井、水平井在钻井过程中可分为直井段、造斜段、增斜段和稳斜段。在直井段是正常的钻井状态,而在造斜段和增斜段是用的涡轮钻具进行钻进,稳斜段一般是用转盘打钻,有时是用复合式钻进。在小井斜的情况下用一般性钻头+涡轮钻具基本可以保持定向钻进,而在大位移、斜度较大的情况下,井斜越大造斜稳斜越困难,钟摆钻具加井底螺杆驱动是钻井造斜的有效手段,同时为提高钻井效率,降低钻井费用,普遍使用“头和螺杆结构”钻井新工艺及高压喷射技术来提高钻井速度,同时,为防止井壁垮塌及提高携砂能力,钻井普遍采用了新型的钻井液。三、定向井、水平井录井特点由于定向井、水平井钻井中一些新工艺和新技术的影响,给现场录井工作带来了极大的困难,使地质录井中出现一些新的特点。1. 一般实钻地层厚度比直井地层厚度大,它与井眼轨迹、地层倾角大小、地层倾向、井斜角大小有直接的关系;2. 定向井受钻井工艺的影响,岩屑细,甚至呈粉沫状。头加高压喷射技术使岩屑颗粒非常细小,螺杆驱动的反复碾磨一方面使细小的岩屑成粉末状悬浮在钻井液中反复循环,影响钻井液的性能和造成岩屑失真;另一方面可使细小岩屑重新挤压成块状,形成假岩屑;3. 在造斜过程中钻井工程为了减少井下钻具与井壁之间的“磨阻” ,要使用有机钻井液或混油泥浆,这又会极大的影响荧光录井、气测录井的作用等;4. 为防发生井漏加随钻堵漏剂,给传统的常规录井带来极大困难;5. 有时在增斜井段,由于钻井液性能的影响,再加上排量较小,造成岩屑返出困难,或者是排量变大时岩屑滞后返出,岩屑混杂、代表性变差,岩性描述困难,油气显示层归位难度增加,钻时不能准确反映地层岩性和物性等;6. 定向井中的探井一般均要进行一系列的录井工作,而生产井除非有新的层位变化一般不进行录井,而水平井为子卡准 A 靶点和进入油层的位置一般均要进行一系的录井;所有这些因素都会降低录井资料的采集品质、剖面归位的准确性和油气层解释符合率,削弱现场录井对钻井的指导作用。因此较好地解决这二者之间的矛盾,使录井工作适应大斜度钻井新技术的需要具有重要意义。四、影响大位移定向井录井质量的因素3影响大位移定向井录井质量的关键因素是此类井在钻井过程中井眼内有岩屑床存在,它使得岩屑混杂、细碎、代表性差,是导致录井资料品质下降的主要因素。1. 岩屑床在直井中,岩屑下滑速度(岩屑受重力作用方向一致,不存在指向下井壁的径向分量(指向井底的轴向分量(;但随井斜角的增加,下滑速度(随之增加,当井斜角为 90°时径向分量(为最大值;而轴向分量(随井斜角的增加而降低,当井斜角为 90°时轴向分量(为零;因此随井斜角的增加,岩屑在环空中的运移状态和规律与直井有很大差别。根据 屑运移规律按井斜角可分为 3 种类型:①井斜角 0~θα 之间井段岩屑在环空中受重力作用而下滑的方向是垂直于水平面,岩屑在井眼中,当钻井液上返速度稍微大于岩屑在钻井液中的下滑速度时,只要不停止循环,岩屑总会慢慢地被带出井简,不存在岩屑床。②井斜角在 θα~θβ 之间井段当井斜角增大至 θα 时,径向分量(大至足以使岩屑脱离钻井液流,滞留井眼底侧并滑向液流的反向而形成岩屑床,而且当钻井液停止循环时,岩屑床受重力作用而存在下滑趋势。③井斜角在 θβ~90°之间井段井斜角超过 θβ,轴向分量(逐渐降至零,岩屑沉淀并聚集在钻杆周围的井眼底侧,即使钻井液停止循坏,岩屑床也不再向下滑动。这里 θα、θβ 称为临界井斜角。通过水平井试验架实验、理论计算和现场经验估计的临界井斜角 θα 为 25°~35°,θβ 为55°~65°。2. 大位移定向井中岩屑不能正常上返大斜度大位移定向井的井斜角一般都大于 45°,在 70°左右。大量实验表明,岩屑上返最困难的井段一般处于井斜角在 30°~65° 之间的井段,因为在这一段,不仅岩屑床容易形成,而且岩屑床存在下滑趋势,使岩屑床的厚度不断增加。在大斜度大位移定向井中影响岩屑正常上返的因素主要有以下几点:①井筒中钻井液的上返速度环空返速越大,岩屑越容易上返,井筒中越不易形成岩屑床;然而,若环空返速过大,会冲蚀井壁,使井壁坍塌,也会造成岩屑混杂,影响岩屑录井质量。大量实验表明,在 30º 一 90º 井斜角范围内,环空岩屑成床的临界返速为 s。②钻井液的流变参数钻井液流变性能是影响岩屑上返能力的极为重要的因素。层流状态下,钻井液流速较低时,提高钻井液的动切力和动塑比,可获得较好的携岩效果;井斜角较小时,动切力的作用是明显的;但随着井斜角增大,动切力的作用减弱,在大斜度和水平井段,动切力的作用变小甚至可以忽略,但动塑比对携岩的影响仍较大。紊流状态下,在整个环空倾角范围内,钻井液的携岩能力不受其流变性能(动切力和动塑比)的影响。③钻井液密度钻井液密度的提高,有利于岩屑的携带,提高岩屑上返能力,从而降低岩屑床的厚度。但应在不污染油气层的前提下适当提高钻井液密度。五、定向井、水平井录井技术方法探讨如上所述,岩屑床的存在是导致岩屑录井质量下降的主要因素之一,另外还有有机钻井液的影响,关键问题是大斜度大位移定向井钻井能达到地质目的、是否符合地质设计要求等等。通过现场实验,我们提出了以下几项技术方法供探讨:1) 解决岩屑描述问题的“正确捞取描述岩屑法”、“岩屑体积跟踪法”;2) 利用钻井参数变化结合钻时的“岩性分层法”;43) 确定岩屑油气显示的肉眼“荧光录井法”;4) 解决油气显示归位问题的“邻井地层对比法” ;5) 解决高润滑泥浆污染问题的“气测和 景标定法” ;6) 利用“井眼轨迹地质模拟软件”进行井身质量监测和油层预测等。现把大位移定向井的录井技术方法的具体内容和应用情况介绍如下:1.正确捞取描述岩屑法岩屑录井是发现油气显示最直接、最有效的方法,但定向井、水平井普遍采用“头和螺杆结构”提高钻井速度,岩屑细,甚至呈粉沫状。因此,首先要考虑振动筛的筛布孔隙要有足够密,一般小于要等于 80 目/。砂样清洗和烘晒,小水压下搅洗,不宜使用高压冲洗,尽可能地保存细小颗粒岩屑。砂样在烘晒过程中岩屑颗粒表面水分未干前不能搅动砂样,防止颗粒表面污染和相互粘结,给岩屑描述带来困难。描述要观察小于 2粒岩性含量的变化,借助放大镜识别定名。2.岩屑体积跟踪法所谓“体积跟踪法”是指对井口返出岩屑的体积进行跟踪。一般来说,除裂缝发育地层外,每钻进一米地层返出岩屑体积是一定的,可以采取理论上每米破碎的岩石量(体积)与岩屑的实际返出量(体积)之比,来判断岩屑床的形成与否。如果每米实际返出的岩屑量远远小于理论上每米破碎的岩石量,就说明井筒中有岩屑床形成,钻井液携岩能力差,不足以把新破碎的岩屑全部带出井口,更不会破坏原有岩屑床,此时只要有岩屑返出,都可认为是真岩屑;反之,如果每米实际返出的岩屑量远远大于理论上每米破碎的岩石量,就说明当时钻井液的能量足以破坏井筒中原有的岩屑床,此时返出的岩屑中有相当一部分是假岩屑,岩屑描述时,要参考钻时、气测、资料,综合判断;第三种情况,如果每米实际返出的岩屑量与理论上每米破碎的岩石量大至相当,此时无论井筒中是否有岩屑床存在,返出的岩屑,都可认为是真岩屑。由于泥岩膨胀,造成的岩屑体积增加,可忽略不计。实例:某井在钻至井深 2175—2179m 岩屑返出量较少,多为油砂,全烃 定为显示层;2179—2183m 岩屑返出量仍然较少,且油砂含量明显下降,全烃 定为泥岩层。此时开始配制泥浆,密度 度 96↗108s,泵排量 1680↗1860m3/h,使钻井液的携岩能力大大增强,在2183—2197m 井段有大量岩屑返出,颗粒细碎且油砂较多,根据岩屑体积记录,判断为上部邻层滞留未返的假岩屑,而非新显示层。3. 利用钻井参数变化结合钻时的岩性分层法钻时参数受钻井参数的影响很大。在普通直井钻进中,在较大的井段内,各种参数是相对稳定的,因此可以比较真实地反映地层的可钻性。而在定向井、水平井在钻进中,为满足造斜,增、降斜等工程上的需要,随时都可能调整钻压、转盘转数和排量,并且需要“头,使取得的钻时资料不能真实地反映地层的可钻性。为了克服上述情况给钻时资料带来的影响,在应用钻时资料时,采取随时了解钻井参数的变化,分段参考使用钻时资料的办法,把钻井参数相对稳定的井段内钻时的相对大小来判断岩石的可钻性,这样初步消除了了钻井参数对钻时的影响,提高了定向井钻时资料的使用价值,通过多口井实钻资料的分析应用,我们初步得出这样的结论:在水平段和稳斜段钻时符合较好。而在斜率变化段符合不好,必须根据钻时参数的变化情况分段使用。4. 荧光录井法(1)荧光泡照:取 2g 细沫状岩屑混合样(比正常的四氯化碳荧光浸泡照样品量多 1 倍) ,步骤同正常四氯化碳浸泡照一样,该法早已经推广应用,是针对无法挑样的补救措施,但受混油随钻影响较大,操作时可从相邻认为无显示的砂层浸泡作比较适当扣除。(2)荧光喷(雾)照:方法同滴照相似,关键是把四氯化碳喷成雾均匀喷洒在岩屑上,适宜对粉沫状岩屑采用,滤纸不湿透为宜,晾干后观察滤纸荧光显示,喷(雾)照的优势:一是喷(雾)照均匀、面积大,比滴照更易发现油气显示;二是还可以根据显示产状间接判断岩屑中含油岩屑含量。该方法理论上是可行的,但在试验中遇到了困难,只对 少数的样品试验。该方法试验中遇到的困难:一是四氯5化碳(特别是三氯甲烷)对塑料喷雾器有强溶解性,寻找体积小性能好的全铁喷雾器是关键;二是四氯化碳用量大、有毒性,不宜在空气不流动的房间使用。(3)荧光多次滴照法这种方法的依据是:对相对较硬的含油岩屑,返出地面后还能呈块状,含油泥浆对岩屑的污染是由外向里逐渐减弱,而含油岩屑冲洗后其含油性是四外向里逐渐增强。具体区别有两种方法:多次滴照法:在滤纸上用四氯化碳对同一岩屑进行多次滴照,每次滴照后换一个地方,然后在荧光灯下观察显示情况,若岩屑本身含油,则每次滴照的发光强度不变或变化不大,若岩屑仅是泥浆污染,本身不含油,则第一次滴照发光较强,以后逐次减弱或显示消失(无显示岩屑用泥岩滴照后对比) 。氯仿浸泡法:在同一包岩屑中挑选砂岩和泥岩岩屑,分别用氯仿浸泡,与标准系列对比,以泥岩岩屑的荧光级别作为基值,标定砂岩样品的荧光级别,凡显示明显高于泥岩者为含油岩屑,低于泥岩者为不含油岩屑,由于泥岩岩屑对泥浆中原油的吸附能力比砂岩强,所以当砂岩含油级别比较低时,则可能与对比泥岩的含油能别接近或稍偏低。此时油气显示仍难经确定,应充分参考其它资料综合分析判断。5.邻井地层对比法“邻井地层对比法”也就是“利用邻井资料及时对比分析,结合气测、料解决油气显示层的归位问题”的方法。此方法的主要内容就是,先收集有代表性的邻井资料,将邻井岩屑剖面及井眼轨迹与正钻井的随钻轨迹图绘制在同一个剖面上,及时收集正钻井井斜数据,要求随钻轨迹图必须跟上钻头,同时又及时与邻井对比,加上“多包同照荧光法”,再结合其它的录井资料,就基本上可以解决油气显示层归位的问题。6.利用气测和 料解决有机泥浆的污染问题为消除有机钻井液或泥浆混油对录井资料质量的影响,首先要求钻井方面对所使用的钻井液做到性能稳定,而且各项参数均不得有较大的波动;其次是要求录井方面对泥浆样品进行分析处理,包括:荧光颜色、气测、景值的标定等,以及对湿、干岩屑外观的观察对比。这样,基本上可以解决有机钻井液或泥浆混油给岩屑描述、井和气测录井等带来的影响。7.“井眼轨迹 软件”的应用利用“井眼轨迹软件”跟踪井身轨迹,进行井身质量监测和油层预测,并计算斜井深的垂深,便于及时与邻井进行地层对比、油气显示层的判断和归位,解决斜井身给现场地层对比工作带来的难题。尽可能收集各项邻井资料,特别是井斜和目的层段的地层资料,将邻井井眼轨迹和油层段地层、设计井设计轨迹和设计井实钻轨迹及目的层段的预测地层,利用“井眼轨迹软件”软件显示在计算机屏幕上,这样可以保证两点:(1)帮助现场地质人员掌握钻进动态,及时进行邻井对比,预测地层变化,做出地质预告,确保不漏掉油气显示并及时发现新油层等,为地质提供准确的地质导向预报;(2)发现异常情况及时汇报并要求加测井斜和方位,确保实钻井眼按设计轨迹钻进,直至准确中靶,为钻井提供准确的工程导向预报。8. 气测曲线分析利用气测基值也可以除原油的影响。加入原油后,气测基值整体抬高,多次循环后基值的变化平缓。钻遇油气层时,烃的含量会突然增加,与未混油段不同的是,全烃曲线呈小的“箱状”或“指状”异常,而不是大的高峰异常,同时 可高达 60%~90%(成品油由于甲烷极易挥发而含量很少) ,由此在可在混油段准确判断油气层的出现。9. 热解地化录井分析热解地化录井技术在消除混油影响发现油气显示方面也取得了一定的成功。一般采用如下几种方法:钻井液中混入成品油,由于这类物质馏分比较固定,热解时只引起对应参数的数值发生异常,其五峰参数分析特征明显。因此我们可以首先对混入的成品油做热解分析,将混入成品油的参数值做基值,在做地层岩样分析时消除基值,便可得到来自地层油气引起的参数变化值,据此可以判断水平井混油段油气显示。另外,通过热解分析派生参数,如 2 和 ,2、4 参数及图版等方法可以查出不同的原油性质,判别出油气的来源。6图 1图 2六、综合录井技术方法在水平井的地质导向作用通过多口井录井,我们总结出,水平井钻井技术的成功运用必须解决两个关键技术环节:一是确定井眼轨迹,即如何确保井眼轨迹按照设计轨迹延伸;二是确定井眼与油气层相对关系,即如何及时了解和调整钻头轨迹,确保钻头在油气层内钻进。解决这两个技术难题,国际上通常使用随钻测井设备,即 要有两种,一种可安装在离钻头较近的位置(一般 3m 左右) ,能够及时监测钻头钻进的方位和钻进的层位并指导、调整钻头轨迹,但由于价格较贵,目前也仅仅使用在一些大位移定向井上(如中国海洋等) ,国外也很少使用。另一种安装位置距钻头较远(13m 左右) ,虽然可以监测钻头轨迹及地层信息,但信息滞后,在钻头偏离轨迹至少 13 米后仪器才能显示出来,不能实时判断钻头轨迹是否符合地质要求。要用于测量钻头轨迹是否符合设计要求,但不能监测井眼是否在油气层中延伸。综合录井作为钻井现场实时监测技术,能够弥补 在的不足,及时准确反映井下地层信息,指导井眼轨迹在油气层中延伸(如表 1) 。表 3合录井和随钻测井资料的井下信息反映速度对比表测量项目 反映速度 备 注钻时 个迟到时间(可停钻循环)气测值 一个迟到时间+管路延时(可停钻循环)可利用气测、定量荧光、电导率等录井方法进行油水层识别。综合录井工程参数 实时反映 指导钻井施工、及时进行异常预报井斜、方位 距井底 10井底 8井底 10能准确识别油气水层。1. 综合录井技术的地质导向原理及资料特征(1)综合录井技术的地质导向原理①钻时录井:具有较好的实时性,能及时反应地下岩石的可钻性,进而推测其岩性及钻头位置。②气测录井:油气层最直接、最有效的信息之一为气体组分,在油气层中水平钻进时,气测(特别是快速色谱)录井曲线和数据基本保持不变,一旦井眼轨迹离开油气层或进入水层段,气测曲线及数据特征将发生变化(图 2) 。③岩屑及常规荧光录井:岩屑为实物,以闻油气味、看颜色、荧光滴照、浸泡、系列对比等手段快速判断油气显示。在水平井录井中可通过连续观察、描述含油岩屑及其百分含量的变化来判断井眼轨迹是否在油层中延伸。④定量荧光录井:定量荧光录井技术能定量识别肉眼看不见的荧光显示。在纵向上,该技术具有对7图 4 水平井录井特征图油层、气层、含油水层(残余油) 、水层的识别能力;在横向上,该技术可以进行油源追踪及地层对比;如果流体性质相同、油质相同,那么定量荧光谱图形状相同、荧光强度相同、荧光级别相同。⑤气相色谱录井:流体性质不同,气相色谱流出曲线不同。(2)在水平段钻进中,井下地层及油气显示在录井资料上的表现特征:由于钻井工艺及技术手段的局限,水平井井眼轨迹不可能呈直线延伸,又因为井下油气层的产状和走向的不确定性,有时井眼轨迹会偏离油层进入上下围岩层。总体上,在综合录井图上有 6 种表现特征,如(图 3)所示:①、从上泥岩进入油层(A 点):钻时下降;岩屑百分含量:泥岩岩屑减少,砂岩岩屑增加,含油岩屑比例增加;气测值表现为总烃、组分由低值快速上升(尤其是 2) ;随钻测量井斜增加,垂深增加,自然伽玛由高值变为低值,电阻率曲线由低值变为高值。②、从油气层进入下泥岩(B 点):钻时上升;岩屑百分含量:泥岩岩屑增加,砂岩岩屑减少,含油岩屑比例减少;气测值表现为总烃、组分由高值缓慢下降(尤其是 2) ;随钻测量井斜、垂深增加,自然伽玛曲线由低值变为高值,电阻率曲线由高值变为低值。③、从下泥岩 进入油气层 (C 点):钻时 下降;岩屑百 分含量:泥岩岩 屑减少,砂岩岩 屑增加,含油岩 屑比例增加; 气测值表现为 总烃、组分由低值快速上升(尤其是 2) ;随钻测量井斜增加,垂深减少,自然伽玛由高值变为低值,电阻率曲线由低值变为高值。④、从油气层进入上泥岩(D 点):钻时上升;岩屑百分含量:泥岩岩屑增加,砂岩岩屑减少,含油岩屑比例减少;气测值表现为总烃、组分由高值缓慢下降(尤其是 2) ;随钻测量垂深减少,自然伽玛曲线由低值变为高值,电阻率曲线由高值变为低值。⑤、在泥岩中钻进(B-C、D-E 段):钻时持续相对高值,岩性为单一泥岩,含油岩屑含量少,气测总烃曲线逐渐降低,组分明显下降(尤其是 2) ;自然伽玛曲线持续高值,电阻率曲线呈持续低值。⑥、在油层中钻进(A-B、C-D、E-F 段):钻时持续相对低值,岩性为单一砂岩,含油岩屑含量高且较稳定,气测总烃曲线升为高值平台曲线,组分明显增为最大(尤其是 2) ;自然伽玛曲线持续低值,电阻率曲线呈持续高值。如油层存在物性差异,气测全烃曲线表现为锯齿形,组分时高时低。自然伽玛曲线呈低值锯齿形,电阻率曲线呈持续高值锯齿形。从图 4 可以看出,综合录井的岩性、荧光、钻时、图 38气测曲线在 A、B、C、D、E、F 的变化特征与 然伽玛曲线变化特征有较好的对应关系,因此利用综合录井资料变化特征可以为水平井钻进进行地质导向。2. 几种水平井录井技术难点及解决方法根据综合录井钻时、岩屑、定量荧光及气测快速色谱录井情况,结合特征曲线综合分析,可以判断井下钻头是否在油气层中钻进。但在水平井钻井过程中,为保证快速钻进及钻井施工安全,工程需要使用 头、钻井液中需要加入原油、润滑油、磺化沥青等有机物质,而且,水平井岩屑运移方式与直井不同,这给岩屑、荧光及气测录井带来了一定的难度。如何使用先进的录井新技术真实地反映地层信息是指导水平井钻进的关键。(1)岩屑录井岩屑录井是发现油气显示最直接、最有效的方法,但水平井钻井通常采用“头和螺杆钻具结构”新钻井工艺来提高钻井速度,岩屑细,甚至呈粉末状,混杂,为了防漏加随钻堵漏剂不开振动筛的时候多,因此,能否捞到反映地层真实信息的岩屑成为关键。捞砂方法改进:捞取真实地层细小岩屑时采用。主要工具:做一个 放于两台振动筛之间,在架空槽后振动筛前引进钻井液和岩屑(进口位置越低越好 ),定时加密捞砂。砂样清洗和烘晒:在小水压下搅洗,不宜使用高压冲洗,尽可能地保存细小颗粒岩屑。砂样在烘晒过程中岩屑颗粒表面水分未干前不能搅动砂样,防止颗粒表面污染和相互粘结,给岩屑描述带来困难。岩性定名和描述:由于水平井自身的特点,在水平段和斜井段,岩屑的搬运方式比直井更加复杂,岩屑实际返出井口时间往往滞后于迟到时间,岩性定名极其困难,必须结合钻时和气测值综合考虑,充分利用放大镜,在镜下仔细观察岩屑状况。必要时可使用“岩屑图象高分辨率采集仪” , 实行岩屑图象自动化采集、编辑、处理和分析,并进行岩屑图象对比、多块岩屑图象连续显示,从而确定岩性并进行精细描述(图 5) 。图 5 岩屑图象高分辨率采集仪获取的岩屑图像(2)定量荧光录井为确保钻井安全及工程需要,钻井液中加入原油、润滑剂、磺化沥青等有机物,这对岩屑特别对 规荧光无法准确识别油气显示。定量荧光分析仪通过分析钻井液添加剂、钻井液、岩屑的荧光特性,选择具代表性污染程度的钻井液及岩屑分析作背景,利用定量荧光分析仪具有9测量差谱的功能,自动扣除背景值,显示岩屑定量荧光分析的真实图谱,消除钻井液添加剂或原油的荧光干扰,初步区分出荧光显示是来自于样品本身还是添加剂,判断地层的含油情况。该技术的最大优点是:颗粒状粗样和细粉末状岩样均可进行分析。水平井的岩屑一般较细,不需要挑样,对岩屑混合样进行逐包检测,及时发现真油气显示,并利用流体性质相同、油质相同,定量荧光谱图形状相同、荧光强度相同、荧光级别相同等特征(图 6) ,进行地质导向。图 6 1 井相同油层不同井深定量荧光谱图(3)气测录井气测录井是通过检测分析钻井液从井底返至井口所携带的气体组分进行录井的方法。钻井液中加入原油、润滑剂、磺化沥青等有机物对气测录井产生严重影响,但通过分析真假气测显示的不同特征可准确评价油气层。水平井钻井中加入大量原油,气测全烃曲线基线升高,掩盖了地层中的油气显示,全烃曲线也将失去连续测量地层油气显示的优势,同时重组分呈现高值,掩盖了油气层重组分显示。但钻井液中无论加入何种有机物在充分循环均匀后,组分中的甲烷、乙烷等轻组分将降低至基本消失。在水平钻进中,一旦甲烷、乙烷等轻组分出现或升高,则可判断钻头进入油气层。如图 4、图 7 钻达 烃曲线基线升高,重组分值升高,钻达 A 点后全烃曲线几乎无变化,、值亦无明显变化,而 2、C 3值升高明显,判断已钻入油层。以 为例(如图 8) ,从气测录井图可以看出,井深 5050m 以前混油录井段(非油层段)与水平井段的全烃显示相似,但气测组分值差异较大,水平井油层段 2值远远高于混油段 2值。在水平段内钻进时,钻头穿出油层和穿入油层时,气测组分值也具有同样的变化特征,因而利用此特征可指导水平井轨迹的调整。该井水平钻进至井深 5165m 时,迟到井深 5159m 气测组分 C 2由 重组分也有微量降低,观察岩屑发现褐色泥岩略有增加,录井判断钻头触底,立即通知定向队调整工具面,改变轨迹,钻至井深 5180m 后,C 1由 升至 说明井眼轨迹又重新进入油层。完井电测证明气测录井判断正确。图 7 ××油田××井水平段录井图10图9为提高气测录井地质导向的准确性,还可在气测仪上配套快速色谱仪,3速色谱分析周期为 30s,测量的甲烷值可以看作一条近似的连续曲线,可替代全烃曲线,卡准油层的可靠性更强。通过快速色谱中 3H 曲线的变化,能够判断钻井中的偏差,当钻开油气层后,表现为 3H 曲线中的湿度比,平衡比和组分值发生明显变化,在同一油气层中钻进,3H 曲线相对稳定。如果钻头偏出油气层,3H 曲线也随之发生变化,且这一变化反映在仪器上仅滞后于钻头位置一个迟到时间,因此快速色谱能够较快发现井眼轨迹的偏移,更有利于钻井及时调整井眼轨迹。 另外,录井可利用色谱气体比值法(依据 线的关系(图 9))判断储集层流体性质变化和油、气、水界面( 叉:油气界面; 离:油水界面) ,从而指导水平井钻进。气体组分的比值能有效反应钻井是否偏离了油层,至于用哪种组分比值引导钻进,取决于该层上下气体组分的差异,即哪种组分比值变化更能说明钻头是否偏离目的层。(4)气相色谱录井地化录井系列中的油气组份评价(简称气相色谱)也可用于水平井地质导向。在重力分异作用下,储层流体在储层中形成气、油、水的分层分布状态。在气相色谱流出曲线上表现出原油组份峰轻质组分逐渐减少,重质组分逐渐增多,油质从轻到重的变化趋势。流体性质不同,气相色谱谱图不同;流体性质相同,气相色谱谱图相同(图 10) 。利用气相色谱这一特征,也可指导水平井钻进。特别在因各种原因报废的老井开窗侧钻时,气相色谱可指导钻头避开水层,最大限度地在油层中穿越。七、问题讨论与保障措施通过一些水平井录井服务,要保证综合录井地质导向的成功率,除了改进上述各类录井方法外,还须采取以下保障措施: 井 综 合 图深 度(m)岩 性 全 烃0 20 102 1010 10n 1010104804850490495050505105105205205305305405405050 原 油 污 染 水 平 段 油 气 显 示 图 8 录井综合图111. 钻前准备掌握区域地质情况,在分析邻井资料的基础上,根据井斜对标志层视厚度及深度逐个进行校正,确保水平井地层对比的准确性。2. 卡好着陆点(A 点)①、从开始造斜起,要绘制 1:200 的“深度校正录井图”与邻井进行对比。②、在对地层及砂层组进行大段对比的基础上,要坚持小层对比。③、及时绘制“地质轨迹跟踪图” 。④、在岩性描述及挑样上做到去伪存真,提高岩屑的代表性、准确性。⑤、结合邻井目的层的岩性、物性、含油性及分析化验资料,对比判断着陆点(A 点)的位置。⑥、结合邻井资料,利用快速色谱、定量荧光、气相色谱分析技术进行油气层归位,为地层对比提供依据。3. 加强综合录井对工程异常的预报综合录井系统不仅能及时发现与评价油气显示,采集处理工程参数与钻井液参数,提供异常预报信息,而且还能进行各种异常的分析判断。与直井相比,水平井钻井工艺更加复杂,如:A、开转盘钻进时钻具与井壁摩阻大,钻具负荷大,易发生扭断;B、用螺杆钻进时钻具相对静止,易发生卡钻;C、井壁易垮塌而发生卡、阻;D、钻遇大面积裂缝发育带容易发生严重井漏、井喷等等。所以,综合录井现场服务应密切观察各项参数的异常变化,尤其是立管压力、套管压力、扭矩、悬重和钻井液量等变化,及时通知相关技术人员,以便迅速采取处理措施,确保施工安全,保护油气层,提高钻井时效,降低钻井成本。当然,水平井地质导向是一个复杂的研究课题,本文介绍的综合录井技术在水平井钻进中的导向作用只是现场实践经验的总结。在水平井钻进过程中,综合录井虽然对地层信息反应较快,但水平井的复杂性,需要更先进的录井技术设备作保证,同时加强对现场资料和区域地质资料对比分析和综合判断,才能实现真正意义上的地质导向。第二节 欠平衡钻井的地质录井一、欠平衡钻井技术工艺简介1. 欠平衡钻井技术及其发展欠平衡钻井是指钻井过程中钻井液液柱压力低于地层孔隙压力,允许地层流体流入井眼、循环出井并在地面得到有效控制的一种钻井方式。欠平衡钻井具有能提高硬地层的机械钻速,减少循环漏失和压差卡钻等优点,从而获得发展。推动欠平衡钻井技术的发展,其优越性是减轻地层伤害、解放油气层、正确评价储层、明显提高产能早期的欠平衡钻井所采用的循环介质为空气,后来相继发展了用氮气、天然气、雾、泡沫或空气的轻质低密度钻井液的欠平衡钻井技术,主要用于钻低压地层。随着欠平衡钻井技术进一步成熟及井控设备的发展(承受高压的旋转防喷器引入油田后),又发展了用液体钻井液(清水、盐水、油基、水基钻井液)对高压地层进行欠平衡钻井的技术,如 内译为边喷边钻)、钻井液帽钻井、不压井钻井等技术。九十年代得以充分发展的欠平衡钻井技术是旋转钻井的发展和继续,是钻井工作者经过长期实践针对中、低压油藏所采用的科学对策。由于减少了压差,阻止了滤液和固相进入储集层,因而能够最大限度地去发现和保护中、低压油藏,以获取比常规过压钻井高得多的经济效益。另外,欠平衡钻井还可以克服液柱的压持效应,提高破岩效率,解放钻速,缩短建井周期,减少钻井液对储集层的浸泡时间,可以安全钻过严重水敏性地层及漏失层,避免大量钻井液漏失而降低了钻井成本。这些优点,使得美国和加拿大的欠平衡钻井数已经占其总钻井数目的 1/3 或更多。在我国实施欠平衡钻井始于五、六十年代,当时由于控制设备及研究手段均未能达到现场生产的需12要,人们很快对其失去了兴趣。进入八十年代后我国才真正开展欠平衡钻井工艺技术研究和现场应用。截止到去年底,大约有 100 多口井采用欠平衡施工欠平衡钻井技术。将平衡控制的概念应用于钻井施工中的井筒压力体系,采用钻井流体密度和井口回压叠加控制的方法达到使井底环空压力低于地层流体压力,从而达到保护和发现油气层的目的。地层,可采用泥浆欠平衡,对于地层压力系数在 地层利用充气泥浆,对于地层压力系数小于 井壁相对稳定、无高产水层的地层,则可采用泡沫,空气等钻井流体。这样欠平衡钻井具备了在很大地层压力系数范围内实施的条件。2. 欠平衡钻井技术的种类欠平衡钻井技术经过几十年的发展,至目前,国外已经发展了空气钻井、氮气钻井、天然气钻井、雾化钻井、泡沫钻井、充气钻井液钻井、边喷边钻等多种欠平衡钻井技术。空气欠平衡钻井技术,是指空气作为循环介质进行欠平衡钻井,是最早发展的一种欠平衡钻井技术。由于该技术是直接使用大气中的空气,所以可较大地节约钻井材料费用。 氮气钻井技术,在欠平衡钻井中,氮气能用作钻井液,或作为钻井液的一种组成成分。主要的优点胜过空气钻井,因氮气和烃气的混合物不易燃烧,这样,可消除井下着火的可能性。 天然气钻井技术,在天然气钻井中,使用天然气如同使用氮气或使用空气一样,可用作欠平衡钻井的循环介质。在钻含油气地层时,使用天气然钻井或防止井下气体混合物着火。然而,不同于氮气或空气,天然气当它排放到大气中时,一定会形成一种易燃的混合物。这种固有的较高的地面着火的潜在危险。使用天然气的钻井方法与使用空气或氮气钻井有一些不同。 雾化钻井技术,在空气钻井过程中,如出现少量的地层水流,通常作法是将空气钻井转变成雾化钻井。雾化钻井的具体作法是,在压缩的空气流未注入钻柱之前,向其注入少量的含有起泡剂的水。注入的这种液体与地层产出的水就会分散成不连续的(独立的)液滴的雾,这种雾流速度与气流速度相同。泡沫钻井技术,泡沫可用作钻井的循环流体,泡沫流体为气液两相构成的乳化液,它具有静液柱压力低、漏失量小、携屑能力强、对油气层损害小等特点。适用于低压、易漏、水敏性地层、欠平衡泡沫钻井技术是目前国外应用较为广泛的一项钻井技术。 充气钻井液钻井技术,虽然充气钻井液很早就用于油气工业,但是,在 50 年代早期在美国犹他州的才第一次使用充气钻井液钻井。当时,是使用充气泥浆作为钻井液,主要用途是避免因使用泥浆钻井时的井漏,而不是特定用于欠平衡钻井,近年来,由于水平井钻井的迅速发展,为了避免水平钻井中的地层损害,在加拿大、美国及世界上其他地区,使用充气液体作为钻井液已被用于欠平衡钻井。充气钻井液的连续相通常为未稠化的液化,如水、盐水、柴油、或原油等,气相为氮气、空气或其它气体。充气钻井液一般不含有表面活性剂,在井下具有较高的液体体积分数。使用充气钻井流的井底压力通常高于用雾、泡沫等其它轻质钻井液的井底压力。充气钻井液的有效密度通常为4pp
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