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细小岩屑成因分析及在现有条件下如何确保地质录井资料

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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细小岩屑成因分析及在现有条件下如何确保地质录井资料质量0021:15:29 作者:陈万辉 阅读 192 次 随着钻井工艺技术的飞速发展,一些节约钻井成本,提高钻井生产时效和速度的钻井新工艺、新技术在钻井生产中得到普遍使用,其中,高转速、低钻压加 头的使用就是一例。然而,这些新工艺、新技术的使用,钻出的岩屑极其细小,给地质资料的录取质量带来了较大的影响;如何在现有录井技术装备条件下,最大限度地减小这一影响程度,确保钻井地质录井工作的顺利进行?已经是摆在钻井地质界有识之士共同探讨和面对的难题。如何在新的钻井工艺技术条件下,确保地质录井资料质量,笔者就多年来现场录井工作中观察遇到的情况及处理方法,从造成岩屑细小的原因分析,结合现场实际探讨解决细小岩屑录井的方法,以供我们现场地质录井中借鉴参考。l 一、形成钻井岩屑细小的原因分析:从现场录井观察中不难发现,造成钻井岩屑细小的原因主要有两方面的因素:(一) 、地层因素:地层因素是造成钻井岩屑细小的客观因素。这一因素造成岩屑细小又分两方面;首先是所钻地层岩层成岩作用较差,岩性胶结成松散颗粒状,造成钻井岩屑细小。例如:本区成岩作用较差的明化镇组、馆陶组地层,胡状集地区的沙三段储集层等,钻井返出至地面的岩屑均为分散状矿物颗粒,岩屑直径特别细小。其次是所钻地层岩性特别致密,而且埋藏又较浅,钻进中返出的岩屑也比较细小;这方面具有代表性的例子是陕甘宁盆地富县地区的中富 1 至中富 5 井在延长组地层的钻进中发生的,该区延长组地层属于湖盆三角洲沉积,储层砂岩体特别致密,钻进中返出的岩屑特别细小。(二)钻井工程因素:钻井工程因素是造成岩屑破碎细小的外部因素,也是主要因素,这一因素又大致可分为以下三个方面影响钻井岩屑的颗粒大小:1、钻头类型的影响。众所周知,不同的钻头类型钻进破碎岩石的机理也不同。钻头大致分为刮刀、三牙轮、和 头三大类,其中,刮刀钻头适宜于钻松软地层,其破碎岩石的机理主要为剪切刮挤力,钻出的岩屑颗粒较大,多呈块状,但因其使用寿命短、耐磨性差、适用地层少现已基本被淘汰。现在现场用得较多的是牙轮钻头和 头两大类,牙轮钻头适宜于钻松软直到较硬的各类地层,其破碎岩石的机理以牙轮转动时对岩石的冲击压碎作用为主,以剪切刮挤作用为辅,所钻地层真岩屑大约大米粒大小,但因不同牙轮类型造成其使用时间寿命不同,其耐磨性也不同,且易发生掉牙轮等井下事故。头破碎岩石的机理主要为剪切刮挤作用,以其高强度耐磨性、长时间的使用寿命以及不会发生掉牙轮等事故等优点而今在油田钻井生产中得到广泛应用,特别是采用螺杆加转盘、低钻压的复合钻进方式,充分发挥了 头的优势,大大提高了钻井速度,但 头因其齿小,破碎岩石的方式为剪切刮挤作用,钻出地层岩屑较细小,尤其是采用螺杆加转盘复合钻井方式,其主要是靠 头的高速旋转,剪切研磨钻进,致使钻出的岩屑特别细小,甚至有的岩屑成粉沫状。在三类钻头中,头钻出的岩屑最细小,因此对地质录井影响也最大。2、钻井参数的影响;影响钻井岩屑颗粒大小的钻井参数主要有钻压、泵压和钻盘转速,从现场录井观察和分析中不难发现,钻压大,钻头牙齿吃入地层的深度大,破碎得到的岩屑颗粒大;泵压低,对地层岩屑的冲刷破碎力小,钻头破碎的岩屑未被进一步破碎,因此所钻岩屑颗粒较大;钻盘转速低,采用Ⅰ档车钻进(未加螺杆复合钻进), 未造成钻头对已破碎岩屑的重复性碾磨和在岩屑上返过程中未受钻杆高速旋转的剧烈搅拌,致使返出的岩屑颗粒相对较大。相反,钻井钻压较低,钻头牙齿吃入地层的深度小,泵压高,对地层岩屑的冲击破碎力大,转速高(采用Ⅱ档车或Ⅲ档车钻进),不仅会对已钻岩屑进行重复性碾磨,而且在岩屑上返至井口过程中,由于钻杆在井眼内高速旋转扭动搅拌,对岩屑颗粒又进一步破碎,造成返至井口的岩屑极其细小,在诸多钻井参数中,转盘转速高低对所钻岩屑颗粒影响最大,笔者曾在古云集地区云 8 井的钻探中亲身感受到这一影响的严重性。云 8 井是布署在古云集构造的一口重点探井,该井设计要求从东营组底以上 50 米(即井深 1950 米开始录井) ,当时施工井队采用的是直径 三牙轮钻头,钻压 20 吨,泵压 16盘转速Ⅱ档车(110 转/分钟)快速钻进,钻时 15钟/ 米,钻至井深 2300 多米,地层已进入沙二上亚段,在震动筛上返出的岩屑仍成泥糊状,洗样后无论砂泥岩,均成粉沫状,我们与甲方人员分析认为,从已钻井资料来看,本区沙一段、沙二段地层成岩作用较好,岩性上不应形成这种状况,到正钻的邻井云 7 井调查,发现相距不远的邻井在相应层位也采用的三牙轮钻头钻进,然而捞取的岩屑颗粒呈米粒块状,一切正常,代表性较好,只是钻进采用的钻井参数除转速为Ⅰ档车外,其余参数均相近,钻时也为 15钟/米,后来,经过与井队协商,变Ⅱ档车为Ⅰ档车钻进,约 30 分钟后,震动筛上返出的岩屑一切正常,与邻井相似,且钻时仍为15钟/米,并未变慢。后来分析发现,造成这一现象的原因除了转盘转速快,对已钻岩屑进行重复性碾磨外,转盘转速较高,扭矩较大,从指重表上显示加钻压 20 吨,但有一部分钻压加到了转盘上,加到钻头上的钻压远小于指重表上显示的钻压数值。3、钻井液性能的影响:钻井液性能对地层岩屑的破碎作用亦不能复视,在现场实践中,不难发现,每口井在钻上部地层时,钻进速度均较快,钻出岩屑极细小,这其中原因除了上部地层成岩作用较差,地层疏松外,很大一部分原因是因为井队普遍采用了低密度、低粘度的近似于清水的钻井液钻进,当钻井液密度、粘度升至一定程度时,钻出的岩屑颗粒也同时变大,钻进速度也变慢,这就是为什么钻井施工中快速钻进要尽可能使用低密度、低粘度的优质钻井液的原因。当然,造成钻井岩屑细小的因素较多,在某一口井,岩屑细小可能是多方面因素综合性影响的结果,不单是某一方面造成,在这诸多因素中,常常有一方面是主要因素,要根据现场实际情况,具体分析,找出主要因素,在既不影响钻井速度,又能减小对岩屑录井质量影响的前提下,加以解决,以确保钻井地质录井资料质量。l 二、钻井岩屑细小对地质录井资料的影响:钻井地质录井工作主要是通过采集钻井所钻岩屑建立岩性剖面、发现油气水层及划分地层,钻井岩屑细小,无疑是对钻井地质录井工作及资料质量带来极大的影响。首先:是加大了岩屑采集捞取洗样的难度。由于所钻岩屑细小,甚至部分岩屑呈粉沫状,在钻井液中无法通过震动筛从钻井液中分离出来,采集不到真岩屑或采集、捞取到的真岩屑数量较少。另外因岩屑细小,与钻井液一起成浆糊状,捞取满满一盆岩屑冼净后的净岩屑还达不到要求捞取的岩屑数量。其次:加大了岩屑观察、描述、分层定名、百分比估计、判断储层胶结物、油气显示的难度。由于岩屑细小,有的真岩屑比芝麻粒还小,给正确的岩屑描述观察、挑样定名、荧光照射,岩屑含油性判定带来了相当大的难度,也加大了资料整理的工作量,进而影响岩性剖面符合率。第三:对地化录井、岩屑定量荧光分析、析带来了新的挑战。由于钻井岩屑细小,达不到分析要求的岩屑颗粒大小,有的只能采用混样进行分析,岩屑细小无疑增大了分析挑样的难度,给这些录井项目的分析结果的准确性也带来较大程度的影响。l 三、如何在现有录井技术条件下,确保细小岩屑的录井资料质量,将因岩屑细小对录井资料质量的影响减少到最低限度。首先,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,稍微沉淀后倒去混水再换清水的办法,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份的情况下,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。当然,要严、细、认真地做好这些工作,给地质采集工增加了较大的工作量,特别是使用 头采用螺杆加转盘复合钻进时,钻时快,一个采集工既要记录钻时,又要按要求取准岩屑,就需要增加人员,进行双岗作业,才能确保细小岩屑录井工作的准确性。其次: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、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、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 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。细小岩屑样品如能挑出有代表性的样品当然好,如太细小,岩屑成粉沫状,也可实事求是地取一小包混样,备完井讨论时用。笔者早在 1985 年唐 3 井的钻探中就遇到细小岩屑给地质录井带来的困难,该井在 2300 米—3300 米层位沙一至沙三 1 亚段使用 头钻进,由于当时生产的 头牙齿极细小,与常用的磨鞋齿大小相当,钻出的岩屑极其细小,泥岩岩屑多呈芝麻粒状,砂岩岩屑更细小。钻头使用刚开始,由于使用的是 60 目的震动筛布,经震动筛滤出的岩屑极少,而在除砂器处有较多细砂被除出,经与井队协商,改换为 80 目的筛布后,筛前砂样明显增多,虽然岩屑细小,通过我们加强岩屑采集等基础工作,捞取的岩屑代表性也较强,岩屑描述挑样等工作都在双目显微镜下进行,录井岩性剖面符合率也较高,后来,该井现场地质录井资料质量在当时局探井资料现场检查评比中获得较高评价,被一致推荐作为样板资料代表中原油田参加石油部全国探井录井资料评比。第三、对于细小岩屑状态下的地化录井、定量荧光分析结果可通过系数恢复法加以校正。岩屑细小对地化录井、定量荧光分析资料质量影响程度也较大。笔者认为,只要严格按操作规程,及时取细小混合样仔细分析,分析结果可能有一定偏差,再结合其它资料综合分析,寻找出这一偏差系数,进行系数校正,能将岩屑细小这一影响程度降低到最低限度,其中中富 1 至中富 5 井细小岩屑的地化录井,新 12 井 头钻进井段的定量荧光录井,齐全准确地发现了油气显示,就是一典型事例。第四、建议广泛而又尽可能多地进行气测录井。对于细小岩屑来说,对岩屑等常规录井资料质量影响较大,这是现场客观存在的事实,但对气测录井毫无影响,相反,因为岩屑破碎充分,混入钻井液中的烃类组分浓度相对增大,更进一步增强了气测录井发现油气显示层的灵敏性,对于一些探井和气井,气测录井对于及时准确地发现油气层,特别是干气层(岩屑及时湿、滴照均无荧光显示的层) ,显得独具优越性。在因钻井技术发展给地质常规录井带来影响的状态下,钻井地质录井仍停留在五、六十年代的设备技术状态显然是落后的,增加气测录井,弥补因岩屑细小给及时发现、准确地判断油气显示层带来的影响,改进录井设备和方法,也是钻井地质界同仁们多年来的心愿。总之,扎实、认真、仔细的基础工作和严格执行各项录井操作规程是我们作好各项录井工作的基础和前提,这一点对于细小岩屑的录井工作显得更加重要,只有提高地质采集员和技术员的综合素质,加强其责任心,在岩屑录井的每道工序、每个工作环节,做到扎实、认真、细致的工作,才能将因岩屑细小对录井资料质量的影响程度降低到最小限度,才能确保在现代钻井技术条件下的地质录井资料质量,确保石油钻井地质录井工作不因钻井技术的发展而被淘汰掉。
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