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| PDC鉆頭鉆井巖屑錄井技術探討 |
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1、前言
隨著PDC鉆頭技術創新所帶來的高鉆速、高時效，進而有利于減小鉆井總成本、增加經濟效益的同時，卻由于鉆屑細小、砂巖和泥巖之間鉆時變化不顯著，而給巖屑錄井帶來諸多問題。PDC鉆頭不僅使錄井油氣發現率、剖面符合率下降，同時還造成地層對比、巖性歸位、油氣層解釋困難。面對上述挑戰，開展PDC鉆屑錄井隨鉆巖性識別技術的研究，使隨鉆錄井巖性識別和油氣顯示快速評價解釋技術進一步提高，從而提高油田的整體勘探開發效益。
2、PDC鉆頭鉆井特點及對地質錄井影響
PDC鉆頭是聚晶金剛石切削鉆頭(Polycrystalline Diamond Compact Bit)的簡稱，是70年代末80年代初美國石油鉆井技術的一項重大成就。我國從80年代中后期開始引進、生產PDC鉆頭，90年代得到推廣應用，它給鉆井技術帶來劃時代的進步。與牙輪鉆頭相比，PDC鉆頭具備機械鉆速高、年限長、成本低、防斜、糾斜以及巖屑便于泥漿攜帶而保持井底清潔等特點，因而倍受青睞，近年來在國內鉆井中得到廣泛的推廣應用。江蘇油田自九十年代引進該技術以來，得到了廣泛的推廣和使用，鉆井時效提高了 30%～50% ，無論給鉆井公司還是給油田都帶來了顯著的經濟效益和社會效益。
但是，PDC鉆頭鉆井卻給地質錄井帶來了較大的影響：
a.PDC鉆頭鉆進時巖屑特別細小，一部分融入泥漿內造成巖屑撈取量很少。同時，過細的巖屑給清洗工作帶來較大的困難，較難獲得可靠的、能真觀反映地層情況的巖屑。
b.撈取巖屑量少，再加上砂巖巖屑顆粒與泥漿接觸全部和巖屑清洗時油氣逸失嚴重，造成常規地質錄井油氣顯示普遍減小。
c.巖屑細小，現場挑樣極為困難，有時挑樣任務無法完成，影響地化分析和地質油氣取樣。
d.由于鉆時較快，傳統的色譜分析周期長，常常漏失薄層油氣層，給薄層油氣層的發現和解釋帶來困難。
e.由于巖屑樣細小，特別用小復合片鉆頭時巖屑幾乎呈粉沫狀，給巖屑描述增加了困難。
f.砂泥巖鉆時差別不大，造成現場錄井劃分巖性界面及巖性歸位困難。
3、PDC鉆頭巖屑錄井技術探討
3.1應準確記錄鉆時，及時測定遲到時間
鉆時是地層可鉆性的很直接的反映。傳統概念上，正常的砂泥巖剖面使用牙輪鉆頭應該是砂巖可鉆性好，泥巖可鉆性差，但使用PDC鉆頭則不盡然。不同的坳陷或不同的油田、區塊及地層的砂泥巖鉆時各具特征。總體上講，西部新疆、陜北地區使用PDC鉆頭時，鉆時基本上能夠正確反映地層的砂泥巖變化。例如，在準噶爾盆地腹部的中間坳陷帶、鄯善油田等地區，侏羅紀地層是主要目的層，無論使用牙輪鉆頭或PDC鉆頭，砂泥巖鉆時變化均較顯著。分析原因可能是因為該區內目的地層沉積較古老，泥巖埋藏深，壓實性較好；砂巖大部分成分為石英、長石，呈次圓狀—圓狀，分選好，泥質膠結，疏松—較疏松。而江蘇油田由于主要目的層段為下第三系沉積，時代較新，泥巖壓實不夠。相對而言泥巖可鉆性較好，造成使用PDC鉆頭的鉆時與砂巖沒有顯著差異，像聯盟莊地區戴南組地層因為砂巖是灰質膠結，造成鉆時反而比泥巖可鉆性差的現象。
所以，鉆時只能在區分地層巖性時作為重要參考，而不能依靠鉆時區分地層巖性。而對于采用30～50cm微鉆時區分巖性的觀點，筆者覺得不太實用。
巖屑遲到時間的準確性直接影響到巖屑剖面與測井深度的系統誤差，決定著巖屑剖面的合理歸位。因此，在使用PDC鉆頭鉆進過程中，要經常實測遲到時間（50m/1次），采用接近鉆屑密度、顏色與鉆屑反差較大的實物進行遲到時間的測定，以保證撈樣時間的準確性。
3.2改進巖屑撈取和清洗方法，確保細小巖屑的撈取質量
采取正確的撈巖屑方式相當重要。傳統的二分法和四分法仍在起著作用。雖然采用的PDC鉆頭牙齒較短，巖屑破碎程度較高，但仍有大小之分。經過振動篩之后較大顆粒的巖屑動能較大，飛躍較遠，靠近接樣盆的外側；顆粒小的巖屑動能較小，靠近接樣盆的內側，有時緊貼振動篩布流下。眾所周知，較大的巖屑內存在著一定的假巖屑，較小的巖屑真實性較高，這就要求我們采用二分法或四分法撈取巖屑時首先要選取靠近振動篩一側的巖屑，并且每撈取一次巖屑要清理接樣盆，以防混樣。這樣有助于辨別每包巖屑砂泥巖百分比變化情況，以便我們更好的區分巖性分界面，必要的時候可以借助放大鏡。對于鉆井液性能特別是粘度和切力對正確取樣的影響還有待進一步研究。
自動撈取巖屑在理論上具有一定的可行性。其中一種方法就是在大振動篩下接一小振動篩，其寬度為大振動篩布的三分之一，然后下接接樣盆，定時沖洗即可。存在問題一是需要經濟投入和場地的制約，二是具體實施過程中受上返巖屑量和均勻程度的影響。
另一個值得注意的問題是巖屑沖洗，前提是合理利用撈取工具，在這方面巖屑盆比巖屑筐更具優勢。過度地沖洗巖屑對油氣顯示和顯示級別影響較大，相反地對地層巖性確定卻有好處。
3.3結合一些工具和手段對細小巖屑進行正確的描述
巖屑在剛清洗干凈后，就可以先簡單粗描一下，等曬干后再整體細描，遠觀顏色、近查巖性、參考鉆時、分層定名，觀察巖性百分比的變化。PDC鉆頭的特殊破碎機理導致鉆井巖屑很細小，用肉眼觀察有一定的困難，可以借助于放大鏡。一般現場要挑有顯示的巖樣做熒光滴照、浸泡照等，而對于細小巖屑的含油氣實驗，要及時在巖屑還未曬干的情況下進行，油氣級別相應提高一個檔次。在很難挑取的情況下，可以采取混合樣的方法代替，把盤中的砂樣多次晃動，去掉上面的大塊，直到下面基本為碎顆粒為止。同時，要注意如果鉆井液中混過原油，那么細小巖屑混樣滴照可能都會有一點點淡黃色或淺黃色光圈，要區分排除這方面的影響。再撈取巖屑的時候，結合觀察槽面是否有油氣顯示，鉆井液性能是否有變化等，這些也是綜合判斷是否進入油氣層的輔助手段。
3.4加強熒光錄井、氣測錄井技術，及時判斷油氣顯示
常規錄井過程中熒光發現和熒光級別的確定是采用PDC鉆頭鉆進時困難的問題之一。首先要明白我們所稱的熒光顯示應該是指巖屑被鉆頭破碎并被攜帶到井口，儲集層孔隙內殘余油氣經過處理后或未經處理時在熒光燈下的具體表現。砂巖破碎的程度越低，對應的巖屑含油級別越高；反之含油級別越低，到無顯示。被PDC鉆頭破碎的巖屑顯著偏小、偏細，相對而言發現油氣顯示的難度會增大。比如，中砂巖或粗砂巖以上的松散儲集層在井下表現為含油層系，經過PDC鉆頭破碎，中途再經過高溫鉆井液浸泡沖洗，其中的膠結物和所含油氣已經全部溶解于鉆井液之內，返回到地面會變成單個石英或長石小顆粒，不存在所謂的孔隙。此種情況下，即使采用溶液浸泡對比也不會有顯著的油氣顯示特征。只有那些組成顆粒較小，分選好，膠結較致密—致密或者灰質膠結的儲集層在返回到地面仍然保持著片狀、塊狀或團塊狀，換句話說仍然保持有一定的孔隙，經過壓碎滴照、浸泡，則可輕易地發現油氣顯示。
跟隨綜合錄井儀的井要判斷油氣顯示則容易得多。如果排除地層向井筒內氣體流動的影響，單就井筒內被破碎的儲集層而言，巖屑被破碎的程度越高，原儲藏在孔隙中的油氣進入鉆井液內的量就越大，反映到氣測錄井上就表現為全烴升高，各組分的含量值隨著升高。但是，無論是使用牙輪鉆頭還是PDC鉆頭，各組分的相對含量不會有顯著的差異。
采用綜合錄井的氣測值一般可以區分巖性界面。泥巖的氣測值曲線往往是一條平直的基線，而在即將鉆穿下伏儲集層時（特別是有油氣顯示的儲集層）時，上覆泥巖段的氣測值曲線會有一個緩慢推高的過程。一旦儲集層被打開，這種平緩的推升趨勢會被打破，出現突然升高的現象，這時我們可以認為鉆入儲集層。同一個儲集層內如果是上油下水，在鉆遇下部水層時，氣測值曲線會有下降的趨勢，這時我們不應該輕易地認為已經進入泥巖地層。參考非烴組分氫氣和二氧化碳含量的變化，同樣可以確定下部的儲集層是水層，因為水層顯著的特征就是氫氣和二氧化碳值顯著升高。
3.5充足利用地化錄井評價技術
地化錄井是分析泥巖質豐度及生油成熟度、生油巖類型、臨界溫度的有力武器，同樣可用來分析儲集層內的氣態烴、液態烴、及殘余重烴含量。同一油田或同一區塊如果確定了油、氣、水層的評價基值區間，地化錄井對于地區的單井油、氣、水層評價會有重要的參考作用。采用PDC鉆頭鉆井的巖屑時，由于泥巖相對好挑樣，生油指標分析較可靠，但利用混樣來進行儲集層分析，無疑會給這種精密的儀器造成判斷失誤，從而引起錯覺，其結果往往不能令人信服。筆者認為，只要嚴格按一定的程序，及時取細小混合樣仔細分析，分析結果可能有一定偏差，但再結合其它資料綜合分析，尋找出這一偏差系數進行系數校正，能將因巖屑細小對錄井資料的影響程度減小到一定限度，確保巖屑細小的錄井資料質量。
3.6加強鉆井與地質錄井的橫向協作
由于鉆頭、鉆井工藝、鉆具組合與地層的配置等因素影響，當振動篩后難以采集巖樣時，現場地質師要認真分析原因。若是鉆具結構、鉆頭選型不合理、泥漿攜砂能力差或振動篩網孔徑過疏等工程因素，則應建議鉆井調整鉆頭類型、泥漿性能、更換篩布。
在PDC鉆頭條件下，巖屑的含油氣性判定還應結合槽面油氣顯示進行。比如，洗樣時水面是否有油花、油膜，鉆井液槽面蒸汽和巖屑是否有油氣味（這就嚴格要求采集工取樣時要隨時觀察），震動篩上有無油花、氣泡，鉆井液蒸汽氣味是否有異常，有無油氣味，這些也是綜合判定是否進入油氣層的依據。
4、結束語
在了解認識PDC鉆頭鉆進條件基礎上，巖屑錄井關鍵是強化地層對比、錄井資料的綜合分析及巖屑的細致觀察、描述，應采用干樣、濕樣、篩析觀察相結合，逐包進行熒光試驗的常規錄井方法。總之，扎實、認真、仔細的基礎工作和嚴格執行各項錄井一定的程序是我們作好各項錄井工作的基礎和前提，這一點對于PDC鉆頭條件下巖屑錄井工作顯得更加重要。只有提高地質采集員和技術員的綜合素質，加強其責任心，在巖屑錄井的每道工序、每個工作環節做到扎實、認真、細致，才能將因PDC鉆頭影響巖屑對錄井資料質量的影響程度減小到一定限度，才能確保在現代鉆井技術條件下的地質錄井資料質量，確保石油鉆井地質錄井工作不因鉆井技術的發展而被淘汰掉。
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