PDC鉆頭鉆井條件下的地質(zhì)錄井技術(shù)探討

石云

摘 要：PDC 鉆頭給鉆井帶來了高鉆速、高時效，降低了鉆井總成本，增加了經(jīng)濟(jì)效益， 但由于使用PDC鉆頭鉆進(jìn)時，機(jī)械鉆速快、巖屑細(xì)小、鉆時變化不明顯，也給地質(zhì)錄井造成了困難。依據(jù)現(xiàn)場工作經(jīng)驗，通過分析PDC鉆頭破碎巖石的特點，探討了使用PDC鉆頭對錄井工作的影響因素，提出了在PDC鉆頭條件下提高錄井質(zhì)量、卡準(zhǔn)油氣層的方法，以期在準(zhǔn)確提取地質(zhì)資料的前提下，加快鉆井速度，減少對油氣層的污染。

關(guān)鍵詞：錄井；PDC鉆頭；巖屑；錄井質(zhì)量；綜合錄井

引言

PDC鉆頭是聚晶金剛石切削鉆頭的簡稱，其破碎巖石的機(jī)理主要為剪切刮擠作用，PDC 鉆頭與牙輪鉆頭相比，具有高強(qiáng)度耐磨性、機(jī)械鉆速高，壽命長，成本低，不會發(fā)生掉牙輪等事故的特點，在油田鉆井生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，尤其是采用螺桿加轉(zhuǎn)盤復(fù)合鉆井方式，低鉆壓的復(fù)合鉆進(jìn)方式，充分發(fā)揮了PDC鉆頭的優(yōu)勢，大大提高了鉆井機(jī)械速度。但由于 PDC鉆頭是低鉆壓、均勻剪切破碎，因而破碎的巖石顆粒十分碎小，有的巖屑甚至成粉末狀，給地質(zhì)錄井卡層、定名、描述、挑樣及油氣顯示識別、評價帶來很大的困難。PDC鉆頭條件下的錄井工作是行業(yè)的一大難題。

隨著鉆井行業(yè)PDC鉆頭的廣泛使用，特別是油田進(jìn)入開發(fā)期，為了縮短鉆井周期 、保護(hù)氣層、降低鉆井風(fēng)險，PDC鉆頭的使用將不可避免，積極探索采用PDC鉆頭鉆井條件下的錄井技術(shù)具有重要的現(xiàn)實意義。

1 PDC 鉆頭對錄井工作的影響

PDC 鉆頭使用對錄井工作的影響主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）巖屑量少、巖屑細(xì)碎、巖性難辨、采樣困難。由于所鉆巖屑細(xì)小，甚至部分巖屑呈粉末狀，鉆井液中的碎屑無法通過震動篩分離出來，與鉆井液一起成漿糊狀 ，采集到的真實巖屑數(shù)量較少，冼凈后的凈巖屑還達(dá)不到要求撈取的巖屑數(shù)量。

（2）鉆時與巖性的對應(yīng)關(guān)系不明顯。現(xiàn)場地質(zhì)錄井劃分砂、泥巖地層的方法主要是依據(jù)鉆井鉆時的變化和砂、泥巖含量的變化來確定的，砂巖地層鉆時快，泥巖地層鉆時慢 ，這是多年的經(jīng)驗， 而砂、泥巖含量的變化表示新地層的出現(xiàn)。對于使用 PDC鉆頭而言，砂巖、泥巖鉆時變化不大或無變化，巖性含量的變化也常常因為巖屑細(xì)碎而無法正確判斷 ，給地質(zhì)錄井劃分巖性界面及巖性歸位帶來了很大影響。

（3）加大了巖屑觀察、描述、分層定名、百分比估計、判斷儲層膠結(jié)物、油氣顯示的難度。由于巖屑細(xì)小，有的真巖屑比芝麻粒還小，給正確的巖屑描述觀察、挑樣定名、熒光照射、巖屑含油性判定帶來了相當(dāng)大的難度，影響巖性剖面符合率。

（4）巖屑細(xì)小，現(xiàn)場挑樣極為困難，有時挑樣任務(wù)無法完成，影響地化分析和地質(zhì)油氣取樣。

（5）由于鉆時較快，傳統(tǒng)的色譜分析周期長，容易漏失薄層油氣層，難以保證分析的準(zhǔn)確性。

2 PDC 鉆頭下提高錄井質(zhì)量的方法與對策

如何在現(xiàn)有錄井技術(shù)條件下確保在 PDC 鉆頭下的錄井資料質(zhì)量呢？經(jīng)過多年的現(xiàn)場經(jīng)驗及分析研 究筆者認(rèn)為可以從以下幾個方面努力：

（1）及時準(zhǔn)確地測定遲到時間，嚴(yán)格按巖屑錄井操作規(guī)程執(zhí)行，確保巖屑采集的準(zhǔn)確性。PDC鉆頭下巖屑細(xì)小，識別困難，采集工必須要有極強(qiáng)的責(zé)任心，嚴(yán)格按巖屑錄井操作規(guī)程進(jìn)行操作，及時準(zhǔn)確地測定遲到時間，這是提高剖面符合率、卡準(zhǔn)油氣層的基礎(chǔ)。

（2）加強(qiáng)巖屑分選篩樣描述，結(jié)合槽面顯示，借助顯微鏡、放大鏡來確定巖性及顯示。細(xì)小巖屑描述應(yīng)采用干、濕結(jié)合的方法并借助于放大鏡、顯微鏡等工具進(jìn)行。剛洗凈未曬干的細(xì)小巖屑因其表面清潔，容易觀察其巖性組合特征，曬干后，由于砂巖膠結(jié)疏松，一些未破碎的細(xì)小砂巖顆粒在曬樣過程中因翻動又進(jìn)一步破碎，且砂巖巖屑表面變得模糊而難以觀察，因此對于細(xì)小巖屑描述，要進(jìn)行濕樣粗描，曬干后再進(jìn)行細(xì)描.

在PDC 鉆頭下，由于巖屑細(xì)小，粉砂巖呈白色粉末狀，一般肉眼難以觀察，但如果巖屑樣品取樣準(zhǔn)，洗樣干凈，即使粉末狀的細(xì)小巖屑，在巖屑中從巖屑的顏色也可判斷砂泥巖百分比數(shù)量的變化，但粉砂巖的膠結(jié)程度，含油性只能通過放大鏡、顯微鏡進(jìn)行觀察，在鏡下挑出樣品 ，再作膠結(jié)物試驗。對于細(xì)小粉末狀巖屑的含油氣性試驗 ，取混合樣逐包熒光滴照、CCL4浸泡照射。細(xì)小巖屑含油氣試驗要及時在洗凈后還未烤曬干的狀態(tài)下進(jìn)行，油氣顯示定級應(yīng)適當(dāng)上提一個級別。同時，巖屑的含油氣性判定還應(yīng)結(jié)合槽面油氣顯示進(jìn)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(yán)格要求采集工取樣時隨時觀察），震動篩上有無油花、氣泡，鉆井液蒸氣氣味是否異常，有無油氣味 ，這些也是綜合判定是否進(jìn)入油氣層的依據(jù)。

從圖 1、圖 2 中可以看出，牙輪鉆頭下的巖屑個體較大，比較好確認(rèn)巖性；PDC 鉆頭下的巖屑呈松散狀態(tài)，在巖層較厚的地層還是容易區(qū)分，但是在薄巖層段，需要技術(shù)人員逐個挑樣才能確認(rèn)。所以以巖屑為分析介質(zhì)的錄井方式受 PDC 影響較大，但這些正是實現(xiàn)錄井解釋定量化的關(guān)鍵。

加強(qiáng)熒光錄井、氣測錄井技術(shù)，及時判斷油氣顯示熒光錄井是地質(zhì)錄井普遍的一種檢測地層含油氣方法。一般來說工作人員都會進(jìn)行滴照、濕照和干照對比分析，一般含油氣巖層熒光濕照或者干照就會顯示很好的級別，但是在某些地層，由于其巖屑細(xì)小需要兩種判別方法一起判斷。從圖3中可以看到膠結(jié)致密的砂巖團(tuán)熒光效果明顯比疏松呈單個小顆粒砂巖的熒光效果明顯。所以經(jīng) PDC 鉆頭破碎后的砂巖油氣顯示特征已失去其真實性。

（3）綜合分析PDC鉆頭條件下的地化資料和綜合錄井參數(shù)等綜合評判， 能夠達(dá)到解決地質(zhì)巖性識別、層位卡準(zhǔn)和油氣層評價的目的 ，見圖4。

地化錄井用于分析泥巖有機(jī)質(zhì)豐度及生油成熟度、生油巖類型、臨界溫度，同樣可用來分析儲集層內(nèi)的氣態(tài)烴、液態(tài)烴及殘余重?zé)N含量。在PDC鉆頭鉆井的條件下，通過對細(xì)小混樣進(jìn)行儲集層分析，校正相對誤差，結(jié)合其它資料綜合分析，可作為發(fā)現(xiàn)油氣層的旁證，將因巖屑細(xì)小對錄井資料的影響程度降低到最低限度，確保巖屑細(xì)小的錄井資料質(zhì)量。DCS指數(shù)為校正后的地層可鉆性指數(shù)，通常與地層巖性具有較好的對應(yīng)關(guān)系：應(yīng)用趨勢線大致確定巖性組合形成 dcs 趨勢線（dcn）后，在趨勢線的左端設(shè)一條砂線， 若dc 值落在砂線的左邊， 即為滲透層。

當(dāng)鉆壓、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速等鉆井參數(shù)保持穩(wěn)定時，扭矩指示巖性界面規(guī)律明顯。根據(jù)砂巖扭矩低、振幅大，泥巖扭矩高、振幅小的表現(xiàn)規(guī)律 ，從基線變化和振幅兩方面解釋巖性。鉆壓與巖石可鉆性對應(yīng)性很好， 表現(xiàn)為砂巖低鉆壓、泥巖高鉆壓的變化趨勢。對于圖1地層砂泥巖交互沉積、單層沉積厚度不大，且由于地層可鉆性差，人工加壓造成鉆壓變化大。鉆壓的不穩(wěn)定性進(jìn)而造成鉆時、dcs指數(shù)定量指示巖性能力下降。但當(dāng)鉆時穩(wěn)定、變化較小時，鉆壓大小與巖性關(guān)系密切。鉆壓指示巖性變化，但由于鉆壓不是地層巖性的自動表現(xiàn)參數(shù)，受人為因素影響太大， 僅能作為參考參數(shù)。

轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速也間接反映巖性變化。轉(zhuǎn)速曲線的震蕩頻率和幅度與巖性粗細(xì)有密切關(guān)系。圍繞著額定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速左右振蕩的頻率和速度越大，巖性越粗。

鉆井液的密度和粘度對識別鹽膏層作用很明顯。低鉆時、低dcs、低氣測顯示、低扭距、高鉆井液密度、高粘度是判別鹽膏層的重要標(biāo)志。但是，需要注意打開鹽膏層過多極易污染鉆井液， 造成工程事故 ，因此應(yīng)該第一時間發(fā)現(xiàn)超低鉆時（一般在 5～ 6min），通知鉆井隊循環(huán)觀察 ，及時做氯離子含量分析 ，在確定進(jìn)入鹽膏層的情況下給鉆井隊書面通知。

（4）利用氣測連續(xù)曲線可以劃分滲透層。采用綜合錄井的氣測值可以區(qū)分巖性界面。泥巖的氣測值曲線往往是一條平直的基線，而在鉆穿儲集層時（特別是有油氣顯示的儲集層）時，氣測值曲線會升高，這時我們可以認(rèn)為鉆入儲集層。同一個儲集層內(nèi)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(yīng)該輕易地認(rèn)為已經(jīng)進(jìn)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 ，因為水層最明顯的特征就是氫氣和二氧化碳值明顯升高。全烴曲線劃分巖性界面與電阻一樣 ，采用最高、最低點法。

3 PDC 鉆頭下如何判別砂泥巖

鉆井 PDC 鉆頭的使用使錄井巖屑更細(xì)碎、更難以辨認(rèn)。現(xiàn)場不能準(zhǔn)確判斷地層巖性本質(zhì)上是由于不能準(zhǔn)確判斷巖屑中砂、泥巖的含量。建立砂巖標(biāo)準(zhǔn)含量的實物巖屑樣品供現(xiàn)場地質(zhì)錄井進(jìn)行地層巖屑含量的對比，不失是解決問題的方法之一。有了這樣一個標(biāo)準(zhǔn) ，并且模擬現(xiàn)場使用PDC鉆頭的巖屑樣品，就可以以這種標(biāo)準(zhǔn)來準(zhǔn)確判斷錄井巖屑中砂巖含量的變化，并根據(jù)巖屑中砂巖含量的變化來及時判斷地層變化和落實油氣層顯示了 。

標(biāo)準(zhǔn)含量巖屑樣品的配置方法：用純砂巖和純泥巖為標(biāo)準(zhǔn)樣品（可以用本區(qū)本層位其它井的巖心制作），按一定質(zhì)量或體積分?jǐn)?shù)配制成一套1%～ 100%的實物砂、泥巖標(biāo)準(zhǔn)含量的巖屑樣品，按一定數(shù)量級（如5%）配制， 再根據(jù)鉆井現(xiàn)場PDC鉆頭對錄井巖屑的破碎程度，對標(biāo)準(zhǔn)純砂巖、純泥巖樣品進(jìn)行破碎， 按需要配制標(biāo)準(zhǔn)砂巖含量， 用純砂巖、純泥巖樣品混合， 配制成一套 PDC 鉆頭砂、泥巖標(biāo)準(zhǔn)含量的實物巖屑樣品。現(xiàn)場錄井人員即可掌握判斷錄井巖屑的含量，如掌握標(biāo)準(zhǔn)熒光系列的熒光級別判斷一樣，在以后的錄井工作中，并不需要每包巖屑都進(jìn)行對比即可準(zhǔn)確判斷出砂巖的含量。

4 結(jié)語

在PDC鉆頭鉆進(jìn)條件下，強(qiáng)化地層對比，善于應(yīng)用綜合錄井儀大量的參數(shù)并綜合分析，加上對巖屑的細(xì)致觀察、描述，采用干樣、濕樣、篩析觀察相結(jié)合，逐包進(jìn)行熒光試驗等錄井方法可以有效提高錄井質(zhì)量。

總之，扎實、認(rèn)真、仔細(xì)的基礎(chǔ)工作和嚴(yán)格執(zhí)行各項錄井操作規(guī)程是作好各項錄井工作的基礎(chǔ)和前提，這一點對于PDC鉆頭條件下巖屑錄井工作顯得尤為重要。只有提高地質(zhì)采集工和技術(shù)人員的綜合素質(zhì)，加強(qiáng)其責(zé)任心，在巖屑錄井的每道工序、每個工作環(huán)節(jié)做到扎實、認(rèn)真、細(xì)致，才能將因PDC鉆頭影響巖屑對錄井資料質(zhì)量的影響程度降低到最小限度，才能確保在現(xiàn)代鉆井技術(shù)條件下的地質(zhì)錄井資料質(zhì)量，確保石油鉆井地質(zhì)錄井工作不因鉆井技術(shù)的發(fā)展而被淘汰掉。

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