遼東灣綏中X構造底礫巖錄井識別特征

姚一冰 馮恩龍 王琦 楊洋 董國富

中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司 天津 300452

綏中X構造位于遼東灣坳陷，為一個呈北東走向的半背斜構造，西側以遼西大斷層為界與遼西凹陷相鄰，東側呈斜坡逐漸向遼中凹陷過渡。遼東灣坳陷是渤海灣盆地重要的油氣勘探區之一，已成為中國東部重要的能源基地[1]。遼東灣地區館陶組為一套沖積扇和辮狀河的陸源粗碎屑沉積[2-4]，屬于均勻熱沉降為主的拗陷演化階段。

綏中X構造館陶組底部廣泛發育一套厚層砂礫巖，俗稱底礫巖，屬于辮狀河道局部淺湖相沉積，依據綏中X構造已鉆井情況揭示，該套砂巖具有粒度大、顏色雜、分選差的特征，埋深范圍為海拔1100～1250m，厚度在30～90m，礫石具磨圓，泥質含量低。由于該套地層可鉆性差，對鉆頭及相應鉆井工具有較大磨損，為了提高鉆井效率，一般采用馬達+聚晶金剛石復合片鉆頭（PDC）的鉆具組合，鉆底礫巖期間適當降低鉆井參數進而保護鉆具，鉆穿底礫巖后，在起鉆更換帶有旋轉導向、隨鉆測井等精密儀器的鉆具組合來提高鉆井效率，由于在底礫巖鉆進期間沒有實時測井資料，只能依托于錄井技術進行底礫巖識別，如何利用錄井技術精準識別底礫巖對地層對比及提升鉆井效率有重要意義。

1 巖屑錄井識別方法

巖屑錄井是最常規的底礫巖識別方法，受到的影響因素較多，如泥漿攜砂能力、PDC鉆頭造成的巖屑細碎、井斜大導致的巖屑返出效果差以及人為采集誤差等，但是巖屑屬于實物資料，通過識別巖性的變化是最直觀的地層變化依據，根據以往鉆井經驗，底礫巖與上覆地層含礫細砂巖成分基本一致，最大的區別是顏色及粒度，底礫巖與下伏東營組泥巖由于巖性發生變化，因此區分度大。由于巖屑錄井的影響因素較多，往往有一定的滯后性，現場一般在撈取到較明顯的砂礫巖或泥巖后，判斷底礫巖的確定性鉆遇或鉆穿，然后通過其他參數方法來確定準確的底礫巖界面。

2 氣測錄井識別方法

氣測錄井具有連續性、不需要人為采集等優點，由于氣測錄井采集的數據是泥漿中攜帶的地層氣體，因此通過分析氣測數據的變化就可以反推地層巖性的變化。通過已鉆井顯示，含礫細砂巖與底礫巖區分度不大，但是底礫巖與下伏東營組泥巖的氣測值區分度明顯，底礫巖氣測值低，一般在0.05%以下，東營組泥巖氣測值一般在0.1%以上。

3 鉆井參數直觀識別方法

館陶組底礫巖由于巖性為砂礫巖，相較于上覆含礫細砂巖及下伏東營組泥巖具有粒度大、分選差、可鉆性差等特點，因此在鉆井參數上，特別是鉆時和扭矩曲線發生直接的變化。含礫細砂巖具有低鉆時，中等扭矩幅度，且波動幅度較小；鉆遇底礫巖鉆時，鉆時抬升一個臺階，扭矩增大，且波動幅度增大；鉆遇東營組泥巖后，鉆時和扭矩都降低，且波動幅度減小。

4 基礎參數衍生識別法

由上文可知，底礫巖與含礫細砂巖及泥巖的在鉆井參數上有一定的區分性，但是單一的鉆井參數分析影響因素較多，有一定的局限性。針對鉆井參數的特點，提出了鉆井參數衍生識別法，并取得了一定的成果，如Dc指數、Sigma指數、MSE(Mechanical Specific Energy)機械比能、功指數、KI指數等。通過衍生鉆井參數法在不同程度上可以提高參數敏感性，提高解釋精度，通過多方面的對比分析，發現KI指數法、MSE機械比能法、巖石強度指數法在綏中X構造底礫巖識別方面具有較好的應用效果。

4.1 KI 指數法

式中：WOB—鉆壓，t；ROP—鉆時，min/m；TORQUE—扭矩，kN·m

KI指數將鉆時、鉆壓和扭矩綜合起來，是三者參數相結合，是可鉆性的綜合反應，相比于常規鉆井指數，KI指數可以排除單項鉆井參數的干擾，放大巖性對鉆井參數的敏感度，可靠性高，更易于判別井底巖性。在底礫巖KI值曲線與上覆含礫細砂巖及下伏泥巖區別明顯，底礫巖相較于上覆含礫細砂巖及下浮的東營組泥巖具有較高的KI值，且波動更大。

4.2 MSE 機械比能法

機械比能指鉆壓和扭矩破碎單位體積巖石時單位時間所需的機械能。在鉆探過程中比較常用的做法是通過改變鉆井參數如鉆壓、頂驅轉速來改變機械比能，以提高機械鉆速或者在某些特殊工況中控制鉆井速度。如果其他鉆井條件相同，則鉆井效率一般取決于地層巖性的變化，所以機械比在一定程度上也能反映地層的可鉆性，即巖性的變化。根據鉆探經驗，底礫巖的機械比能明顯高于含礫細砂巖和泥巖，因此通過機械比能可以有效識別館陶組底礫巖，判斷地層變化。

4.3 巖石強度指數法

式中：Qi—巖石強度指數，無量綱；λ—經驗系數，無量綱；WOB—鉆壓，t；TORQUE—扭矩，kN·m；RPM—轉速，rpm/min；D—井眼尺寸，in；ROP—鉆速，m/h。

巖石強度指數反映了地層不同巖石的巖石骨架強度或地層的壓實程度，也反映巖石的可鉆性。鉆井參數的變化會直接反映地層巖性的差異，這種變化也是巖石強度的反映。壓實程度高、成巖性好、膠結致密的巖性，巖石可鉆性差，巖石強度指數就大，反之強度指數就小。因此，通過分析巖石強度指數在一定程度上可以區分底礫巖，根據已鉆井經驗，底礫巖可鉆性差，在巖石強度指數上顯示為高值，與上覆含礫細砂巖及下伏東營組泥巖區分度明顯。

5 結束語

（1）遼東灣綏中X構造底礫巖在錄井參數上具有顯著特征，但各項參數具有不同的影響因素。其中常規巖屑錄井識別底礫巖的可靠性最高，但是影響因素多，無法精準劃分巖性界面。氣測錄井適用于區分底礫巖與泥巖，且精度較高，確定性強，但無法有效區分含礫細砂巖與底礫巖。常規鉆井參數直觀識別法可區分含礫細砂巖、底礫巖及泥巖之間的界面，但確定性偏低，需要巖屑錄井輔助判斷界面；由于直觀參數法參數單一，影響因素多，偶有界面區分度差的情況發生，且不適用于滑動鉆進井段。基礎參數衍生識別法相對鉆井參數直觀識別法界面區分度更高，但是與參數直觀識別法一樣受限于確定性較低，需要配合巖屑錄井來使用，亦不適用于滑動鉆進井段。

（2）根據近兩年綏中X構造底礫巖鉆探經驗，由于巖屑是地層實物，巖屑巖性變化是最直觀且確定性最高的識別方法，但解釋精度低，因此通過巖屑錄井定性判定是否鉆遇或鉆穿底礫巖，再通過氣測、鉆井參數或衍生參數法等精度高但確定性偏低的方法來進行底礫巖界面判別。近三年綏中X構造館陶組底礫巖識別準確率達100%，垂深誤差在2m以內，有效指導了鉆井工程作業，提高了鉆井時效，并相應提升了地層對比精度。