PDC钻头条件下天然气井录井技术探讨

张昱煜　郝龙

摘 要：近年来随着PDC钻头在钻井中大规模使用，勘探速度得到极大改善，钻井效益日益彰显。但同时由于钻井速度的加快，传统录井技术逐步暴露出难以克服的缺陷，比如，岩性识别率大幅降低，地层剖面归位困难，卡层取心等都技术都需要改进。本文在长庆气田长期作业实践中，摸索总结出一套与PDC钻头相适应录井方法，实践证明本套方法不仅兼顾了传统录井技术的固有的优势，而且在充分利用综合录井、气测录井、岩屑录井等方法上有所创新，取得了明显的效果。

关键词：PDC钻头 录井技术 岩性识别 录井技术改进

中图分类号：TE2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（b）-0097-02

录井是发现油气藏、评价油气藏最及时、最直接的技术，具有获取地下信息及时、多样、分析解释快捷等特点。随着钻井技术的发展和进步，尤其是近年来在长庆靖边和榆林气田大规模使用PDC（Polycrystalline Diamond Compact，聚晶金刚合金片）钻头，使钻井速度大幅度提高，生产效率明显提高。但随着PDC技术的规模化应用，也给录井带来了巨大的挑战。比如由于PDC钻头系高速旋转切削岩石的，故对岩屑研磨较碎，这给现场岩性识别和归位带来较大的难度[1～2]。本文结合我单位生产实践，主要探讨和介绍PDC钻头条件下的录井方法改进及岩性识别的方法和经验。

1 PDC钻头工作机理及特点

1.1 PDC钻头的结构及破碎岩石的原理

PDC钻头是聚晶金刚石复合片钻头的简称，亦称聚晶金刚石切削块钻头，它是用聚晶金刚石做成小型切削块或烧结到钻头体上而形成。由于PDC钻头是以锋利、耐磨和能够自锐的金刚石为切削齿，在低钻压下即可获得较高的钻速和进尺，可大大缩短钻进时间，节省钻井成本[3]。从统计结果看，在PDC钻头钻井条件下的机械钻速是普通三牙轮钻头的3～5倍[4]。

1.2 PDC钻头工作特点

PDC钻头为一整体式钻头，整个钻头没有活动零部件，结构比较简单，大致由钻头基体、钻头切削齿、喷嘴及排屑槽等几部分组成。PDC钻头是用切削齿对地层进行切削来破碎岩石，整个切削过程，与金属切削过程很相似。岩石的切削过程实质是一种挤压过程，在挤压过程中，岩石主要以滑移变形方式成为切屑。由于PDC钻头和牙轮钻头破碎地层的原理不一样，它是高速旋转切削岩石的，因此对岩屑研磨较碎。关于PDC钻头本身相关理论及性能分析等可进一步参阅文献[5～10]。

2 PDC钻头条件下录井现状和面临的问题

2.1 PDC钻头条件下录井现状

（1）由于各个钻井队的钻机类型不一样，造成个别传感器无法安装，不能发挥其作用。

（2）随着钻井使用PDC钻头，钻井速度明显提高，节奏加快，导致综合录井仪器负荷加大，没有及时维修和保养，带着问题工作。

（3）常规录井还是保持原样，既一把铁锹、一个捞样筐，录井条件没有大的改进。

2.2 PDC钻头给录井带来的问题和困难

（1）PDC钻头使岩屑变的细小、破碎，捞取（洗）砂样困难。PDC钻头所钻岩屑细小，甚至为粉末状，部分岩屑混溶于钻井液，造成岩屑捞取量很少，甚至捞不到岩屑，同时过细的岩屑给清洗工作带来较大的困难。

（2）岩屑岩性识别困难：①由于岩屑太细小，挑真样困难，无法获得可靠的能真实反映地层情况的岩屑。②用小复合片钻头时岩屑几乎呈粉沫状，岩屑混杂，增加了岩性识别难度，岩性识别准确性降低。

（3）砂泥岩钻时差别不大，造成现场录井划分岩性界面及岩性归位困难。PDC钻头条件下砂泥岩钻时不象三牙轮钻头砂泥岩钻时差别大，一般在4～6 min/m之间，现场根据钻时划分岩性界面和岩性归位困难。

（4）由于在一些地层使用的钻井液是清水聚合物，在PDC钻头条件下，携砂能力差，加上岩屑颗粒小，在泵压，排量达不到要求的情况下，岩屑失真严重。

（5）PDC钻头钻进快，钻速快，影响了现场迟到时间的准确测定。

3 PDC钻头条件下的录井改进技术

3.1 随时校正测量迟到时间

迟到时间的准确性，是建立准确的地层剖面，卡准油气层的关键。要准确测得迟到时间，应及时测量，采取理论与实际相结合的方法进行，同时还必须用特殊地层或典型地层进行及时校正。尤其是用较明显的厚层砂岩、泥岩或具有气异常显示的砂岩地层及特殊地层如煤层等进行校正，这种校正不是一次的，只要有机会就应进行持续校正，从而最大限度地保证迟到时间的准确性。

3.2 砂样采集和洗样方法的改进

PDC钻头钻进时岩屑特别细小，岩屑的采集、捞取、洗样应严格按岩屑录井操作规程进行，首先，岩屑的采集应该使用采样盆接样。采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。第二，应据震动筛返砂变化情况，灵活调整接样盆的位置，接样盆接满后应尽快取样，并将取样后多余的岩屑清理干净，有时接到的岩屑样品呈稀泥浆糊状，应尽量将整盆岩屑采集。其次，改进洗样盆。由于岩屑细小，如果用原来的洗样筐洗样，可能什么都洗不到，岩屑会流失，所以应采用盆子或在原来的洗样筐底部放一块粗布即可。第三，洗样时尽量采用小水流，轻搅拌，稍微沉淀后倒去混水再换清水的办法，防止细小、悬浮的砂粒和密度较小的岩屑等真岩屑在洗样过程中流失，切忌急水、猛冲、快倒；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。第四，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，以免造成岩屑表面模糊。第五，在装样时，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。

3.3 岩性识别技术改进

由于大量使用PDC钻头使得岩屑样品变的细小，其中60%以上岩屑直径小于2 mm，捞取到的样品少，挑样困难，造成岩性识别也存在困难，因此提出了新的岩性识别方法。

（1）采取传统的岩屑描述方法—— 既大段摊开，远看颜色，近看岩性（主要方法）。虽然岩屑混杂，难以辨认，但大段砂岩或泥岩，在颜色上会有一定的变化，所以可以同时摊开数十包岩屑进行颜色对比，再确定岩性。从实际操作来说，厚度一般要大于3 m以上。

（2）借助于双目放大镜进行岩性识别（辅助方法）。由于岩屑细小，部分呈粉末状，肉眼观察困难，但如果岩屑样品取样准，洗样干净，即使粉末状的细小岩屑，可以通过双目放大镜来观察识别岩性。

（3）使用手感法识别岩性（辅助方法）。虽然岩屑细小、混杂，但大段的砂岩和泥岩其含量还是有一定的渐变，可以利用手捏、搓来识别岩性，感觉粗糙为砂岩，反之为泥岩。

（4）根据钻时变化情况，划分岩性界面和识别岩性（主要方法）。使用PDC钻头虽然钻时变化不大，但也有一定的规律。PDC钻头适用于软～中硬的脆性地层。对泥质岩类等脆性地层，其特点是钻时快；对于研磨性较好的致密砂质岩类，钻时相对较慢；而对于胶结较疏松的砂岩储集层，钻时也较快。因而PDC钻头钻进时，其泥岩与砂岩之间的钻时出现三种不同的组合特征：即①泥岩钻时高于砂岩。②泥岩钻时低于砂岩。③泥岩与砂岩钻时接近。

（5）气测曲线异常识别法（重要方法）。气测值法就是利用砂岩（储层）的孔隙中存在流体（水或油气），能够引起气色谱分析值的变化来实现判别岩性的目的。在近平衡钻井过程中，当储层含有物为油气时，其油气扩散到泥浆中会引起气测色谱分析值的升高；同时由于钻速较快，普通色谱仪分析周期长，造成气测显示厚度较储集砂层小。通过对色谱资料与验证过的岩性资料对比分析，可找出色谱分析值的变化与岩性的对应关系，便能利用气测色谱分析资料来辅助判别岩性。

（6）综合利用综合录井仪的参数判识岩性（辅助方法）。综合录井仪直接测量的参数有十几种，通过论证可知直接参数钻速、扭矩、温度、电导率以及气体参数和间接参数Dc指数、Sigma指数与地层岩性有一定的关系。通过大量数据统计情况表明，当Dc指数向左偏离趋势值超过0.1（趋势值-Dc指数）、Sigma指数向左偏离趋势值超过0.05（趋势值-Sigma指数）时，地层岩性则由泥岩转化到砂岩。对于扭矩，可用实时扭矩曲线进行岩性识别，如砂岩地层扭矩曲线表现为振幅大，泥岩地层振幅小，且比较均匀，利用这些扭矩曲线形态帮助识别岩性。

（7）加强地层横向对比，准确划分地层，建立地层剖面，判识油气层，卡准目的层（主要方法）。

4 结语

PDC钻头钻井技术是现代钻井技术发展的产物，它的出现大大提高了钻进速度，提高了生产效率。但是，PDC钻井技术由于钻速快、切削岩石屑较碎甚至会出现粉末，这些特点使传统现场录井技术受到限制，特别对现场录井剖面符合率影响很大，现场剖面符合率急剧下降。本文根据自身生产实践经验，及时将适应于PDC钻头条件下的录井改进方法及技术加以总结推广，提高了现场剖面符合率，保证了录井资料质量。

参考文献

[1]高海.使用PDC钻头录井技术的改进探讨[J].中国科技纵横，2011，（19）：266.

[2]贺亚维，窦娅莉.使用PDC钻头对录井的影响及技术改进[J].榆林学院学报，2011，21（2）：33-36.

[3]陈涛平，昊晓东.石油工程概论[M].北京：石油工业出版社，2006.

[4]陈庭根，管志川.钻进工程理论与技术[M].东营：石油大学出版社，2000.

[5]王红波，刘娇鹏，鲁鹏飞，等.PDC钻头发展与应用概况[J].金刚石与磨料磨具工，2011，31（4）：74-78.

[6]徐昉，申守庆.PDC钻头技术的发展与现状（一）[J].石油与装备，2012，（3）：110-111.

[7]徐昉，申守庆.PDC钻头技术的发展与现状（二）[J].石油与装备，2012，（4）：118-119.

[8]徐昉，申守庆.PDC钻头技术的发展与现状（三）[J].石油与装备，2012，（5）：111-112.

[9]徐昉，申守庆.PDC钻头技术的发展与现状（三）[J].石油与装备，2012，（6）：124-126.

[10]徐建飞.影响PDC钻头在定向井中性能的原因分析[J].价值工程，2012，（35）：28-29.