气测岩屑录井迟到时间校正新方法及应用

梁艳平

摘要：岩屑迟到时间的确定对现场钻井具有重大意义。从改变实测迟到时间指示剂入手，提出使用电石替代塑料小球作为指示剂的方案，分析了电石法测定迟到时间存在的问题，提出了具体的校正方法，现场应用效果显著。

关键词：迟到时间;气测录井;岩屑录井;电气石

在现场钻井过程中，迟到时间精确与否对地质录井及钻井本身都有着巨大的价值它是提升录井剖面契合率及油气发现率的重要保证，同时也是钻井过程准确监督的主要前提。实测迟到时间计算公式简单易于使用，但仍存在几项主要问题：大位移井、水平井等非常规录井中岩屑代表性差、实测迟到时间不准，在复杂的钻井工况下，泥浆泵间歇性循环、多个泥浆泵不同步循环，实测迟到时间无法测定计算。

1 岩屑录井实测迟到时间的改进

1.1 固体指示剂的缺点

不论是地质录井还是综合录井，都需要模拟测定岩屑迟到时间，其原理是选择与所钻遇地层的岩屑密度、形状、磨圆度相同或相近但颜色不同的“指示物”来模拟真实岩屑在井眼内运移过程而测定迟到时间。受现场实际条件的所限，实测岩屑迟到时间存在着以下几个影响因素和困难。

（1）时间因素、井眼内部情况、钻井工况的限制，实测结果往往不成功。

（2）鉴于堵水眼严重后果，钻井队总是以各种原因反对岩屑实测迟到时间的工作进行。

（3）在现场对岩屑迟到时间进行实测时，指示剂的大小、外形、密度很难与所测地层中岩屑的大小、外形、密度一致。在钻进过程中，由于设备、钻井参数、地层等的改变，造成岩屑大小、形状的改变。因此当前的岩屑迟到时间必定来不及测量，调整岩屑滞后时间又缺乏科学的依据。

（4）固体指示剂在直井的裸眼井段中运行有规律，运移方式简单，而对于大位移井、水平井等井型，因为井斜角度大，固体指示剂在裸眼井段中运行规律与直井有很大区别。

因此，基于以上原因，固体指示剂并不适用于斜度大的井型，有必要用其他形态指示剂来替代固体指示剂测定迟到时间，并用实践加以验证。

1.2 气体指示剂的选择

烃类按形态可分为气态、液态和固态三种。C1～C4的烷烃是气态烃，C5～C16的烷烃是液态烃，C的个数在17个以上的烃是固态烃。所以气体指示剂的选择只能是在C1～C4之间选择。由上面得到的结论，各类地层，随钻组分比值，不论是随钻还是全脱C1百分含量绝对大，如果选择甲烷作为气体指示剂，那就会和背景气重叠，本身C1的百分含量就很大，只是总烃值有所增加，但不能排出总烃值的增加是由于地层原因，不能明显分辨出气体指示剂。所以最好以C2～C4之间进行选择。另一种是电石法测定法，电石，化学名称是碳化钙，分子式为CaC₂。遇水后发生剧烈的反应产生可燃气体乙炔和氢氧化钙，乙炔是无色无味气体，微溶于水，沸点为-80℃，燃烧产物为水和二氧化碳。接单作业时向井口的钻杆内投入一定量的电石碎块，经泥浆泵循环的一周通过色谱仪观察总烃见微弱异常，组分分析出现在C2～C3周期间，出峰时间约17s左右。

2 电石法校正岩屑迟到时间

2.1 电石法应用中的问题及解决办法

电石法产生的乙炔气体有时不被氢离子火焰色谱仪设备探测到。色相色谱法中固定相原理：用吸附等温线描述吸附剂对气体的吸附，也就是说，在恒温条件下，当两相平衡状态达到时，测定了气固两相中的组分浓度变化规律。气相色谱中遇到的吸附等温线一般分为三种情况：

（1）线性吸附等温线，它所得到的是对称的峰形;

（2）非线性吸附等温线，其反映出前沿陡峭，后沿拖尾的峰形;

（3）也是一种非线性吸附等温线，反映出前沿平缓，后沿陡峭的峰形，也称“伸舌头”。

电石法测迟到时间，会出现C2曲线出峰，但不出值的情况，根源在于乙炔气体的分离时间与乙烷有所不同，如果乙炔的出峰时间超过了乙烷的数值读取的时间窗口内，就出现这个问题。因此，作者建议采取总烃和组分分析法联合运用来确定迟到时间，即在C2的浓度变为0时，记录为气体迟到时间的终点。

2.2 电石法测迟到时间步骤及注意事项

使用电石法实测迟到时间，需按下列步骤操作：

（1）用天平称量出100～200g的干电气石（电石在潮湿环境易水解变质，生成氢氧化钙，在投入井筒后，乙炔释放量很弱，造成检测不成功）。

（2）将电石包在A3纸中，或者包在纸巾中（不能放在塑料袋中，塑料袋会堵钻头的水眼）。

（3）将装有电石的A3或纸巾包成球状，可用很小的一片透明胶带把它固定好（太多的胶带，可能会堵塞钻头的水眼）。

（4）提前告知司钻你打算在接單根时做迟到时间检查。在得到司钻、甲方代表和地质监督的同意后将做的迟到时间测量。

（5）按将接单根时的井深计算出理论的转台面-钻头和钻头-转台面的时间。

（6）在接单根前，预先带好装电石的纸包和秒表来到钻台，将总泵冲数清零。需将电石交到井队人员手中，请他把电石放入钻杆中。

（7）当司钻吊起新钻杆将要接单根时，井队人员把电石投入钻杆，为了避免电石在接单根前随钻井液涌出钻柱，需弄掉一部分钻杆中的泥浆，最好用管状滤网也可以将电石塞到上部钻杆内。

（8）当接完单根后，司钻开泵时，打开秒表开始计时。

（9）观察色谱仪上电石出峰时间，当观察到返出的总烃、组分异常被连续检测到时，停下秒表记下气测值的最大值和当时的总泵冲数。实测迟到时间是达到最高值时所用的总时间减去理论计算出的从地面-钻头的时间和气体通过气管线所需要的时间。

2.3 电石法和常规测量迟到时间方法的区别

在常规测量迟到时间方法中，塑料小球经钻头破碎后，从井底随钻井液返出到井口的过程中，不断受到钻具与井壁、套管壁的撞击研磨，尤其是大位移井、水平井等特殊工艺井，与普通直井有很大区别，加之形成的岩屑沉积床，固体指示剂的运移方式比普通直井更混杂，不能准确反映迟到时间。以水平井为例，常规法直井段钻完后，需使用MWD定向仪造斜，MWD定向仪中内置有直径6mm的过滤网，同时为防止泥浆中井壁掉块或其他杂物混入造成堵水眼，钻井队一般会在钻挺内放置直径约5mm的过滤网，导致实测迟到时间所用的轻重指示物无法通过。录井人员通常采用在造斜点以上10～20m测定岩屑迟到时间，在后期水平段录井过程中，不再进行实测，而是按照当时深度根据理论计算增加一个差值，但是误差很大。录井人员也可利用用特殊岩性，进行实测迟到时间的校正，但由于水平段岩屑运移复杂，地质录井资料大多失真，实际效果并不理想。

基于电石法实测迟到时间，能够解决固体指示剂测量时存在的问题：岩屑沉积床、井壁坍塌和井眼不规则、定向仪器的限制、堵水眼、人为操作。

2.4 实测迟到时间的改进效果

新方法应用到10余口井中，得出的迟到时间表的与测井剖面更加吻合。乙炔实测迟到深度比塑料小球实测迟到深度更切合测井曲线深度从而得出，利用新方法计算出来的迟到时间更加准确，提高了0.43%的岩屑剖面符合率。

3 结论

（1）针对大位移井、水平井以及泵排量不稳定情况下，全井使用PDC钻进，使用小球实测迟到时间的弊端，提出将指示剂从固体改为气体以防止指示剂在井底被破坏，利用电石生成的乙炔用以进行迟到时间的测定问题。

（2）通过精确计算环空体积，给出考虑了井壁膨胀以及井眼缩颈后，通过钻井液流体体积进行迟到时间实测的改进方法。新方法应用得出的迟到时间表的与测井剖面更加吻合。利用改进后方法计算出来的迟到时间更加准确，提高了0.43%的岩屑剖面符合率。

参考文献

[1] 陈玉辉.影响气测值因素的研究及探讨[J].西部探矿工程，2006，18（5）：98-99.

[2] 沈书锋，郑玉朝，李伟.井径扩大率对岩屑迟到时间的影响校正[J].录井工程，2009，20（2）：61-62.