PDC钻头钻井条件下的地质录井技术探讨

石云

摘 要：PDC 钻头给钻井带来了高钻速、高时效，降低了钻井总成本，增加了经济效益， 但由于使用PDC钻头钻进时，机械钻速快、岩屑细小、钻时变化不明显，也给地质录井造成了困难。依据现场工作经验，通过分析PDC钻头破碎岩石的特点，探讨了使用PDC钻头对录井工作的影响因素，提出了在PDC钻头条件下提高录井质量、卡准油气层的方法，以期在准确提取地质资料的前提下，加快钻井速度，减少对油气层的污染。

关键词：录井；PDC钻头；岩屑；錄井质量；综合录井

引言

PDC钻头是聚晶金刚石切削钻头的简称，其破碎岩石的机理主要为剪切刮挤作用，PDC 钻头与牙轮钻头相比，具有高强度耐磨性、机械钻速高，寿命长，成本低，不会发生掉牙轮等事故的特点，在油田钻井生产中得到广泛应用，尤其是采用螺杆加转盘复合钻井方式，低钻压的复合钻进方式，充分发挥了PDC钻头的优势，大大提高了钻井机械速度。但由于 PDC钻头是低钻压、均匀剪切破碎，因而破碎的岩石颗粒十分碎小，有的岩屑甚至成粉末状，给地质录井卡层、定名、描述、挑样及油气显示识别、评价带来很大的困难。PDC钻头条件下的录井工作是行业的一大难题。

随着钻井行业PDC钻头的广泛使用，特别是油田进入开发期，为了缩短钻井周期 、保护气层、降低钻井风险，PDC钻头的使用将不可避免，积极探索采用PDC钻头钻井条件下的录井技术具有重要的现实意义。

1 PDC 钻头对录井工作的影响

PDC 钻头使用对录井工作的影响主要表现在以下几方面：

（1）岩屑量少、岩屑细碎、岩性难辨、采样困难。由于所钻岩屑细小，甚至部分岩屑呈粉末状，钻井液中的碎屑无法通过震动筛分离出来，与钻井液一起成浆糊状 ，采集到的真实岩屑数量较少，冼净后的净岩屑还达不到要求捞取的岩屑数量。

（2）钻时与岩性的对应关系不明显。现场地质录井划分砂、泥岩地层的方法主要是依据钻井钻时的变化和砂、泥岩含量的变化来确定的，砂岩地层钻时快，泥岩地层钻时慢 ，这是多年的经验， 而砂、泥岩含量的变化表示新地层的出现。对于使用 PDC钻头而言，砂岩、泥岩钻时变化不大或无变化，岩性含量的变化也常常因为岩屑细碎而无法正确判断 ，给地质录井划分岩性界面及岩性归位带来了很大影响。

（3）加大了岩屑观察、描述、分层定名、百分比估计、判断储层胶结物、油气显示的难度。由于岩屑细小，有的真岩屑比芝麻粒还小，给正确的岩屑描述观察、挑样定名、荧光照射、岩屑含油性判定带来了相当大的难度，影响岩性剖面符合率。

（4）岩屑细小，现场挑样极为困难，有时挑样任务无法完成，影响地化分析和地质油气取样。

（5）由于钻时较快，传统的色谱分析周期长，容易漏失薄层油气层，难以保证分析的准确性。

2 PDC 钻头下提高录井质量的方法与对策

如何在现有录井技术条件下确保在 PDC 钻头下的录井资料质量呢？经过多年的现场经验及分析研 究笔者认为可以从以下几个方面努力：

（1）及时准确地测定迟到时间，严格按岩屑录井操作规程执行，确保岩屑采集的准确性。PDC钻头下岩屑细小，识别困难，采集工必须要有极强的责任心，严格按岩屑录井操作规程进行操作，及时准确地测定迟到时间，这是提高剖面符合率、卡准油气层的基础。

（2）加强岩屑分选筛样描述，结合槽面显示，借助显微镜、放大镜来确定岩性及显示。细小岩屑描述应采用干、湿结合的方法并借助于放大镜、显微镜等工具进行。刚洗净未晒干的细小岩屑因其表面清洁，容易观察其岩性组合特征，晒干后，由于砂岩胶结疏松，一些未破碎的细小砂岩颗粒在晒样过程中因翻动又进一步破碎，且砂岩岩屑表面变得模糊而难以观察，因此对于细小岩屑描述，要进行湿样粗描，晒干后再进行细描.

在PDC 钻头下，由于岩屑细小，粉砂岩呈白色粉末状，一般肉眼难以观察，但如果岩屑样品取样准，洗样干净，即使粉末状的细小岩屑，在岩屑中从岩屑的颜色也可判断砂泥岩百分比数量的变化，但粉砂岩的胶结程度，含油性只能通过放大镜、显微镜进行观察，在镜下挑出样品 ，再作胶结物试验。对于细小粉末状岩屑的含油气性试验 ，取混合样逐包荧光滴照、CCL4浸泡照射。细小岩屑含油气试验要及时在洗净后还未烤晒干的状态下进行，油气显示定级应适当上提一个级别。同时，岩屑的含油气性判定还应结合槽面油气显示进行 。比如，洗样时水面是否有油花、油膜， 钻井液槽面蒸汽和岩屑是否有油气味（这就严格要求采集工取样时随时观察），震动筛上有无油花、气泡，钻井液蒸气气味是否异常，有无油气味 ，这些也是综合判定是否进入油气层的依据。

从图 1、图 2 中可以看出，牙轮钻头下的岩屑个体较大，比较好确认岩性；PDC 钻头下的岩屑呈松散状态，在岩层较厚的地层还是容易区分，但是在薄岩层段，需要技术人员逐个挑样才能确认。所以以岩屑为分析介质的录井方式受 PDC 影响较大，但这些正是实现录井解释定量化的关键。

加强荧光录井、气测录井技术，及时判断油气显示荧光录井是地质录井普遍的一种检测地层含油气方法。一般来说工作人员都会进行滴照、湿照和干照对比分析，一般含油气岩层荧光湿照或者干照就会显示很好的级别，但是在某些地层，由于其岩屑细小需要两种判别方法一起判断。从图3中可以看到胶结致密的砂岩团荧光效果明显比疏松呈单个小颗粒砂岩的荧光效果明显。所以经 PDC 钻头破碎后的砂岩油气显示特征已失去其真实性。

（3）综合分析PDC钻头条件下的地化资料和综合录井参数等综合评判， 能够达到解决地质岩性识别、层位卡准和油气层评价的目的 ，见图4。

地化录井用于分析泥岩有机质丰度及生油成熟度、生油岩类型、临界温度，同样可用来分析储集层内的气态烃、液态烃及残余重烃含量。在PDC钻头钻井的条件下，通过对细小混样进行储集层分析，校正相对误差，结合其它资料综合分析，可作为发现油气层的旁证，将因岩屑细小对录井资料的影响程度降低到最低限度，确保岩屑细小的录井资料质量。DCS指数为校正后的地层可钻性指数，通常与地层岩性具有较好的对应关系：应用趋势线大致确定岩性组合形成 dcs 趋势线（dcn）后，在趋势线的左端设一条砂线， 若dc 值落在砂线的左边， 即为渗透层。

当钻压、转盘转速等钻井参数保持稳定时，扭矩指示岩性界面规律明显。根据砂岩扭矩低、振幅大，泥岩扭矩高、振幅小的表现规律 ，从基线变化和振幅两方面解释岩性。钻压与岩石可钻性对应性很好， 表现为砂岩低钻压、泥岩高钻压的变化趋势。对于图1地层砂泥岩交互沉积、单层沉积厚度不大，且由于地层可钻性差，人工加压造成钻压变化大。钻压的不稳定性进而造成钻时、dcs指数定量指示岩性能力下降。但当钻时稳定、变化较小时，钻压大小与岩性关系密切。钻压指示岩性变化，但由于钻压不是地层岩性的自动表现参数，受人为因素影响太大， 仅能作为参考参数。

转盘转速也间接反映岩性变化。转速曲线的震荡频率和幅度与岩性粗细有密切关系。围绕着额定转速，转速左右振荡的频率和速度越大，岩性越粗。

钻井液的密度和粘度对识别盐膏层作用很明显。低钻时、低dcs、低气测显示、低扭距、高钻井液密度、高粘度是判别盐膏层的重要标志。但是，需要注意打开盐膏层过多极易污染钻井液， 造成工程事故 ，因此应该第一时间发现超低钻时（一般在 5～ 6min），通知钻井队循环观察 ，及时做氯离子含量分析 ，在确定进入盐膏层的情况下给钻井队书面通知。

（4）利用气测连续曲线可以划分渗透层。采用综合录井的气测值可以区分岩性界面。泥岩的气测值曲线往往是一条平直的基线，而在钻穿储集层时（特别是有油气显示的储集层）时，气测值曲线会升高，这时我们可以认为钻入储集层。同一个储集层内如果是上油下水，在钻遇下部水层时，气测值曲线会有下降的趋势，这时我们不应该轻易地认为已经进入泥岩地层。参考非烃组分氢气和二氧化碳含量的变化，同样可以确定下部的储集层是水层 ，因为水层最明显的特征就是氢气和二氧化碳值明显升高。全烃曲线划分岩性界面与电阻一样 ，采用最高、最低点法。

3 PDC 钻头下如何判别砂泥岩

钻井 PDC 钻头的使用使录井岩屑更细碎、更难以辨认。现场不能准确判断地层岩性本质上是由于不能准确判断岩屑中砂、泥岩的含量。建立砂岩标准含量的实物岩屑样品供現场地质录井进行地层岩屑含量的对比，不失是解决问题的方法之一。有了这样一个标准 ，并且模拟现场使用PDC钻头的岩屑样品，就可以以这种标准来准确判断录井岩屑中砂岩含量的变化，并根据岩屑中砂岩含量的变化来及时判断地层变化和落实油气层显示了 。

标准含量岩屑样品的配置方法：用纯砂岩和纯泥岩为标准样品（可以用本区本层位其它井的岩心制作），按一定质量或体积分数配制成一套1%～ 100%的实物砂、泥岩标准含量的岩屑样品，按一定数量级（如5%）配制， 再根据钻井现场PDC钻头对录井岩屑的破碎程度，对标准纯砂岩、纯泥岩样品进行破碎， 按需要配制标准砂岩含量， 用纯砂岩、纯泥岩样品混合， 配制成一套 PDC 钻头砂、泥岩标准含量的实物岩屑样品。现场录井人员即可掌握判断录井岩屑的含量，如掌握标准荧光系列的荧光级别判断一样，在以后的录井工作中，并不需要每包岩屑都进行对比即可准确判断出砂岩的含量。

4 结语

在PDC钻头钻进条件下，强化地层对比，善于应用综合录井仪大量的参数并综合分析，加上对岩屑的细致观察、描述，采用干样、湿样、筛析观察相结合，逐包进行荧光试验等录井方法可以有效提高录井质量。

总之，扎实、认真、仔细的基础工作和严格执行各项录井操作规程是作好各项录井工作的基础和前提，这一点对于PDC钻头条件下岩屑录井工作显得尤为重要。只有提高地质采集工和技术人员的综合素质，加强其责任心，在岩屑录井的每道工序、每个工作环节做到扎实、认真、细致，才能将因PDC钻头影响岩屑对录井资料质量的影响程度降低到最小限度，才能确保在现代钻井技术条件下的地质录井资料质量，确保石油钻井地质录井工作不因钻井技术的发展而被淘汰掉。

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