气测录井技术在小口径页岩气地质调查井中的应用——以鄂恩地2井为例

陈 程， 谭昌军， 王爱军， 谭建国， 汪 洋， 洪 毅， 汪 力， 许露露， 谢 通， 黄 圣

(1.湖北省地质局 第七地质大队，湖北 宜昌 443100； 2.湖北省地质局，湖北 武汉 430022； 3.湖北省地质调查院，湖北 武汉 430034)

2012年，原国土资源部首次完成中国页岩气资源潜力评价，初步估算湖北省页岩气地质资源量为9.48万亿m3，在全国排名第五，表明湖北省页岩气资源勘探潜力巨大[1-2]。鉴于此，近年来中国地质调查局、湖北省自然资源厅、湖北省地质局等单位在湖北省开展了大量的页岩气地质调查与研究工作[3-9]。

鄂西地区由老到新共发育五套黑色岩系，分别是下震旦统陡山沱组、下寒武统牛蹄塘组、上奥陶统—下志留统龙马溪组、上二叠统大隆组和下侏罗统桐竹园组[2]，其中上二叠统大隆组为鄂恩地2井的勘探目的层[9]。鄂恩地2井为了准确解析地层岩石资料及储藏油气含量，在钻井过程中进行全孔取芯，在井口安装井控装置，同时对全井进行测井、气测录井、现场解析作业。气测录井技术在油气井勘探中已被广泛应用，但在小口径钻探井施工中应用较少，关键问题在于钻机结构和钻探方式与常规的油气开发井区别较大，安装标准也不尽相同，只能在现场施工中进行调整试验。本文以鄂恩地2井为例，简要介绍气测录井施工的原理、操作步骤、解释原则及气测录井施工过程中遇到的问题和解决办法，分析在施工过程中影响气测录井数据准确性和录井曲线连续性的主要因素，探索气测录井在小口径页岩气地质调查井中的应用方法及效果。

1 钻井概况

为了解恩施地区二叠系大隆组的页岩气含气性，“湖北恩施市—巴东南部地区二叠系页岩气有利区调查及目标优选”项目在花果坪复向斜带白杨坪向斜中段西翼实施了一口地质调查井——鄂恩地2井。该井位于恩施市阳鹊坝村，开孔层位为下三叠统嘉陵江组二段中下部，完钻层位为上二叠统下窑组，井深1 268.5 m。根据钻井地质要求，该井井身结构设计为四开，采用钻井能力超过1 200 m的XY-6岩芯钻机，配备了防喷器、压井管汇等井控设备。

2 气测录井方法

2.1 气测录井原理

气相色谱仪以气体作为流动相(载气)，当样品通过注射器注入或样品泵导入定量管(进样器)后，被载气携带进入色谱柱。因样品各组分在流动相(气相)和固定相(液相)间的溶解系数存在微小差异，需在载气冲洗下于两相之间作反复多次溶解、挥发、分配并逐步分离，然后用接在柱后的检测器将各组分检测出来。

本次气测录井采用SK-3Q04氢焰色谱仪，该色谱仪是以气相色谱原理制作的仪器，可在线取得泥浆脱气器脱出的天然气样品经色谱柱分离和检测器检测得到的定量数据。

2.2 传感器的安装

根据项目设计及现场情况，一共安装了4套传感器，主要安装在钻机、泥浆池、沉淀池等处。其中，脱气器、电导率传感器、硫化氢传感器安装在沉淀池处，液位仪传感器安装在泥浆池处(图1-a)，绞车传感器安装在钻机立轴处(图1-b)。

图1 传感器和脱气器的安装位置Fig.1 Installation position of sensor and degasser

以往施工的一口钻井出现过井深测量误差较大的问题，究其原因，发现是由于连接水龙头和滑轮之间的钢丝绳与水平线平行，随着水龙头下行，连接水龙头和滑轮之间的钢丝绳与水平线成一定的夹角，造成实际井深与录井仪测量的井深存在较大误差。因此该井改进了深度传感器的安装方式，在垂直水龙头的连接板处安装一个滑轮，钢丝绳从水龙头处垂直穿过连接板处的滑轮，另一头连接固定在井架横梁上的绞车传感器(图2)，这样就减少了水龙头上下运行时产生的系统偏差。

2.3 录井仪的操作

完成仪器安装调试、干燥剂更换和注样标定后，即开始进行气测录井。在气测录井过程中每2—3天对仪器色谱进行现场和室内注样标定[10]，及时检查仪器测量数据的准确性，每天检查干燥剂并及时更换。

由于钻机不是标准的石油钻机，无法与现有立压传感器相匹配，若现场改造，则需要在泥浆泵管汇上开孔焊接，增加一个与立压传感器相匹配的接头。该改造方式对焊接要求较高，鉴于现场缺乏相应的加工改造条件，未对其进行改造。在钻机立轴向下运行时，深度增加相应进尺；立轴向上运行时，深度传感器回转，录井人员在录井操作过程中监视电脑界面，注意气测含量、泥浆池进出口液面等参数的变化，有异常变化则记录相应的深度及异常值，及时告知钻井人员和地质组人员，确保准确采集数据和施工安全。

图2 深度传感器改进安装方式示意图Fig.2 Schematic diagram of improved installation of depth sensors1.底座；2.立轴；3.回转器；4.连接板；5.标尺；6.第一滑轮；7.卡盘；8.水龙头；9.排出管；10.高压管；11.钢丝绳；12.支撑杆；13.固定板；14.第二滑轮；15.第三滑轮；16.负重块；17.第一防护板；18.第一竖板；19.第二轴承座；20.录井仪；21.第三轴承座；22.固定杆；23.第二防护板；24.第二竖板。

因此每回次钻探后，电脑处理器深度值减少了立轴向上运行的长度[10]。在缺少立压传感器情况下，每回次开钻前必须核对实际进尺，人工调整深度。

在气测录井施工过程中，录井人员每1—2天通过脱气器口注样检验录井系统的气密性和准确性，使用0.25%的混合样、1%和99.99%的甲烷纯样进行标定。全井共钻进45天，开展录井系统气密性检验20余次。全井每钻进100 m计算一次迟到时间，见气显示层段加密至每50 m计算，保证了录井资料的相对准确性和可靠性[11]。钻遇气层后，待静止12 h以后测量后效气值。

3 气测录井结果与分析

鄂恩地2井设计井深1 200 m，完钻井深1 268.5 m，终孔口径76 mm，录井施工累计开机45天。

3.1 气测异常解释原则

鄂恩地2井为小口径地质调查井，目的层钻进直径为76 mm，岩石破碎面积小，气测值偏低[12]。未钻遇页岩气层时，该井全烃气测值主要保持在0.01%～0.05%之间，烃组分C1气测值在0.01%～0.05%范围内，结合小口径地质调查井钻孔气测异常显示情况及全烃、烃组分气测值的变化范围和持续时间长短，以基值浓度的3～5倍以上确定为气测异常显示[11-16]。

图3 鄂恩地2井气测异常曲线图Fig.3 Gas logging anomaly curve of Well Eendi-2

3.2 气测异常显示记录

气测录井过程中发现气测异常显示3条，分别为：

(1) 5月10日01:32，井深1 035 m处，全烃气测值由基值0.02%上升至1.19%，C1气测值由基值0.02%上升至1.04%。

(2) 5月15日16:55，井深1 120 m处，全烃气测值由基值0.30%上升至0.80%，C1气测值由基值0.30%上升至0.80%。

(3) 5月18日07:55，井深1 216 m处，全烃气测值由基值1.10%上升至5.84%，C1气测值由基值0.90%上升至4.39%。

3.3 气测异常显示分析

从15 m至井底进行连续观测，查看岩芯中是否有气体溢出。烃组分室内测定项目包括全烃、烃组分(C1、C2、C3、iC4、nC4、iC5、nC5)、非烃组分(CO2、H2S)(图3)。

鄂恩地2井进行气测录井共发现油气异常显示3层共113.80 m。第一段为1 035.00～1 075.80 m，厚40.80 m，岩性为大冶组深灰色含炭质泥灰岩、灰色含泥质灰岩夹灰黑色含炭钙质泥岩，全烃由0.02%上升至4.40%，C1由0.02%上升至4.26%，C2由0.001%上升至0.006%，C3由0上升至0.001%。第二段为1 120.00～1 152.00 m，厚32.00 m，岩性为大冶组灰黑色含钙炭质泥岩、深灰色泥质灰岩、浅灰色微晶灰岩，全烃由0.40%上升至2.3%，C1由0.30%上升至1.74%，C2由0.001%上升至0.03%，C3由0上升至0.001%。第三段为1 216.00～1 257.00 m，厚41.00 m，岩性为大隆组深灰色泥质灰岩、灰黑色含炭硅质泥岩、黑色炭质泥岩，全烃由1.1%上升至12.1%，C1由1.0%上升至11.7%，C2由0.002%上升至0.23%，C3由0.001%上升至0.004%。

3.4 气测录井影响因素分析

(1) 脱气器安装位置的影响。钻井液脱气器安装在沉淀池处，距离循环沟出口30～50 cm，该段距离未封闭，有一部分气体会因此散失，从而造成气测值偏小。

(2) 钻进不连续性的影响。页岩气地质调查井一般采用绳索取芯施工，施工过程中需要停钻、取芯，导致钻进无法连续[12]，且由于辅助时间较长，每回次钻进开始时发现后效气测值较高。

(3) 迟到时间测量不准确。由于小口径钻探环空间隙很小，而且井口有液体返出，采用示踪剂的方式无法准确测到时间，只能通过理论迟到时间和经验相结合的方式推算迟到时间。

(4) 深度计量有误差。由于没有立压传感器，每回次钻完需要人工矫正，深度计量有误差。

4 结论

(1) 小口径页岩气地质调查井的气测录井工作应尽可能按照规范内容进行操作，现场无法达到规范要求时应咨询专业人员，并在确保安全的前提下尽可能多安装传感器，采集更多的数据。鄂西属于较湿润地区，录井操作员要勤检干燥剂并及时更换，要按时对气密性进行标定并校正气测值的准确性，要在每回次钻探后与机台核实钻进深度并在录井仪操作版面上调整录井深度，要尽快研究与立轴传感器配套的装置。

(2) 鄂恩地2井终孔深度为1 268.5 m，气测录井共发现油气异常显示3层共113.80 m，钻进过程中全烃峰值最高为12.1%；迟到时间测量9次，后效测量3次；监测没有硫化氢气体。

(3) 钻井能够取出完整岩芯，逸散出的气体主要是游离气，且泥浆出口处无法封闭，部分气体在进脱气器之前已散失，气测值对比岩屑钻进会偏小。针对钻进中停钻、取芯对数据连续性和准确性带来的影响，录井工作人员要结合泥浆泵停泵开泵时间、测算的迟到时间计算出对应深度的气测值。