地质录井技术在高效钻井中的应用

赵松涛

（大庆钻探工程公司地质录井二公司, 吉林松原 138000）

1 概述

随着油气资源品质劣质化、油气目标复杂化等问题的不断加深, 尤其是随着勘探开发逐步面向深层超深层、非常规油气、深水、水合物、地热等勘探开发新领域, 工程技术与装备面临着新的挑战与发展机遇。钻完井技术已经从发现油气藏、建立油气通道发展成为提高单井产量、提高采收率、降低油气综合成本的重要手段, 深、低、海、非、老、新等还存在诸多技术瓶颈。尽管我国钻完井技术取得飞跃发展, 但高端钻完井技术、装备、高性能工具与材料多处于跟踪状态, 难以很好满足特深、非常规、海洋深水、水合物和地热等特殊资源的安全、经济、高效勘探开发的需求, 面临巨大的挑战。这些挑战的成功解决均需要地质录井技术的支持。

2 地质录井技术的分类及作用原理

石油勘探开发过程中的地质录井技术, 是用地球物理和地球化学的方法, 采集、分析钻井过程中的地层地质和工程参数信息, 以此来建立录井剖面、发现油气层显示、评价油气层, 为石油勘探开发提供井筒数据地质录井服务的过程。是集资料采集、存储、传送和发布, 随钻油气识别与解释, 工程异常检测与评估于一体的综合技术。是发现、评价油气藏最及时、直接的手段, 具有勘察技术与信息技术交叉学科的性质。目前地质录井技术已经发展成了一个综合性的技术学科, 下面就详细介绍一下, 地质录井技术在现场钻完井过程中的作用。

2.1 地质录井技术体系的分类

随着现场油气勘探开发需要的多样化和科技的不断进步, 地质录井技术的发展也越来越丰富, 地质录井技术体系的分类方法有很多种, 下面介绍其中的八分法, 从录井工艺方法角度, 结合录井施工工序综合进行分类。

（1）井位测量。

①实时动态定位。准确确定井位的位置是钻井成功的重要一环, 通过全球导航卫星定位系统, 结合井位设计的经、纬度可以精准确定所布井的坐标。

②井位测量。井位测量的方法包括交会法、高程控制法和导线法等, 通过这些方法可以实现现场地势的踏勘, 从而精准确定所布井的位置。

（2）录井设计。

①钻井地质设计。钻井地质设计是用来指导钻井施工的作业文件。包含12个方面, 一是井区自然状况地理简况：气象、水文、灾害性地理地质现象；二是基本数据；三是区域地质简介：构造概况、地层概况、储集层特征、油气藏简述、勘探开发简况；四是设计依据及完钻原则：设计依据、布井原则、完钻层位及原则；五是设计地层剖面及预计油气层、特殊层位置：地（油、气）层分层、分组、段岩性简述、油气层、特殊层简述；六是水平井地质参数设计和轨道参数设计：水平井地质及轨道参数设计、水平井轨道示意图；七是工程要求：地层压力、地层温度、钻井液要求、井身质量要求、井身结构要求、完井方法及要求；八是钻关方案设计；九是资料录取要求：测井、录井要求、完井提交资料要求；十是风险分析与提示：浅水层、浅层气、注水注气层、异常高压层、有毒有害流体、钻遇复杂层段风险、地面环境、井场周边民居、工矿、井控风险级别、防碰要求；十一是设计、施工变更及施工要求：设计变更程序、施工要求、健康、安全与环境（HSE）管理基本要求；十二是设计附表、附图。

②录井施工设计。主要包括所需录取的地层地质信息、录井仪器、分析化验项目等。

（3）资料采集。通过录井仪器设备采集井下相关的地层地质信息, 用于地层信息的识别。

①地质录井技术。地质录井包括岩芯岩屑录井、荧光录井等。

②气测录井技术。气测录井包括井筒内气体的采集、元素色谱分析等。

③工程录井技术。工程录井包括钻完井施工中工程参数的异常检测和预警、压力录井、有害气体检测等。

④地化录井技术。地化录井包括岩石热解、轻烃气相色谱、饱和烃气相色谱等。

⑤成像录井技术。成像录井包括岩芯图像、壁芯图像、岩屑图像、荧光图像等。

⑥定量荧光录井技术。定量荧光录井包括二维、三维定量荧光录井。

⑦核磁共振录井技术。核磁共振录井包括岩样一维核磁、二维核磁、三维核磁及钻井液核磁。

⑧X射线元素录井技术。该项技术就是指X射线元素录井技术（XPF）。

⑨同位素录井技术。该项技术就是指同位素录井技术。

⑩其他单项录井技术。其他单项录井技术包括X射线衍射矿物录井（XRD）、钻具震动录井等。

（4）资料处理。

①资料校正。包括对环境因素的校正、时—深转换的影响等。

②录井制图。包括岩样归位、录井图件绘制。

（5）资料解释。

①单项录井方法解释。包括地化、气测、定量荧光等各类单项录井解释。

②井筒油气水层解释。根据各种录井方法录取的资料进行进行单井综合解释。

③录井剖面解释。包括岩性剖面解释及储层液体解释。

（6）资料应用。

①录井综合导向。核心是录井实时动态建模, 用来显示油气层的位置变化和走向, 指导钻井轨迹。

②地质力学应用。主要是指随钻地层压力预测与分析。

③地质综合评价。包括录井地层精细评价、录井油藏精细评价等。

④实时流体评价。主要是指对地层各种流体的实时检测与分析评价。

（7）装备工具。

①录井仪器制造与检测。包括综合录井仪、地化录井仪和定量荧光分析仪等。

②录井工具。包括自动取样机、各类传感器等。（8）录井信息。

①录井信息采集传输。包括井场无线组网、传输协议、远程控制和数据编码等。

②录井信息管理应用。包括远程录井技术、多井对比和数据管理等。

2.2 地质录井技术在钻井施工的作用及应用

地质录井技术在钻井施工中拥有广泛的作用, 它能够帮助及时发现地层油气显示、进行轨迹的导向、监控施工参数、预警井下复杂、预知井控风险等。近年来, 围绕油气资源地质勘探开发需要, 在现场的生产实际需要中, 录井技术逐步形成了地质服务、工程服务和信息服务三大领域的功能。这三方面的功能够实现我们在油气领域的高效开发。

2.2.1 地质服务应用

地质服务包括随钻评价和地质研究, 被称为地质家的眼睛, 主要包括样品采集、岩性描述和烃类分析等, 能够帮助地质导向人员准确了解井下地层地质条件、构造状况和油气分布, 因此也被称为井场地质顾问。以岩芯、岩屑、井壁取芯、地层流体和钻井液为检测对象, 对岩芯、物性、油气性进行检测分析, 结合已知资料进行对比归类, 实现现场快速发现油气显示, 为认识、评价油气藏提供直观可靠的依据。整个过程主要是通过岩芯、岩屑、井壁取芯进行肉眼观察、镜下观察、岩样成像、元素分析（XRF）、矿物分析（XRD）等分析, 准确分辨岩屑成分并为其归类定名、确定地层分层, 建立岩性剖面, 为中完及完钻地层判别、油气层地层追踪识别、非常规优势储层分辨识别提供直接可靠的依据。

地质服务主要作用体现在对油气“甜点层”的扑捉上。通过对所采集的地层岩屑、流体的分析化验, 精准指导地质导向, 及时快速扑捉油气“甜点层”。在现场的钻井施工中, 地质录井技术被称为水平井钻进的“眼睛”, 引导钻井轨迹准确、合理着陆, 并指导水平段目的层的识别与钻遇。现场要实现地质导向的作用, 就要突出一个“快”字, 钻一层、清一层、想一层, 及时摸清地层的走向。通过对样品的检测, 实时检测评价储层的流体性质, 实时动态建模, 精准地质导向。

2.2.2 工程服务应用

工程方面服务应用主要有实时参数检测及后台软件数据分析两大模块。通过实时采集悬重、立压、扭矩、钻头深度、循环罐液面高度等30余种工程参数, 并通过后台软件衍生计算的方式, 可以获得高达300余种各种参数, 包括工程、地质等方面, 为钻井过程中各个施工工序提供所需要的数据源。

工程服务应用主要体现在对钻完井各种工程参数的实时检测上。通过单参数门限报警或多参数组合报警, 对卡钻、钻具刺漏、发现硫化氢、遇阻卡、钻头泥包、钻头失效、井壁垮塌、摩阻异常、泵压异常、井漏、溢流等井下各类异常情况进行及时预警和发现, 防止井下异常扩大发展为井下恶性事故, 起到复杂事故预防的“哨兵”作用。

2.2.3 信息服务应用

围绕现场钻完井施工服务需求和甲方油气开发的需要, 录井建立了两个中心、一个平台, 即井场数据采集中心、基地数据管理中心、地质工程一体化应用平台, 成为钻探企业信息化推广的建设方, 为施工单位多个数据应用平台提供数据源和传输通道。

3 地质录井技术的应用

工程服从地质、地质兼顾工程、互为指引并相互印证, 为及时快速发现油气藏提供了地质工程技术保障。以下为某区块首钻井后, 依据所获得的地层地质资料进行的区块内地层地质条件预测, 并对生产进行了指导。

（1）地层压力情况。根据区块首钻井实测地层压力, 预测上部地层预测压力系数1.10左右；P油层邻近注水开发区, 预测压力系数1.00～1.40。

统计邻井破裂压力数据结果, P油层破裂压力梯度为1.55～3.21MPa/100m。

（2）钻关方案及钻井液密度设计。

①钻关方案：设计井邻近P油层注水开发区, 要求距设计井600m范围内注水井（受断层遮挡的注水井除外）在设计井开钻前一律停注降压, 开钻前注水井井口剩余压力达到设计要求。具体钻关时间建议采油厂根据降压曲线给出。

②钻井液密度设计。

原始压力区:

一次开钻：钻井液密度设计1.05～1.25g/cm3；

二次开钻：二开至P油层顶以上50m钻井液密度设计为1.05～1.25g/cm3；P油层顶以上50m至完钻, 钻井液密度设计为1.25～1.40g/cm3。

注水开发区：

一次开钻：钻井液密度设计1.05～1.28g/cm3；

二次开钻：二开至P油层顶以上50m钻井液密度设计为1.05～1.30g/cm3；P油层顶以上50m至完钻, 钻井液密度设计为1.45～1.65g/cm3。

实钻过程中, 可根据油水显示及井壁稳定情况适当调整钻井液密度。

(3)地质要求。

①按首钻井—正常井—缓钻井的顺序钻井, 滚动开发, 电测后采油厂需要看测井曲线；

②三级井控风险井, 设计井要求下表层套管, 预计表层下深为207～261m。水泥返至井口, 要求封固良好；

③井组间距6m, 定向井目的层中深按P油层中深计算, 采用平面圆靶钻井。

（4）难度提示。

①浅部地层成岩性差, 胶结疏松, 易井漏、易井塌；

②N五段至N三段地层, 硬夹层较多, 易斜；

③N二段地层大段泥岩, 吸水水化膨胀剥落, 造浆性能强易泥包钻具, 井塌卡钻；

④Y一段, Y二、三段地层泥岩中夹薄层砂岩或油页岩, 易井斜；

⑤P油层受注水开发影响, 存在异常高压, 钻井过程中存在油气水侵、井涌等风险；

⑥该钻井区块为滚动开发, 且井间距为6m, 注意井间占位, 井眼轨迹设计难以做到最优, 注意防碰。

4 结论

（1）本文详细介绍了地质录井技术的分类, 可以让读者清楚的认识地质录井的各种技术和仪器, 并简要地介绍了它们的原理。

（2）通过本文我们可以了解到录井可以实时收集钻完井过程中的各种详尽的钻井参数, 为钻井施工提供井下异常预警, 为高效钻完井提供数据支持。

（3）通过本文还可以了解到地质录井技术可以详尽地获取地层地质情况, 通过仪器分析化验, 在经过软件计算, 可以评价油气藏的分布与发育情况, 为油气勘探过程中地层的认识提供真实的数据支持, 为油气高效开采提供技术保障。