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1、工程录井参数的地质应用韩 涛(大庆油田地质录井分公司)摘要从传统意义上讲,工程录井参数应用于实时钻井监控和随钻地层压力检测倍受人们的重视,而将其应用于确定流体性质、划分盐膏层以及确定地层界面等地质应用方面尚未引起人们的足够重视。该文从工程录井参数与相关地质因素关系出发,探讨了利用钻时、钻井液密度、电导率、池体积等工程参数进行地层划分、储集层评价以及卡取潜山界面等方面的相互关系和实例,总结归纳了一些规律性的特征。对扩展工程录井参数应用范围、提升其应用水平以及深入研究工程参数的地质意义具有推动作用。关键词工程录井参数应用地层划分储集层评价地层界面0 引言众所周知,综合录井仪的工程录井参数对指导安全
2、钻井起到了极为重要的作用,如对钻头寿命、钻具刺穿、井涌、井漏、断钻具等的预报和监测,这些功能同时也为保护油气层、缩短建井周期等综合勘探效益起到了积极的作用。近二十年实践证明,综合录井仪在实时钻井监控、随钻地层压力检测等方面发挥了不可替代的重要作用。另外,综合录井仪的工程录井参数对油气层解释及其他方面的地质工作有着较好的应用效果。1 油气水层与钻井液参数的关系工程参数的变化对综合分析地层流体性质有着重要的参考意义。参数的变化幅度可用于定性分析产能,而钻井液温度、电导率的变化可用来区分油气水层。钻遇油气水层时,各主要工程参数的变化见表1 。表1 油气水层各主要工程参数变化特征地层钻时立压体积密度电
3、导率温度油层下降下降上升下降下降上升气层下降下降上升下降下降下降水层下降下降上升下降 图1 C 25 井录井参数 图1 为C 25 井录井参数示意图。钻开井深4370 m以后,钻井液密度由1.21g/cm3 下降到1.20g/cm3 , 总池体积由146.00m3 上升到147.86 m3 ,出口电导率由68 mS /cm 下降到66 mS/cm ,立压由16.6 MPa 下降到16.0 MPa ,全烃由4.5%上升到8.0% ,虽然随钻异常值远低于接单根气31% ,电导率等各工程录井参数均有明显变化,证明该层有较高的产能。根据该地区地层水矿化度较高的特点,该层不可能为水层,结合地层特征,分析
4、认为以出油为主。经测试,日产原油22t ,水0.12m3 。 图2 X 160 井录井参数 图2 为X 160 井录井参数示意图。在钻开井深3198 m 之后进行地质循环过程中,气测及相关工程参数均有明显异常,从图上可以看出,全烃异常值由4.0 %上升到95 % ,池体积由60.5 m3上升到67.5 m3 , 密度由1.50g/cm3 下降到1.05g/cm3 ,温度由58上升到62, 立压由9.5 MPa下降到8.0 MPa ,分析认为是高产油层特征,综合解释为油层。经31983202m 进行测试,日产原油27.6t 。2 油气层与盐水层的区分钻至盐水层时,气测全烃值及甲烷含量往往都特别高
5、, 单凭气测资料往往难以与油气层进行区分,究其原因,主要有以下两点: 石油在水中的溶解度随水中盐度的增加而减少,如戊烷、苯、甲苯和甲环戊烷在含20 %NaCl 溶液中的溶解度分别是蒸馏水中的溶解度的15 %、20 %、19 %和14 %。如果含盐度达到35 % ,那么烃的可溶性将减少93 %99 %。随着地层水中含盐量的增加,烃类气体溶解度变小,使钻井液背景气中的溶解气大部分变成了游离气; 油气运移过程中大量烃类气体与地层水共同运移,致使水层烃类含量较高。但由于其含盐量较高,电导率变大,因而可轻易地凭借电导率曲线进行区分。如Y891 井位于东营凹陷董集洼陷东坡,临近一条东西向南掉断层,在沙三中
6、2786.72800.9 m钻遇盐水层。岩屑录井为浅灰色油迹粉砂岩; 2786.72793.0 m井壁取心见两颗浅灰色油斑粉砂岩、3颗灰色荧光粉砂岩、1 颗灰色粉砂岩,2793.0m后见7 颗灰色粉砂岩; 气测全烃由5. 4 %上升至82 % ,甲烷86 % ,之后全烃降至40 %左右,甲烷升至91%;钻井液变成“豆腐脑”状,出口电导率检测值在2786.72793 m 从40.9 mS /cm 升至62.5 mS /cm ,然后稳定在62.5 mS /cm ;从电测曲线看, 物性好, 而且较为均一, 2786.72793 m 自然电位异常幅度较27932800.9 m 略小,电阻率曲线呈异常低
7、值, 上部比下部略高一点。从上述分析可以看出,该层流体性质为顶部含油的盐水层,含油气丰度整体较差,且自上而下含油气丰度降低。由于该层物性好而且均一,所以含水饱和度在2786.72793.0 m自上而下增大,2793.0 m 后基本一致。从测井特征结合钻井参数的变化可以明显看出,该层流体可动性较好,且以出水为主。根据以上分析将2786.72793.0 m综合解释为含油水层。3 检测含盐地层电导率录井是一项实时连续测量钻井液导电能力的资料,他与钻井液的导电能力呈正相关,可以实时监测地层中盐水的侵入,对膏盐层的现场描述具有指导作用。3. 1 检测盐岩层、膏岩层根据钻井液电导率的变化可以实时检测盐岩层
8、、膏岩层。钻开盐岩层或盐水层时,地层中的盐溶解在钻井液中,使钻井液的导电能力增大,钻井液出口电导率检测值上升;钻开石膏层时,石膏以粉末状散布在钻井液中,使钻井液导电能力下降,出口电导率检测值降低。据此,我们可以在录井过程中发现并区分盐岩层、石膏层,提高岩屑描述的剖面符合率。FS 1 井是一口复杂探井,在沙四中沉积了大段盐膏层,施工过程中,录井队根据钻井液出口电导率的变化,多次向井队作出了钻遇盐膏层的警报。该井3990 m 开始钻遇盐岩,出口电导率由26.0 mS/cm 上升到61.4mS/cm ,录井人员及时向工程技术人员发出警报,使之及时改用盐水钻井液,避免了重大工程事故的发生。在40204
9、022m、 40444050 m、41524155 m、4182 m也及时提供钻遇盐岩的信息。本井钻遇盐岩时,电导率迅速上升,升幅较大,钻穿盐岩后又有一定程度的回落,每次都进行了随钻预报,工程人员根据我们的建议,在钻进、起钻、下钻过程中都采取了相应的技术措施,使钻井施工得以顺利进行。另外,该井40724075 m 钻遇石膏层,出口电导率由144 mS/cm 下降到117 mS/cm ,40914094 m、41244127 m 钻遇石膏层段电导率也有不同程度的下降;钻遇膏盐混层时,电导率频繁小幅度升降,总体呈较缓的上升趋势,与岩层变化有较好的对应性。3. 2 预报盐水层盐水层是含有高矿化度水的
10、岩层。盐水进入井筒后,将严重污染钻井液,使其流动性迅速降低,甚至不能流动,导致卡钻等复杂事故的发生。Y891井2785.02798.0 m 为盐水层段,录井岩性为灰色油迹细砂岩,钻井过程中发生盐水侵。钻至井深2765 m(迟到井深2 754 m) 时,出口电导率就开始有变化,由35.3 mS/cm 上升到38.3 mS/cm , 然后基本稳定, 钻井液密度由1.30 g/cm3下降到1.29 g/cm3 后稳定。钻至井深2784 m 时,钻井液出口电导率开始上升,到2791 m时, 已由原来的40.9 mS/cm 上升到62.5 mS/cm ,出口密度1.29 g/cm3 下降到1.18 g/
11、cm3 , 出口流量11.5 L/s 上升到17.3 L/s ,总池体积98.1 m3 上升到99.5 m3 ,出口温度49.1 升为51.4 而后降为50.7 ,出口电导率曲线出现一个鲜明的“台阶”(图3) 。这是由于盐水层的上覆岩层含盐量已经比围岩有一定程度的增大,而盐水层含盐量又比上覆岩层高得多造成的。利用这种特性,可以在钻开盐水层之前作出预报,以便提前采取措施。 图3 Y891井27152800m工程参数录井3. 3 含盐泥岩层的检测在录井过程中,若泥岩裂缝中含有盐的晶体,或是泥岩地层与盐岩相混生,或是泥岩中夹有盐岩薄层,则该岩层命名为含盐泥岩层。T161 井钻至2898 m 时,钻井
12、液出口电导率开始增加, 至2920 m 时, 已由原来的44.0 mS/cm 上升到76.0 mS/cm , 钻至2982.5 m时,进行了地质循环,循环过程中钻井液出口电导率由97.0 mS/cm 逐渐上升至125. 7 mS/cm ,随后进行的钻井取心在泥岩裂缝中见到了明显的盐晶体,在晶面上见少量原油。由于自井深2898 m 开始仅能捞到少量泥岩岩屑,钻井液性能又发生了明显变化;又由于伴随裂缝中盐岩晶体的溶解,井壁发生坍塌,从而使电测资料表现的也是盐岩层的响应特征,所以一些人认为该段地层为厚层盐岩与泥岩互层。但我们根据工程录井资料特征:本井电导率曲线上升速率与FS 1 井截然不同,呈现出一
13、种缓慢上升的趋势,反映了地层含盐井段长,含盐丰度较低的特点, 这是由于钻井液不断溶解井壁附近的结晶盐,致使其矿化度逐渐增加造成的,从而认为该段地层为含盐泥岩。另外,从地震测线上看,本井在 2950 m 钻遇胜北断层,沙四中膏岩层顶界深度在3430 m。从而推测,这种现象的产生,可能是由于胜北断层长期活动,造成断层附近裂缝非常发育,沙四中因盐岩溶解而形成的高矿化度地层水和油气同时沿断层面向上运移,在断层附近的裂缝发育带再结晶,才使得本井2898 m 以下的泥岩裂缝中普遍含有结晶盐。 上述三口井的电导率曲线变化的不同特征,反映了不同岩层性质的区别。钻开盐岩层时,电导率曲线上升幅度大、斜率也大;钻遇
14、盐水层时,电导率曲线呈“台阶”状;钻开含盐泥岩地层时,电导率曲线上升幅度较小,斜率也小,是一个持续缓慢上升的过程。4 利用扭矩卡取潜山界面任何一项参数都蕴藏着多方面的信息,经过不断摸索,地质参数可为工程所用,而工程参数亦可为地质所用。转盘扭矩一向被认为主要用于判断钻头使用情况,但其地质作用亦不可小视。伴随岩性的变化,转盘扭矩亦应有所响应,特别是由新生界地层进入古潜山地层时,这种响应更为明显。因此,根据扭矩的变化卡取潜山界面实为可行之举。如TG13井24632464 m ,扭矩由较为平稳的44 kNm 突然在4248 kNm之间频繁变化,而这种变化与钻头后期的变化有区别:钻头寿命终结时,扭矩变化
15、的剧烈程度大小不一,且时有恢复正常之势。结合钻头纯钻进时间、钻时等资料及区域资料,现场人员判断已进入潜山界面, 随即进行了地质循环, 后经证实自2463 m开始进入潜山。5 利用微钻时卡准取心层位通常,钻时计算间隔为1 m 或0.5 m。而微钻时是把单位长度分割成若干份,并使每份的距离尽可能小,即对单位长度微分求导而得的这一点的真实速率。在实际应用中, 一般取0.10.2 m的钻时计算间隔。应用微钻时,对卡准层位及划分岩层有很大帮助。传统的卡取“三层(取心层位、古潜山界面及完钻层位) ”的方法,通常是利用钻时、岩性等地质资料进行地层对比,有时进行电测对比来确定是否进入“三层”。微钻时与常规钻时
16、比较具有精度高、响应速度快、受干扰小等特点,在各类层位的卡取及岩层划分中有明显的优势。在岩层划分中,微钻时有与微电极近乎等效的功能,曲线有较好的近似性。Y116井使用ALS-2 型综合录井仪录井,钻探过程中成功利用微钻时参数,卡准了地质设计中预测的主力油层的顶界。在施工过程中,根据录井显示情况,于井段19051911 m 进行了钻井取心,据取心资料分析未到主力层,决定恢复钻进,但钻至井深19131913.5 m 时,微钻时突然减小,通过及时停钻循环观察,根据气测显示、岩屑岩性和荧光级别,参考设计主力油层顶界位置,综合分析认为已经进入主力油层顶界,随后的钻井取心,于19141925 m 井段取到
17、了10 多米的含油岩性,其中近10 m 是富含油粉砂岩。仅钻入油层顶界0.2 m ,即卡准了取心层位,圆满完成了设计取心任务。目前微钻时的应用还不够成熟,仅适用于一些地层明确、岩性单一、研究程度较高的区块,而在地层岩性变化比较复杂的地区及一些新区,微钻时的应用还有待进一步的研究与探讨。今后在普遍利用好钻时、微钻时卡准界面的同时,进行数据的收集和统计,逐步总结出岩性界面上下邻层微钻时的变化规律(可首先在小区块内寻找统计规律,进而扩大到大探区) ,此后钻井过程中微钻时的应用就具有了普遍的指导意义,不仅可进一步提高层位卡准率,在地层对比等研究领域也将发挥一定的作用。6 电导率参数应用展望6. 1 测
18、地层孔隙水的盐度变化在沉积地层中,正常压实带中页岩孔隙水的盐度比其相邻砂岩孔隙水的盐度要低得多。这里有两个原因:第一,砂岩接受从页岩早期压实排来的含有大量盐分的水;第二,页岩对盐类离子具有渗滤作用。也就是说水分子能通过页岩而将可溶盐类的离子部分或全部过滤下来。砂岩本身的孔隙水在通过页岩向上排出时,盐被渗滤下来,造成砂岩孔隙水的盐度随地质年代和埋深而不断增加。据此规律,如果电导率传感器灵敏度较高的话,则可辅助区分砂泥岩层,而不受PDC 钻头的影响。6. 2 随钻检测地层压力的变化(1) 欠压实带中地层孔隙水的盐度大幅度降低,造成正常压实带与欠压实带之间在盐度上有一个突变。这是由于欠压实带中地层封
19、闭孔隙水排出不畅保留的比较多,再加上水热作用和蒙脱石脱水作用,释放出来的层间水几乎不含盐类,从而可以大大稀释和降低地层的盐度。利用灵敏度较高的电导率传感器,即可根据钻井液电导率的变化, 划分进入欠压实地层的深度, 从而减小PDC 钻头的影响。(2) 出口电导率的变化,在一定程度上反映了地层中流体的侵入或盐岩层、膏岩层的存在,在近似环境下表明井底压差的变化。若排除施工因素的影响,则可证明地层压力系数发生了变化。总之,工程录井参数不仅用于工程监控和随钻地层压力检测,在油气水层解释及其他地质方面的应用也很广泛,关键在于我们如何挖掘、如何应用。只要我们大家共同努力,就一定会在勘探上创造更大的综合效益。参考文献1 李明诚. 石油与天然气运移. 北京:石油工业出版社,1994
