PDC鉆頭對常規(guī)地質(zhì)錄井影響及補(bǔ)救措施

1、PDC鉆頭對常規(guī)地質(zhì)錄井影響及補(bǔ)救措施 作者：錢書紅    轉(zhuǎn)貼自：中石化上海海洋石油局安捷石油技術(shù)服務(wù)公司    點(diǎn)擊數(shù)：910    更新時(shí)間：2004-5-10    文章錄入：admin     摘要：本文主要講述了PDC鉆頭的特點(diǎn)以及對地質(zhì)錄井的影響，定性、定量油氣錄井方法的對比，定量油氣錄井方法在PDC鉆頭使用時(shí)的優(yōu)勢。同時(shí)介紹了特殊的巖屑錄井地層歸位法：除利用鉆時(shí)歸位巖性外，同時(shí)借助鉆井參數(shù)中

2、的鉆壓參數(shù)、扭矩、頂驅(qū)轉(zhuǎn)速、以及氣測分析值與巖性的關(guān)系判斷歸位巖性，并借助顯微鏡綜合判斷巖性的方法。    關(guān)鍵詞：PDC鉆頭  定量熒光   分析周期   Geoservice ReservalTM 鉆井參數(shù)  振幅  膠結(jié)類型一、 前  言    隨著東海平湖油氣田一、二期工程開工，必須鉆探大量的評(píng)價(jià)井和開發(fā)井，為了縮短工期，節(jié)約成本，盡快使油氣田投入生產(chǎn)，必須使用高效率PDC鉆頭鉆井，特別是在海上，一口井耗資幾千萬，提前一天完鉆就要節(jié)省幾十

3、萬的費(fèi)用，效率顯得尤為可貴，而原來的錄井方法有些已不適應(yīng)新的鉆探要求，我們必須研究新的技術(shù)來適應(yīng)鉆井技術(shù)的發(fā)展。二、 PDC鉆頭鉆井特點(diǎn)及對地質(zhì)錄井影響    PDC鉆頭是聚晶金剛石切削鉆頭(Polycrystalline Diamond Compact Bit)的簡稱，是美國石油鉆井工作七十年代末八十年代初的一項(xiàng)重大技術(shù)成就，我國從80年代中后期開始引進(jìn)、生產(chǎn)PDC鉆頭，90年代得到推廣應(yīng)用，它給鉆井技術(shù)帶來劃時(shí)代的進(jìn)步。PDC鉆頭與牙輪鉆頭相比，具有機(jī)械鉆速高，壽命長，成本低，并具有防斜、糾斜及巖屑便于泥漿攜帶保持井底清潔的特點(diǎn)，因而倍受青睞，近年來

4、，在國內(nèi)鉆井中得到廣泛的推廣應(yīng)用。    PDC鉆頭給甲方帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但是，由于PDC鉆頭鉆井時(shí)巖屑非常細(xì)碎，加之鉆井速度極快，它給常規(guī)地質(zhì)錄井帶來了很大的影響：    1PDC鉆頭鉆進(jìn)時(shí)巖屑特別細(xì)小，一部分融入泥漿內(nèi)造成巖屑撈取量很少。同時(shí)過細(xì)的巖屑給清洗工作帶來較大的困難，較難獲得可靠的能真觀反映地層情況的巖屑。    2撈取巖屑量少，再加上砂巖巖屑顆粒與泥漿接觸充分和巖屑清洗時(shí)油氣逸失嚴(yán)重，造成常規(guī)地質(zhì)錄井油氣顯示普遍降低。    3巖屑細(xì)小，現(xiàn)場挑樣極為困難，

5、有時(shí)挑樣任務(wù)無法完成，影響地化分析和地質(zhì)油氣取樣。    4由于鉆時(shí)較快，傳統(tǒng)的色譜分析周期長，常常漏失薄層油氣層，給薄層油氣層的發(fā)現(xiàn)和解釋帶來困難。    5由于巖屑樣細(xì)小，特別用小復(fù)合片鉆頭時(shí)巖屑幾乎呈粉沫狀，給巖屑描述增加了困難。    6砂泥巖鉆時(shí)差別不大，造成現(xiàn)場錄井劃分巖性界面及巖性歸位困難.針對上述幾點(diǎn)的影響，總結(jié)了以下幾種補(bǔ)救辦法：三、 取樣要求    巖屑撈取是地質(zhì)現(xiàn)場錄井的重要工作，也是其他錄井手段的基礎(chǔ)。在PDC鉆頭下巖屑細(xì)如粉末，應(yīng)據(jù)震動(dòng)篩返

6、砂樣的變化情況，靈活調(diào)整接樣盆的位置，如果震動(dòng)篩返砂量太少，震動(dòng)篩應(yīng)改用80目以上的篩布，盡量減少細(xì)小真巖屑從震動(dòng)篩上的流失。洗樣時(shí)應(yīng)盡量采用小水流，輕攪拌，稍微沉淀后倒去混水再換清水漂洗的辦法，防止細(xì)小的真巖屑在洗樣過程中流失。四、 PDC鉆頭鉆井時(shí)油氣定量錄井法    在PDC鉆頭鉆井過程中，為地質(zhì)錄井中的油氣錄井帶來了相當(dāng)大的困難，因?yàn)镻DC鉆頭鉆地層時(shí)，巖屑的粉碎程度相當(dāng)大，隨著巖屑的粉碎，油氣迅速分散在井內(nèi)泥漿中，巖屑顆粒很難找到，即使找到也是很微小，熒光檢查時(shí)很難發(fā)現(xiàn)，即使檢查到熒光，其結(jié)果跟實(shí)際情況大相徑庭。所以，采用PDC鉆頭快速鉆井過程

7、中，傳統(tǒng)的油氣熒光檢查結(jié)果很難反映實(shí)際情況，特別在東海地區(qū)，以輕質(zhì)油和凝析油氣藏為主，巖屑一上返到地面，油氣很快揮發(fā)，所以，熒光檢查要及時(shí)觀察，隨鉆檢查。為了更準(zhǔn)確地做好油氣錄井工作，在東海地區(qū)配合采用了定量熒光技術(shù)，實(shí)踐證明取得了很好的效果。    熒光定量技術(shù)也就是采用了熒光定量檢測儀(QFT)，它突破了傳統(tǒng)的肉眼識(shí)別的局限，其凝析、輕質(zhì)油及中質(zhì)油的大部分，不在肉眼可視范圍內(nèi)，用定量熒光檢測儀(QFT)，他排除了人的熒光描述的主觀性，定量分析熒光，是檢測油氣層的可靠準(zhǔn)確手段。其理論根據(jù)是：熒光強(qiáng)度與巖樣中石油濃度成正比，其工作原理是用紫外線熒光燈、光波選擇器及

8、初級(jí)濾波器共同組合起來，選擇最佳波長的激發(fā)光，激發(fā)光被樣品溶解散射后，再經(jīng)初濾器送到鑒定器測定其熒光強(qiáng)度。所以，采用了QFT技術(shù)，就可以在快速鉆井中防止油層的漏失，為及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)油氣層起到了可靠的保證作用。    由于砂樣細(xì)小，有時(shí)無法挑樣，或是能挑樣量很少，所以，我們采用混樣分析與挑樣相結(jié)合，鉆遇無顯示砂巖時(shí)，混合樣含烴濃度值往往比挑樣高。當(dāng)上部緊鄰生油巖或好的顯示層時(shí)，含烴濃度值通常十分高。    對于含油地層井段，可以用混合樣代替挑樣，好的顯示層混合樣可以清晰的反映出來，解釋時(shí)與其它錄井方法共同識(shí)別顯示層效果較好。東海PH-B

9、3井PDC鉆頭鉆進(jìn)井段的混樣定量熒光錄井，齊全準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)了油氣顯示。    一般鉆井過程中，采用一般色譜儀進(jìn)行油氣錄井分析，分析周期在180秒以上，而采用PDC鉆頭鉆井時(shí)，有時(shí)鉆時(shí)很快，一米厚地層只用50秒左右時(shí)間，當(dāng)鉆遇薄層油氣層時(shí)很可能采不到氣樣，從而漏失油氣層，為此，我們在東海西湖凹陷幾個(gè)構(gòu)造帶上鉆井時(shí)，在油氣層段采用了二套色譜儀同時(shí)進(jìn)行分析對比，一套是定性分析儀，周期180秒，另一套是定量色譜分析儀，周期為30秒，對地層的分辨率大大提高，從而防止了薄層油氣層的漏失，以及為薄層油氣層解釋提供了可靠的資料。在東海我們采用的是Geoservice Reserva

10、lTM定量色譜分析儀，采用定量色譜分析儀的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它不受泥漿液面的高低、脫氣機(jī)里泥漿多少的影響，每30秒取一定量的泥漿液進(jìn)行脫氣分析，排除了外界因數(shù)的干擾。如圖一，在2415米，2432米井深，定量色譜儀能及時(shí)采到氣樣進(jìn)行了分析，而常規(guī)色譜儀未能采取到樣。正常情況下，一般常規(guī)色譜FID分析結(jié)果是Geoservice ReservalTM定量色譜分析儀分析結(jié)果的兩倍左右，在圖三中在2653到2660米段，由于單泵循環(huán)鉆進(jìn)，未能及時(shí)調(diào)整脫氣器的高度，F(xiàn)ID的氣體全量值比ReservalTM分析值還要底。圖一、東海DQ-2井定性、定量色譜分析結(jié)果對比五、 PDC鉆頭鉆井過程中的巖性描述

11、歸位    在東海特別是平湖一些井用PDC鉆頭鉆井中的巖性描述，僅僅采用傳統(tǒng)的巖性描述法已經(jīng)不能準(zhǔn)確地描述好巖性，建立地層剖面，因?yàn)?，PDC鉆頭鉆井中巖屑容易混雜，鉆時(shí)有時(shí)不能很好反映巖性的特性，描述時(shí)必須在觀察巖屑樣品的同時(shí)，考慮鉆壓、鉆速、扭矩、鉆時(shí)、氣測值，幾個(gè)參數(shù)一起考慮，綜合分析，在巖屑觀察初步確定大套巖性后，再參考鉆井參數(shù)、及氣測數(shù)據(jù)進(jìn)行巖性歸位，參照區(qū)域地質(zhì)和臨近井的地質(zhì)資料，才能較準(zhǔn)確地描述好巖性，建好地層剖面。    在東海地區(qū)我們發(fā)現(xiàn)使用PDC鉆頭鉆井有時(shí)速度相當(dāng)快，使巖屑錄井難以跟上鉆頭，巖屑顆粒細(xì)小，使巖性定名

12、困難。鉆時(shí)相對巖性反應(yīng)有時(shí)很不明顯，砂泥巖區(qū)別不大，甚至出現(xiàn)砂泥巖鉆時(shí)相反的現(xiàn)象，使利用鉆時(shí)曲線劃分、歸位巖性及分層不再準(zhǔn)確。因此，傳統(tǒng)的以巖屑實(shí)物定名、鉆時(shí)分層歸位方法難以滿足地質(zhì)錄井需要，必須找出更多、更直觀、快捷的錄井參數(shù)應(yīng)用于地質(zhì)錄井中，快速建立地層剖面，以適應(yīng)現(xiàn)代錄井需要。    通過東海平湖油氣田及其它構(gòu)造帶的數(shù)口井的實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)扭矩、頂驅(qū)轉(zhuǎn)速、氣測值等錄井參數(shù)的變化有時(shí)能直觀、及時(shí)地反映地下巖層的變化，有時(shí)同時(shí)考慮鉆時(shí)、鉆壓值，防止巖性歸位的錯(cuò)位，這些參數(shù)的綜合利用，填補(bǔ)了傳統(tǒng)地質(zhì)錄井方法的不足，有效地提高了巖屑錄井質(zhì)量，對及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣層、卡準(zhǔn)取芯層位

13、起到了重要作用。    （一）、參考鉆壓參數(shù)    在巖屑描述時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)鉆壓有時(shí)是一個(gè)不可忽視的鉆井參數(shù)，有時(shí)由于司鉆人為因素，或工程上造斜、糾斜的要求，人為增加或減少鉆壓，造成鉆時(shí)相對于地層而異常，造成傳統(tǒng)地層按鉆時(shí)歸位而發(fā)生錯(cuò)位，有時(shí)鉆時(shí)沒有大的變化，但鉆壓卻有很大的變化，而有新巖屑出現(xiàn)時(shí)，可以參考鉆壓參數(shù)。如表一所示，巖屑樣中出現(xiàn)了粉砂巖，1979米，1980米鉆時(shí)基本無大的變化，鉆壓降低了很多，巖性反映為粉砂巖，所以參照鉆壓的變化也能幫助巖性歸位。有時(shí)鉆壓大小與巖性也能成很好的對應(yīng)關(guān)系。如圖三所示。表一、PH-B2井 鉆壓、

14、鉆時(shí)與巖性的關(guān)系對比    （二） 扭矩的作用    實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，使用PDC鉆頭時(shí)，扭矩曲線形態(tài)與巖性有著密切的關(guān)系。牙輪鉆頭扭距曲線較平直，一般泥巖扭矩值低，砂巖扭矩值高，只是鉆頭使用后期出現(xiàn)高頻高幅的振蕩曲線。    而PDC鉆頭則不同，一開始鉆遇砂巖時(shí)就出現(xiàn)高頻高幅的振蕩曲線，并且曲線的震蕩頻率與幅度與巖性有密切的關(guān)系。泥巖表現(xiàn)為曲線平直或小幅度、低頻率震蕩，砂巖表現(xiàn)為高幅的振蕩曲線，并且隨著巖性的由細(xì)變粗，其扭矩曲線的震蕩頻率和幅度也有增大的趨勢。另外，PDC鉆頭使用后期，一般扭矩值升高

15、，但曲線震蕩頻率和幅度減小。見圖二，展現(xiàn)了扭矩與巖性的關(guān)系，鉆遇泥巖時(shí)，扭矩值小，振幅?。汇@遇砂巖時(shí)扭矩值大，振幅大。圖二、CX-3井實(shí)時(shí)鉆井參數(shù)對比    （三）頂驅(qū)轉(zhuǎn)速的應(yīng)用    雖然司鉆給定的是額定頂驅(qū)轉(zhuǎn)速，但表現(xiàn)在頂驅(qū)轉(zhuǎn)速傳感器上的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速卻千變?nèi)f化。頂驅(qū)轉(zhuǎn)速曲線振幅頻率與扭矩曲線振幅頻率變化有著一定的一致性，因此與扭矩一樣，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速變化也反映了巖性變化。    與扭矩曲線不同的是，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速曲線是圍繞較固定值左右對稱震蕩，鉆遇砂巖時(shí)震蕩幅度變大，遇泥巖時(shí)震蕩幅度變小。扭矩曲線的震蕩軸是彎曲的，其

16、軸值隨巖性的變化而變化，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速震蕩軸是一條垂直線。（見圖二）    （四）氣測曲線的應(yīng)用    氣測錄井是利用色譜儀直接測量地層含氣性的錄井方法。地層含氣性與區(qū)域生儲(chǔ)蓋組合特征有關(guān)，表現(xiàn)在具體層段，巖性含氣性與巖石生、蓋、儲(chǔ)、孔、滲性有關(guān)，不同巖性具有不同的孔、滲性，因此氣測值的變化在一定程度上反映了巖性的變化，地層含氣性越豐富，氣測值隨巖性變化越明顯。東海地區(qū)地層多屬正常壓力層系，氣測儀所測的氣含量多為巖屑的破碎氣體含量。PDC鉆頭產(chǎn)生的巖屑顆粒細(xì)小，有利于氣體的充分?jǐn)U散和釋放，有利于氣測錄井。東海下第三系龍井組下段、花港組、平湖

17、組，為區(qū)域含油氣層段，地層含氣性好，氣測值變化較好地反映了巖性的變化，為巖屑錄井提供了良好的參考依據(jù)。（見圖三）所示，在鉆穿泥巖層段，進(jìn)入砂巖層段時(shí)，其氣體全量值明顯升高，鉆進(jìn)泥巖層段時(shí)，其全量值明顯降低。圖三、 PH-B3井電測氣測曲線對比    （五）顯微鏡的應(yīng)用    在東海地區(qū)，我們發(fā)現(xiàn)，有時(shí)借助顯微鏡有利于巖的描述。采用PDC鉆頭鉆井時(shí)，巖屑樣及細(xì)，有時(shí)用肉眼較難看出巖樣的變化率及其成分與結(jié)構(gòu)構(gòu)造，有時(shí)雖然都是砂巖，其鉆井參數(shù)有著相當(dāng)大的變化，其原因是砂巖顆粒的膠結(jié)物及其膠結(jié)類型的不同，有些砂巖其鉆時(shí)、鉆壓都較大，其鉆井參數(shù)

18、又無明顯的指示，此時(shí)就得利用顯微鏡，觀察新出現(xiàn)的巖屑性質(zhì)及其膠結(jié)物和分析膠結(jié)類型。一般情況下，灰質(zhì)、硅質(zhì)膠結(jié)的巖性，性很硬，可鉆性差，泥質(zhì)膠結(jié)的，可鉆性好。基底式膠結(jié)、鑲嵌式膠結(jié)的可鉆性差，而空隙式膠結(jié)、接觸式膠結(jié)的可鉆性較好。具體描述時(shí)，在結(jié)合鉆井參數(shù)的基礎(chǔ)上，再利用顯微鏡觀察分析，才能準(zhǔn)確的確定地層的巖性及其顏色、成分、分選、磨圓、形狀、含有物，以及油氣的含油飽和性，熒光顯示色等。六、 結(jié)論及建議    總之，隨著鉆井技術(shù)的引進(jìn)及發(fā)展，綜合錄井面臨著許多新的挑戰(zhàn)，錄井應(yīng)研究新的技術(shù)及方法以適應(yīng)挑戰(zhàn)，只有這樣，錄井才能適應(yīng)新的環(huán)境及要求，得以生存和發(fā)展。而利用PDC鉆頭鉆井不同于傳統(tǒng)的牙輪鉆頭鉆井，必須考慮