綜合錄井技術(shù)在鉆井中的應(yīng)用

綜合錄井技術(shù)在鉆井中的應(yīng)用

遼河油田的勘探和開發(fā)始于中后期。受復(fù)雜多變的地質(zhì)條件的影響以及注水采油工藝的制約,鉆井過程遇到許多復(fù)雜的井下情況,如何確保安全?“低、深、難、稠、小”的油田地質(zhì)特點(diǎn),如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)和實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)?大規(guī)模的實(shí)施水平井開發(fā),如何有效控制井眼軌跡,保證在油氣層鉆進(jìn)?這些都是遼河油田當(dāng)前勘探開發(fā)迫切需要解決的問題。綜合錄井技術(shù)是一項(xiàng)比較成熟的錄井技術(shù),它是多學(xué)科、綜合性較強(qiáng)的應(yīng)用技術(shù)。應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)可以快速獲得各項(xiàng)井下參數(shù),對(duì)安全鉆井、實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層提供了手段。該項(xiàng)技術(shù)在遼河油田得到了廣泛的應(yīng)用,并取得了非常好的效果。一、合錄井的基本概念鉆井是一項(xiàng)高投入、高風(fēng)險(xiǎn)的工程,存在著大量的模糊性、隨機(jī)性及不確定性。綜合錄井是多學(xué)科、多技術(shù)集成的高科技的產(chǎn)物,它可以提供大量的工程信息,分析判斷鉆井施工過程中地面、井下各類設(shè)備的工作狀態(tài),科學(xué)指導(dǎo)鉆井,及時(shí)預(yù)報(bào)事故隱患,避免事故的發(fā)生,提高鉆井速度,縮短鉆井周期,降低鉆井成本。1.鉆頭整體情況分析監(jiān)測(cè)鉆具扭矩參數(shù),分析其變化情況,是一個(gè)評(píng)價(jià)鉆頭使用壽命、防止井下鉆井事故的非常重要的方法。通過分析扭矩曲線變化特點(diǎn),能夠?yàn)檎J(rèn)識(shí)井下情況提供有意義的信息。我們把鉆頭下井使用劃分為三個(gè)階段(圖1),各階段的情況是:第一階段,牙輪鉆頭下井工作初期,扭矩曲線平滑均勻、低頻低幅。初期,鉆頭輕微有規(guī)律地跳動(dòng),鉆具輕微粘滑,形成均勻扭矩直線。這個(gè)階段可以正常鉆進(jìn)。第二階段,鉆頭使用中期,曲線振幅較大,曲線毛刺、尖峰擺幅增多,且多呈對(duì)稱分布。這個(gè)階段因?yàn)檠垒嗐@頭的牙齒磨蝕,鉆具振動(dòng),導(dǎo)致鉆頭過早受損,鉆桿疲勞,鉆頭跳躍加劇從而加速了軸承和牙齒的磨損。因此鉆進(jìn)操作上必須調(diào)整鉆井參數(shù),如鉆壓、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)、鉆井液性能等,以消除或減少破壞性,如果調(diào)整得當(dāng),則扭矩曲線平滑均勻,接近于第一階段。第三階段,鉆頭工作后期,曲線大幅波動(dòng),無對(duì)稱分布,高頻高幅。我們通常稱為鉆頭危險(xiǎn)期。在這一時(shí)期,牙齒斷損、牙輪曠動(dòng)進(jìn)一步加劇,扭矩曲線擺幅繼續(xù)加大,但其擺動(dòng)頻率是連續(xù)不斷的,扭矩曲線顯紡紗棒形特征。由于斷齒、軸承抱死等現(xiàn)象隨時(shí)可能發(fā)生,必然使鉆頭跳躍和疲勞加劇,隨時(shí)可能因鉆頭受力不均而蹩鉆,牙輪掉井,鉆具斷裂,事故概率增大。因此,應(yīng)立即起鉆更換鉆頭。在MX井錄井過程中,我們就成功監(jiān)測(cè)到鉆頭后期出現(xiàn)的異常情況,并進(jìn)行了預(yù)報(bào),為安全施工起到重要作用。該井施工時(shí)正常鉆壓為240kN,懸重1080kN,轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速70轉(zhuǎn)/min,轉(zhuǎn)盤扭矩范圍為5~5.5kN·m。當(dāng)鉆進(jìn)至井深3788.20m時(shí),其他參數(shù)未變而轉(zhuǎn)盤扭矩范圍變化為9~12kN·m,且波動(dòng)劇烈(圖2)。我們及時(shí)通知了鉆井隊(duì)工程技術(shù)人員,經(jīng)繼續(xù)觀察發(fā)現(xiàn),鉆進(jìn)至3790.24m時(shí)轉(zhuǎn)盤扭矩變化更加劇烈,于是決定立即起鉆,起鉆后檢查發(fā)現(xiàn)3號(hào)牙輪軸承抱死。2.實(shí)時(shí)、連續(xù)運(yùn)行,地層壓力對(duì)比DC指數(shù)反映地層的可鉆性,它是根據(jù)鉆時(shí)、鉆壓、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、鉆頭直徑計(jì)算后通過鉆頭磨損、當(dāng)量密度等參數(shù)校正得到的?？梢愿鶕?jù)其變化發(fā)現(xiàn)異常過渡帶,為平衡鉆進(jìn)提供依據(jù),同時(shí),可預(yù)防井涌、井噴、井漏,也可以通過壓力分析進(jìn)行地層對(duì)比。在SX井錄井過程中,使用了ALS-2型錄井儀提供的軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)壓力監(jiān)測(cè),共發(fā)現(xiàn)兩段欠壓實(shí)地層(圖3)。我們及時(shí)將有關(guān)情況向工程監(jiān)督和鉆井隊(duì)進(jìn)行了詳細(xì)說明。鉆井隊(duì)采取了相應(yīng)的措施,在沙一段,把鉆井液密度由1.26kg/L調(diào)整到1.30kg/L,經(jīng)過多次順利起下鉆和電測(cè)證明,井壁維護(hù)良好;而在沙一段前,為保護(hù)油氣層,不提高密度,只是調(diào)整其他性能,起下鉆和測(cè)井作業(yè)均出現(xiàn)不同程度的遇阻遇卡,在完井電測(cè)期間多次劃眼作業(yè),說明了井壁維護(hù)不好。該井段電測(cè)時(shí),從視電阻率、聲波等計(jì)算的地層壓力梯度1.39kg/L,與錄井計(jì)算的壓力梯度1.40kg/L基本吻合。3.綜合錄井技術(shù)通過綜合錄井對(duì)泥漿池體積及池體積差、出口的相對(duì)流量、泵沖數(shù)、立管壓力等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)井漏。在XP井鉆至井深3043.20m時(shí)(圖4),鉆井液體積由83m3降到為78m3,池體積差由0m3變?yōu)?5m3,相對(duì)流量幾乎變?yōu)?%,對(duì)應(yīng)的立管壓力略有降低,但這時(shí)的泵沖數(shù)沒有變化,這說明入口的流量是穩(wěn)定的,地面工況正常,井下出現(xiàn)鉆井液漏失是無疑的。由于綜合錄井操作員及時(shí)地把這一判斷匯報(bào)給了工程技術(shù)人員,工程上采取了相應(yīng)的技術(shù)措施,避免了事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。綜合錄井技術(shù)進(jìn)入遼河油田20多年來,設(shè)備不斷更新,采集的參數(shù)也越來越多。錄井人員通過對(duì)這些參數(shù)綜合分析,預(yù)報(bào)了大量的鉆頭磨損、鉆具刺漏、井漏、遇卡、遇阻及H2S等事故前兆,為施工單位提前確定方案、采取措施提供了依據(jù),既預(yù)防了事故,又節(jié)約了鉆井成本。二、油氣層對(duì)比試驗(yàn)難點(diǎn)錄井過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)、評(píng)價(jià)油氣層是綜合錄井的重要內(nèi)容之一。由于地層巖性、構(gòu)造、巖石物性、巖石結(jié)構(gòu)、油氣性質(zhì)、地層壓力、鉆井工藝、鉆井液性能等諸多因素的不同影響,給現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和正確評(píng)價(jià)油氣層帶來了很多困難。但是,應(yīng)用綜合錄井儀解決了這個(gè)難題,它可以進(jìn)行全方位、多參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),尋求各種直接或間接的證據(jù),及時(shí)發(fā)現(xiàn)和評(píng)價(jià)油氣層,克服了以往單一錄井方法的局限性。1.泥巖儲(chǔ)集層的認(rèn)定在人們的認(rèn)識(shí)中,儲(chǔ)層應(yīng)該是砂巖、碳酸巖,后來發(fā)展到了火山巖及變質(zhì)巖。雖然人們不斷地改變著想法、看法、認(rèn)識(shí),然而在人們的認(rèn)識(shí)領(lǐng)域中泥巖是不可能作為一種油氣儲(chǔ)集層的。但是,我們綜合錄井在泥巖中發(fā)現(xiàn)了好的油氣顯示。在遼河?xùn)|部凹陷的YX井錄井過程中,地質(zhì)錄井認(rèn)定的是泥巖,但綜合錄井監(jiān)測(cè)的全烴值較高,達(dá)到100.0%,而且各種組分齊全(圖5)。這種情況說明此套泥巖含有一定的油氣。對(duì)這口井此套泥巖試油結(jié)果,獲得了10.85t/d的原油產(chǎn)量。這口井的試油結(jié)果給人們一個(gè)啟示:不管是什么巖性,只要存在存儲(chǔ)空間,都可以成為儲(chǔ)層。2.儲(chǔ)層及淺層油氣顯示情況遼河油區(qū)砂巖孔隙性儲(chǔ)層中,有些地區(qū)的油質(zhì)較輕,巖屑錄井反映出的油氣顯示差。在鉆井過程中,巖屑經(jīng)鉆井液反復(fù)沖刷,到達(dá)地面后又多次清洗,對(duì)巖屑進(jìn)行熒光檢測(cè)往往不可能發(fā)現(xiàn)油氣顯示的情況,極易漏掉油氣層。此外,裂縫性油氣藏主要依靠巖石的裂縫、溶洞、晶孔等作為油氣儲(chǔ)集的主要場(chǎng)所,非均質(zhì)性較強(qiáng),再加上油質(zhì)較輕,也存在著油氣顯示不明顯的現(xiàn)象。一些淺層氣有時(shí)也為常規(guī)錄井所遺漏。但綜合錄井受儲(chǔ)層巖性及油氣性質(zhì)的影響相對(duì)較小,所以它在發(fā)現(xiàn)和評(píng)價(jià)輕質(zhì)油及非碎屑巖層方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。遼河油田的YQ井,常規(guī)錄井油氣顯示不明顯,但綜合錄井的顯示則相當(dāng)明顯(圖6)。綜合錄井發(fā)現(xiàn)的油氣顯示層位,在完井試油時(shí)日產(chǎn)油43.54t。3.qx井鉆至粗面巖頂?shù)娜⌒暮蜌鉁y(cè)全烴扭矩曲線形態(tài)除與井下鉆具工況、井身軌跡質(zhì)量有關(guān)外,還與地層巖性有密切的關(guān)系。在井身質(zhì)量、鉆井參數(shù)變化不大的情況下,牙輪鉆頭的扭矩曲線表現(xiàn)為:鉆遇泥巖時(shí)扭矩值低,曲線變化幅度小;鉆遇砂巖時(shí)扭矩值偏高、變化幅度大;PDC鉆頭一開始鉆遇砂巖時(shí)就出現(xiàn)高頻高幅的震蕩曲線,并且曲線的震蕩頻率、幅度與砂巖粒度有密切的關(guān)系,隨著砂巖粒度由細(xì)變粗,其扭矩曲線的震蕩頻率和幅度也有變快、增大的趨勢(shì)。泥巖表現(xiàn)為曲線小幅度、低頻率震蕩。PDC鉆頭使用到后期,一般扭矩值升高,但曲線頻率和震蕩幅度減小。遼河油田的QX井鉆進(jìn)過程中有取心任務(wù),我們通過扭矩曲線的波動(dòng)預(yù)判了砂層的出現(xiàn),輔助卡準(zhǔn)了取心層位(圖7)。該井在鉆至3200.00~3205.00m時(shí)扭矩出現(xiàn)不很明顯的砂巖層特征,在鉆到3206m時(shí)扭矩曲線出現(xiàn)基本平直的一條直線,錄井人員判斷還沒有鉆到取心井段,建議繼續(xù)鉆進(jìn)。當(dāng)鉆至3212m時(shí),扭矩曲線呈現(xiàn)高頻高幅震蕩的態(tài)勢(shì),引起了錄井人員的注意;在鉆至3214.50m時(shí),決定停鉆循環(huán)觀察并隨之取心。取心證實(shí)確實(shí)鉆到了取心層位,扭矩參數(shù)起了重要的作用。在東部凹陷的小字號(hào)井,在揭開粗面巖頂部時(shí),經(jīng)常因?yàn)榛揖G色蝕變玄武巖及角礫巖的影響而不能卡準(zhǔn)。應(yīng)用綜合錄井后,充分地利用鉆時(shí)及氣測(cè)全烴值等參數(shù)進(jìn)行判別,大大提高了準(zhǔn)確程度。在CM井鉆至井深2887m時(shí),氣測(cè)全烴由0.36%升高到0.81%,C1由0.21%升高到0.53%,這一氣測(cè)異常的出現(xiàn)提醒了地質(zhì)技術(shù)人員結(jié)合其他資料進(jìn)行綜合分析,最后確認(rèn)已鉆到沙三段粗面巖頂,后經(jīng)在2895~2895.44m鉆井取心及電測(cè)證實(shí)粗面巖頂面卡取準(zhǔn)確(圖8)。該井由于準(zhǔn)確的卡取粗面巖頂界深度,及時(shí)地進(jìn)行了中完作業(yè),重新調(diào)整了鉆井液密度,最終鉆探成功。綜合錄井以發(fā)現(xiàn)和落實(shí)油氣顯示為主的氣測(cè)、地質(zhì)資料收集、整理、油氣顯示評(píng)價(jià)等服務(wù)于油氣地質(zhì)勘探開發(fā)。氣體檢測(cè)和鉆井液參數(shù)變化監(jiān)測(cè)對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)、解釋、評(píng)價(jià)油氣層,起著越來越重要的作用。三、井眼軌跡預(yù)測(cè)技術(shù)近年來,隨著遼河油田開發(fā)水平井的增加,綜合錄井又一項(xiàng)新的功能出現(xiàn)了,那就是地質(zhì)導(dǎo)向功能。綜合錄井的地質(zhì)導(dǎo)向功能就是通過設(shè)計(jì)的油藏?cái)?shù)據(jù)信息資料與錄井實(shí)時(shí)錄取的數(shù)據(jù)資料比對(duì),判斷在水平井或其他定向井鉆井中實(shí)鉆井眼軌跡與設(shè)計(jì)軌跡和油氣層段的空間關(guān)系,為控制井眼軌跡提供信息,確保井眼沿著目的油氣層段穿越,提高鉆井成功率,降低開發(fā)成本。例如,我們?cè)贖P井現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)(圖9),通過綜合錄井的水平井地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)該井鉆至井深1607m(垂深1431.25m)時(shí)氣測(cè)值低于所設(shè)的下門限,綜合分析認(rèn)為垂深降得過快,經(jīng)微調(diào)井眼軌跡,在鉆至井深1630m時(shí)(垂深1430.01m,垂深向上調(diào)整1.24m),氣測(cè)值便高于所設(shè)的下門限。經(jīng)調(diào)整后確保了全井水平段絕大部分在良