录井是发现油气藏、评价油气藏最及时、最直接的技术,具有获取地下信息及时、多样、分析解释快捷等特点。随着钻井技术的发展和进步,尤其是近年来在长庆靖边和榆林气田大规模使用pdc(polycrystalline diamond compact,聚晶金刚合金片)钻头,使钻井速度大幅度提高,生产效率明显提高。但随着pdc技术的规模化应用,也给录井带来了巨大的挑战。比如由于pdc钻头系高速旋转切削岩石的,故对岩屑研磨较碎,这给现场岩性识别和归位带来较大的难度[1~2]。本文结合我单位生产实践,主要探讨和介绍pdc钻头条件下的录井方法改进及岩性识别的方法和经验。
1 pdc钻头工作机理及特点
1.1 pdc钻头的结构及破碎岩石的原理
pdc钻头是聚晶金刚石复合片钻头的简称,亦称聚晶金刚石切削块钻头,它是用聚晶金刚石做成小型切削块或烧结到钻头体上而形成。由于pdc钻头是以锋利、耐磨和能够自锐的金刚石为切削齿,在低钻压下即可获得较高的钻速和进尺,可大大缩短钻进时间,节省钻井成本[3]。从统计结果看,在pdc钻头钻井条件下的机械钻速是普通三牙轮钻头的3~5倍[4]。
1.2 pdc钻头工作特点
pdc钻头为一整体式钻头,整个钻头没有活动零部件,结构比较简单,大致由钻头基体、钻头切削齿、喷嘴及排屑槽等几部分组成。pdc钻头是用切削齿对地层进行切削来破碎岩石,整个切削过程,与金属切削过程很相似。岩石的切削过程实质是一种挤压过程,在挤压过程中,岩石主要以滑移变形方式成为切屑。由于pdc钻头和牙轮钻头破碎地层的原理不一样,它是高速旋转切削岩石的,因此对岩屑研磨较碎。关于pdc钻头本身相关理论及性能分析等可进一步参阅文献[5~10]。
2 pdc钻头条件下录井现状和面临的问题
2.1 pdc钻头条件下录井现状
(1)由于各个钻井队的钻机类型不一样,造成个别传感器无法安装,不能发挥其作用。
(2)随着钻井使用pdc钻头,钻井速度明显提高,节奏加快,导致综合录井仪器负荷加大,没有及时维修和保养,带着问题工作。
(3)常规录井还是保持原样,既一把铁锹、一个捞样筐,录井条件没有大的改进。
2.2 pdc钻头给录井带来的问题和困难
(1)pdc钻头使岩屑变的细小、破碎,捞取(洗)砂样困难。pdc钻头所钻岩屑细小,甚至为粉末状,部分岩屑混溶于钻井液,造成岩屑捞取量很少,甚至捞不到岩屑,同时过细的岩屑给清洗工作带来较大的困难。
(2)岩屑岩性识别困难:①由于岩屑太细小,挑真样困难,无法获得可靠的能真实反映地层情况的岩屑。②用小复合片钻头时岩屑几乎呈粉沫状,岩屑混杂,增加了岩性识别难度,岩性识别准确性降低。
(3)砂泥岩钻时差别不大,造成现场录井划分岩性界面及岩性归位困难。pdc钻头条件下砂泥岩钻时不象三牙轮钻头砂泥岩钻时差别大,一般在4~6 min/m之间,现场根据钻时划分岩性界面和岩性归位困难。
(4)由于在一些地层使用的钻井液是清水聚合物,在pdc钻头条件下,携砂能力差,加上岩屑颗粒小,在泵压,排量达不到要求的情况下,岩屑失真严重。
(5)pdc钻头钻进快,钻速快,影响了现场迟到时间的准确测定。
3 pdc钻头条件下的录井改进技术
3.1 随时校正测量迟到时间
迟到时间的准确性,是建立准确的地层剖面,卡准油气层的关键。要准确测得迟到时间,应及时测量,采取理论与实际相结合的方法进行,同时还必须用特殊地层或典型地层进行及时校正。尤其是用较明显的厚层砂岩、泥岩或具有气异常显示的砂岩地层及特殊地层如煤层等进行校正,这种校正不是一次的,只要有机会就应进行持续校正,从而最大限度地保证迟到时间的准确性。
3.2 砂样采集和洗样方法的改进
pdc钻头钻进时岩屑特别细小,岩屑的采集、捞取、洗样应严格按岩屑录井操作规程进行,首先,岩屑的采集应该使用采样盆接样。采样盆放置位置应合适,以能连续接到从震动筛上滤出的新鲜细小真岩屑为宜。第二,应据震动筛返砂变化情况,灵活调整接样盆的位置,接样盆接满后应尽快取样,并将取样后多余的岩屑清理干净,有时接到的岩屑样品呈稀泥浆糊状,应尽量将整盆岩屑采集。其次,改进洗样盆。由于岩屑细小,如果用原来的洗样筐洗样,可能什么都洗不到,岩屑会流失,所以应采用盆子或在原来的洗样筐底部放一块粗布即可。第三,洗样时尽量采用小水流,轻搅拌,稍微沉淀后倒去混水再换清水的办法,防止细小、悬浮的砂粒和密度较小的岩屑等真岩屑在洗样过程中流失,切忌急水、猛冲、快倒;在倒样时,尽量将细小岩屑全部留下,将明显的大块岩屑掉块去掉。第四,在晒样、烤样时,切忌在岩屑未滤干水份的情况下,过多地翻动,以免造成岩屑表面模糊。第五,在装样时,应尽量将细小真岩屑装入袋中,细小岩屑中真岩屑占的比例较大,要尽量减少在各个环节的流失。
3.3 岩性识别技术改进
由于大量使用pdc钻头使得岩屑样品变的细小,其中60%以上岩屑直径小于2 mm,捞取到的样品少,挑样困难,造成岩性识别也存在困难,因此提出了新的岩性识别方法。 (1)采取传统的岩屑描述方法—— 既大段摊开,远看颜色,近看岩性(主要方法)。虽然岩屑混杂,难以辨认,但大段砂岩或泥岩,在颜色上会有一定的变化,所以可以同时摊开数十包岩屑进行颜色对比,再确定岩性。从实际操作来说,厚度一般要大于3 m以上。
(2)借助于双目放大镜进行岩性识别(辅助方法)。由于岩屑细小,部分呈粉末状,肉眼观察困难,但如果岩屑样品取样准,洗样干净,即使粉末状的细小岩屑,可以通过双目放大镜来观察识别岩性。
(3)使用手感法识别岩性(辅助方法)。虽然岩屑细小、混杂,但大段的砂岩和泥岩其含量还是有一定的渐变,可以利用手捏、搓来识别岩性,感觉粗糙为砂岩,反之为泥岩。
(4)根据钻时变化情况,划分岩性界面和识别岩性(主要方法)。使用pdc钻头虽然钻时变化不大,但也有一定的规律。pdc钻头适用于软~中硬的脆性地层。对泥质岩类等脆性地层,其特点是钻时快;对于研磨性较好的致密砂质岩类,钻时相对较慢;而对于胶结较疏松的砂岩储集层,钻时也较快。因而pdc钻头钻进时,其泥岩与砂岩之间的钻时出现三种不同的组合特征:即①泥岩钻时高于砂岩。②泥岩钻时低于砂岩。③泥岩与砂岩钻时接近。
(5)气测曲线异常识别法(重要方法)。气测值法就是利用砂岩(储层)的孔隙中存在流体(水或油气),能够引起气色谱分析值的变化来实现判别岩性的目的。在近平衡钻井过程中,当储层含有物为油气时,其油气扩散到泥浆中会引起气测色谱分析值的升高;同时由于钻速较快,普通色谱仪分析周期长,造成气测显示厚度较储集砂层小。通过对色谱资料与验证过的岩性资料对比分析,可找出色谱分析值的变化与岩性的对应关系,便能利用气测色谱分析资料来辅助判别岩性。
(6)综合利用综合录井仪的参数判识岩性(辅助方法)。综合录井仪直接测量的参数有十几种,通过论证可知直接参数钻速、扭矩、温度、电导率以及气体参数和间接参数dc指数、sigma指数与地层岩性有一定的关系。通过大量数据统计情况表明,当dc指数向左偏离趋势值超过0.1(趋势值-dc指数)、sigma指数向左偏离趋势值超过0.05(趋势值-sigma指数)时,地层岩性则由泥岩转化到砂岩。对于扭矩,可用实时扭矩曲线进行岩性识别,如砂岩地层扭矩曲线表现为振幅大,泥岩地层振幅小,且比较均匀,利用这些扭矩曲线形态帮助识别岩性。
(7)加强地层横向对比,准确划分地层,建立地层剖面,判识油气层,卡准目的层(主要方法)。
4 结语
pdc钻头钻井技术是现代钻井技术发展的产物,它的出现大大提高了钻进速度,提高了生产效率。但是,pdc钻井技术由于钻速快、切削岩石屑较碎甚至会出现粉末,这些特点使传统现场录井技术受到限制,特别对现场录井剖面符合率影响很大,现场剖面符合率急剧下降。本文根据自身生产实践经验,及时将适应于pdc钻头条件下的录井改进方法及技术加以总结推广,提高了现场剖面符合率,保证了录井资料质量。