引用本文
李战奎, 张恒, 张学斌, 温海涛, 刘广明. 渤海油田新近系地层剖面智能化建立方法及应用[J]. 录井工程, 2024,35(1): 22-26.
LI Zhankui, ZHANG Heng, ZHANG Xuebin, WEN Haitao, LIU Guangming. Intelligence establishment method of Neogene stratigraphic profiles in Bohai Oilfield and its application[J]. Mud Logging Engineering, 2024,35(1): 22-26.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2024.01.004  
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渤海油田新近系地层剖面智能化建立方法及应用
李战奎, 张恒, 张学斌, 温海涛, 刘广明
中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司

作者简介：李战奎 高级工程师,1986年生,2009年毕业于中国地质大学（北京）能源学院资源勘查工程专业,现主要从事海上油气勘探管理和现场地质录井工作。通信地址：300459 天津市滨海新区海川路2121号渤海石油管理局C座。电话:（022）66502138。E-mail：lizhk@cnooc.com.cn

收稿日期: 2023-11-22
摘要

随着钻井作业优快发展,新近系浅层探井钻井作业周期大幅缩短,导致砂泥岩难区分,岩性分层不准确,录井剖面符合率低。为解决这项难题,实现新近系地层岩性剖面的准确构建,提出基于钻压、扭矩、钻时的组合参数 SI指数与扭矩曲线交会方法实时构建录井剖面,使录井剖面绘制可以随钻实时进行,做到了录井剖面绘制及时、高效,实现了精细化岩性分层。该方法在渤海油田应用超100口井,地质录井剖面符合率提升15%~23%,为智能化录井奠定了基础。

关键词: 新近系; 智能化; 地层剖面; SI指数; 符合率; 岩性识别
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Intelligence establishment method of Neogene stratigraphic profiles in Bohai Oilfield and its application
LI Zhankui, ZHANG Heng, ZHANG Xuebin, WEN Haitao, LIU Guangming
Engineering Technology Branch of CNOOC Ener Tech-Drilling & Production Co., Tianjin 300459,China
Abstract

With the optimum and fast development of drilling operations, the drilling cycle of shallow exploration wells in the Neogene is greatly shortened, resulting in difficulty to distinguish sandstone and mudstone, inaccurate lithology stratification and low coincidence rate of mud logging profiles. To solve this problem and achieve accurate construction of lithological profiles in the Neogene strata, the method of curve crossplot of SI index（the combined parameter of bit weight, torque and drilling time） and torque is proposed to construct mud logging profiles in real time, so that the real-time drawing of mud logging profiles can be carried out while drilling, achieving timely and efficient drawing of mud logging profiles and achieving fine lithologic layering. This method has been applied to more than 100 wells in Bohai Oilfield, and the coincidence rate of geological logging profiles has been increased by 15%-23%, laying a foundation for intelligent mud logging.

Keyword: Neogene; intelligence; stratigraphic profile; SI index; coincidence rate; ; lithological discrimination
0 引言

录井技术正处在全球科技创新空前密集活跃与油气勘探新领域更深、更广、更复杂的时代, 也处在地质工程一体化深度交融[1, 2, 3]与智能至上的时代, 既迎来了新的发展机遇, 也面临巨大挑战。钻井技术在钻具使用、钻井参数、井身结构、井眼轨迹、岩石破碎方式及相应钻井液性能等方面的快速发展, 导致岩屑细碎、岩性混杂、岩屑定名描述及分层困难, 依据随钻采集岩屑所建立的地层岩性剖面难以真实反映地层情况, 故在地质导向、地层对比、油气层解释、物源分析等众多方面均存在偏差[4]。

渤海浅层探井作业存在周期短、节奏快的特点, 随着钻井优快技术的不断进步, 浅层探井钻井作业周期不断缩短, 对现场录井作业提出了更大的挑战。在钻井作业中, 浅层新近系地层的钻速超过200 m/h, 受岩屑返出迟到时间的影响, 不能实时绘制录井剖面; 岩屑颗粒细小, 使岩性定名困难; 钻速对岩性的反应不明显, 砂、泥岩钻速区别不大, 使岩性分层不准确[5, 6, 7, 8, 9]。由于传统的以岩屑实物定名、钻速分层归位的方法难以满足当前钻井作业地质录井的需要, 必须找出更多、更直观和更快捷的录井参数应用于地质录井中, 快速建立岩性剖面, 以适应现代录井的需要。

1 录井地层剖面的智能化建立

渤海油田新近系明化镇组油气显示活跃, 且具有开采价值, 地质录井岩性剖面质量直接影响到勘探效果及后期资料解释和勘探决策。因此, 地层岩性剖面建立的准确性, 即录井剖面符合率是一项重要的勘探参考指标, 但受多种因素影响, 很难保证新近系地层录井剖面符合率。渤海油田浅层探井录井剖面符合率一般在60.8%~83.4%, 平均为70.0%, 符合率较低。主要原因是：一方面新近系地层砂岩疏松、泥岩黏软, 在钻井过程中钻速快, 井眼多存在扩径现象, 导致迟到时间和迟到深度变化快, 返出岩屑代表性极差; 另一方面, 地层埋藏深度浅, 成岩性差, 钻井参数响应不明显, 传统的“ 低压高扭快钻时” 划分砂岩方法并不适用, 并且烃源岩并未达到生烃门限, 普遍存在气测值低、异常幅度不明显的特点[10, 11, 12]。

为解决这项难题, 实现新近系地层岩性剖面的高效、准确构建, 放弃传统参考单一曲线分层方法, 首次提出SI指数与扭矩曲线交会方法进行实时录井剖面的构建, 跳出迟到时间的限制, 使录井剖面绘制可以随钻实时进行, 做到了录井剖面绘制及时高效, 实现了精细化岩性分层, 切实提高了新近系地层浅层录井剖面符合率, 并为智能化录井地层岩性剖面绘制工作奠定了基础。

1.1 优选参数创建SI指数

创建SI指数目的是为了通过参数优选, 降低干扰因素, 放大参数变化, 以期切实反映钻头正钻地层岩性变化, 实现剖面快速、精准构建。在浅层钻井过程中, 钻压、扭矩、钻时变化能够反映地层岩性。一般情况下, 钻遇砂岩地层钻压降低、扭矩升高、钻时降低, 即“ 低压高扭快钻时” , 但在实际应用中发现, 该规律对于井深大于2 000 m的地层适用性较好, 对于井深小于2 000 m的地层适用性较差, 主要是因为地层埋藏浅, 地层成岩性差。

研究发现, 岩性变化敏感的钻井参数主要是钻压、扭矩和钻时, 但是由于不同PDC钻头和提速工具的使用, 参数敏感性发生变化。为提高钻井参数适用性, 降低地层成岩较差、钻压控制不稳等影响, 考虑为各项钻井参数分别增加权值, 并对其进行作积处理即得SI指数：

SI＝W1+aT1+bR1+c

式中：W为钻压, t; T为扭矩, kN· m; R为钻时, min/m; a、b、c为各项权值, 无量纲。

1.2 SI指数的校正

根据SI指数计算方法可以看出, SI指数受到钻压、扭矩、钻时3项因子影响, 其对于地层岩性变化响应程度有差异, 如果简单地把三者作积用来判断地层岩性, 将会弱化主要因子而强化次要因子, 因此需要通过增加权重系数来进行参数校正, 以期得到更为合理的公式。

为寻找合理的权重系数, 采用层次分析法将各项因子两两比较, 寻找3项因子之间相对重要性关系。层次分析法是一种对复杂问题进行预测、决策、计划和系统分析, 将决策者的定性判断和定量计算有效结合起来的决策分析方法。其基本原理为：在系统分析过程中, 依据问题的性质或需要把复杂的问题分解为若干有序层次, 然后根据对客观现实的认识和判断, 给出每一层次元素间相对重要性的定量表示— — 即所谓的构造比较判断矩阵, 再依据数学方法求出判断矩阵的最大特征根及其特征向量, 并依次确定每一层次内元素间的相对重要性次序的权值。在层次分析方法中, 用1、3、5、7、9及其倒数1、1/3、1/5、1/7、1/9表示两者之间的相对重要性, 1表示同等重要, 3表示稍微重要, 5表示明显重要, 7表示强烈重要, 9表示极端重要, 其中间值2、4、6、8表示重要性位于相邻两重要性之间[13, 14, 15]。根据钻压（W）、扭矩（T）、钻时（R）对于地层岩性变化响应的程度, 应用层次分析方法建立其相对重要性关系（表1）及比较判断矩阵（C）如下：

C＝1511/511/5151

表1 各因子相对重要性关系

计算归一化特征向量如下：

ω＝0.450.100.45T

由层次分析法理论公式 Cω＝λω, 计算最大特征根 λ。

Cω＝1.40.281.4T

λ＝131.40.45+0.280.1+1.40.45≈3.01

依据层次分析表[16]随机一致性指标RI值为0.58, 一致性指标 CI＝λ-NN-1＝0.005（其中N为影响因子数量, 即N=3）, 检验其一致性：

CR＝CIRI≈0.01< 0.1

一致性通过, 权值合理, 由此确立校正后SI指数公式：

SI＝W1.45T1.1R1.45

1.3 SI指数与扭矩阈值范围调整

考虑到不同钻井平台、钻头尺寸、钻井液性能等原因, SI指数和扭矩曲线阈值范围会有所不同, 因此引入调整系数K值进行曲线交会质量控制, 调整SI指数阈值范围, 实现曲线交会快速调校。将K值调校方法定义为岩性划分剖面深度范围内SI指数平均值与扭矩（T）平均值之比（井段深度以50 m左右为宜）, 公式如下：

K＝∑dDSI/（D-d）/∑dDT/（D-d）

式中：D为井段底深; d为井段顶深。

一般情况下, 在不更换钻头时, 转化钻井液性能前后需要调整一次K值, 每钻进500 m需要调整一次K值; 更换钻头后需重新进行K值计算。其计算结果直接影响曲线交会效果。在操作过程中, 如果扭矩最大值设定为某一个值A, 则SI的最大值设定为KA（取整数）, 如表2所示。

表2 渤海油田垦利M/N区块扭矩与SI指数范围取值
1.4 SI指数与扭矩曲线交会法智能化划分岩性剖面

应用SI指数与钻井参数扭矩曲线实时交会成图, 划分岩性剖面。通过50口井曲线交会剖面与测井曲线和壁心岩性对比分析证实, 当扭矩曲线与SI指数曲线正向交会时, 地层岩性为砂岩, 应用黄色智能化充填; 反向交会时为泥岩, 应用绿色智能化充填。通过此方法可以获得随钻头深度实时同步的岩性剖面（图1）, 后续只需根据返出岩屑落实可疑深度岩性, 对岩性剖面进行微调, 可显著提高岩性剖面划分的准确度和工作效率。

图1 SI指数与扭矩曲线交会划分地层岩性剖面

2 应用效果

SI指数与扭矩曲线交会智能划分地层岩性剖面方法已广泛应用于渤海油田探井作业过程中, 为地质录井岩性剖面的划分提供了新的方法, 累计应用超100口井, 效果良好。

以KLM 7、KLM 4井为例, 在实钻过程中, 通过录井采集钻井参数后, 可快速计算得到SI指数, 并在随钻分析图中直接呈现, 可快速建立地层剖面。分别对比两口井SI指数与扭矩曲线交会录井剖面和测井后的完井剖面（图2）发现, SI指数剖面与测井曲线响应基本一致, 且砂、泥岩薄互层地层响应特征明显, 剖面符合率超过95%。

图2 SI指数与扭矩曲线交会剖面与测井完井剖面对比

渤海油田垦利和曹妃甸区块共有30余口井应用SI指数与扭矩曲线交会法进行岩性剖面划分, 应用效果显著, 800~2 000 m以内井段地质录井剖面符合率介于85%~93%之间, 较应用之前提升15%~23%（图3）。

图3 应用SI指数与扭矩曲线交会法录井剖面符合率统计

3 结论

应用SI指数与扭矩曲线交会法进行浅层探井岩性剖面划分成果显著, 证明其适用性比较强。曲线交会方法划分岩性可应用于实时录井, 数据采集后可直接进行SI指数计算, 在随钻图中实时呈现曲线, 省略了数据导出、计算、重新导入的繁琐步骤, 提高了SI指数的使用和推广价值。

本文所用SI指数公式应用层次分析方法进行的校正, 是基于渤海浅层钻井参数随地层变化响应敏感度进行的, 如钻遇其他岩性组合则要根据其对钻井参数影响敏感程度重新进行比较分析, 其权值结果必然会有所不同。

智能化录井是未来发展的必然趋势, SI指数与扭矩曲线交会方法将钻井参数更加合理地组合在一起, 弱化次要钻井参数, 强化主要钻井参数, 曲线交会图随钻头深度实时更新, 跳过迟到时间和迟到深度直接进行剖面绘制和井底岩性预测, 岩性剖面绘制更加高效, 形成了智能化录井的雏形。

编辑 陈 娟

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