王刚
, 杨绍存, 周勇平, 安春华, 赵慧霞, 饶鹏, 李特, 李荣贵
中国石油渤海钻探第一录井公司
Wang Gang, Yang Shaocun, Zhou Yongping, An Chunhua, Zhao Huixia, Rao Peng, Li Te, Li Ronggui
中图分类号: TE132.1
文献标识码: A
责任编辑:
收稿日期: 2019-04-16
网络出版日期: 2019-06-25
版权声明: 2019 《录井工程》杂志社 《录井工程》杂志社 所有
作者简介:
作者简介 王刚 工程师,1984年生,2008年毕业于中国石油大学(华东)地质学专业,现在中国石油渤海钻探第一录井公司综合解释评价中心从事录井解释评价工作。通信地址:300280 天津市大港油田团结东路第一录井公司。电话:(022)25919811。E-mail:wanggang028@cnpc.com.cn
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摘要
随钻气测录井在现场发现油气显示和后续录井资料解释评价中发挥着重要作用,但是受到现场多重客观因素的影响,使其在录井解释评价中的说服力受到一定程度的影响。为研究掌握水基钻井液密度、粘度对于随钻气测全烃的影响规律,通过优选可对比井组、层位,并对其展开研究,得出了水基钻井液密度、粘度对随钻气测全烃检测值的影响规律,并将其与大庆钻探地质录井一公司实验成果进行一致性比对,旨在增强研究成果说服力,加深录井解释人员对于钻井液密度、粘度对气测全烃检测值影响规律的认识和把握。为检验研究成果的适用性,以大港油田新近完井的两口井为对象做了验证性应用,取得了较好效果。
关键词：
Abstract
Gas logging while drilling plays an important role in the field discovery of show of gas and oil and subsequent interpretation and evaluation of mud logging data. However, due to the influence of multiple objective factors in the field, its persuasion in mud logging interpretation and evaluation is affected to a certain extent. In order to master the effects of density and viscosity of water-based drilling fluid on total hydrocarbon of gas logging while drilling, the effects of density and viscosity of water-based drilling fluid on total hydrocarbon of gas logging while drilling were obtained by optimizing the comparable well groups and horizons and conducting research on them. The consistency between the research results and the experimental results of Daqing Drilling & Exploration Engineering Corporation No.1 Geo-Logging Company was compared to enhance the persuasion of the research results and to deepen the interpretation technicians'understanding and grasp of the effects of density and viscosity of water-based drilling fluid on total hydrocarbon detection value of gas logging while drilling. In order to test the applicability of the research results, 2 newly completed wells in Dagang Oilfield were taken as the object of verification, and good results have been obtained.
Keywords：
气测录井在发现油气显示和录井资料解释评价中发挥着重要作用,但随钻气测录井在现场又受到很多因素的影响,其中钻井液密度、粘度的变化对于同层位地层气测异常的影响最容易被录井解释评价技术人员关注并提及。在本文研究之前,大庆钻探地质录井一公司的技术人员通过严密的科学实验,研究了实验室环境下不同钻井液体系下密度、粘度对相当于由纯“破碎气”构成的气测全烃的影响规律,但钻井液密度、粘度对真实地层随钻气测全烃影响的相关研究文献鲜见。渤海钻探第一录井公司解释评价技术人员即着眼于此,研究了现场作业环境下水基钻井液密度、粘度对同层位地层随钻气测全烃的影响规律。
气测录井是从安置在振动筛前的脱气器获得从井底返回的钻井液所携带的气体,通过色谱分析法对其进行组分和全烃含量的检测和编录,从而判断油气层的录井技术[1]。
按气测录井方式可将气测录井分为随钻气测和循环气测[2]。随钻气测是在钻进过程中测得的钻井液中的气体组分含量,循环气测是在钻井液静止后再循环时测得的钻井液中的气体组分含量,本文所研究的对象为随钻气测全烃。
随钻气测全烃由岩石破碎所释放的“破碎气”、压差作用下扩散到井筒内的“扩散气”和浓度差作用下渗透到井筒内的“渗透气”组成,不同于循环气测仅由“扩散气”和“渗透气”构成。在破碎气、扩散气和渗透气的共同作用下,含烃地层出现气测异常,全烃值升高,从而发挥随钻气测录井第一时间发现油气层的作用。
随钻气测录井作用显著,但在现场却受到多方面因素的影响(图1),如钻速、钻头尺寸等工程因素,地层压力、储集层物性等地层因素,脱气器脱气效率等设备因素,钻井液类型、密度、粘度、排量等钻井液因素。同层位油气层在不同钻井条件下,会产生不同强度的随钻气测全烃异常。为确保研究结论的可靠性,必须保证研究层组所经受的其他影响因素尽可能一致。
为尽可能保证影响因素一致,在水基钻井液体系前提下,明确了对比层组选取原则:
(1)对比层必须是砂岩储集层,以消除缝洞类储集层储集空间分布不均而造成的随钻气测全烃异常幅度差异。
(2)对比层应几乎处在同一构造高程,以消除因压力差造成的随钻气测全烃异常幅度差异。
(3)对比层应物性较好,以尽可能消除因储集层非均质性给随钻气测全烃异常带来的差异。
(4)对比层气测应基本不受混原油、混石墨的钻井液影响,以排除外来烃类气体对随钻气测全烃的干扰。
(5)对比层应处于直井段或井斜度较小井段,以尽可能消除井斜对随钻气测全烃异常幅度的影响。
(6)对比层必须有较为明显的气测异常,以保证随钻气测全烃确由破碎气、扩散气和渗透气组成,避免地层被钻井液完全“压死”导致气测异常不具有对比意义的情况。
(7)对比层最好是用同一台录井仪承录,且所用脱气器型号相同。
根据上述7点原则,研究人员对于大港油田近十年来的100组原井眼或侧钻井眼进行了筛选,最终从中筛选出7组井组的13套对比层,作为水基钻井液密度和粘度对随钻气测全烃检测值影响规律的研究对象。
通过对大量钻井液性能参数的统计发现,在钻井现场,伴随钻井液密度的升高或降低,几乎必然会引起钻井液粘度的升高或降低;此外,大量的事实已经表明一个基本规律,即相较钻井液密度,钻井液粘度对随钻气测全烃检测值的影响要远小于钻井液密度变化造成的影响。在密度增大、粘度增大的情况下,虽然粘度在一定范围内的提高有助于阻止烃类气体的逸散从而增大全烃检测值(尽管粘度增加不利于脱气器脱气,但研究表明在一定范围内的粘度增加确实引起了全烃检测值的升高[3]),但事实上,对于非高压地层,伴随钻井液密度的增加必然导致同层位气测检测值的明显降低;同样,对于密度下降、粘度下降这种情况,虽然粘度的下降会导致烃类气体更加容易逸散从而引起气测异常降低(尽管粘度降低有利于脱气器脱气,但研究表明在一定范围内的粘度降低确实引起了全烃检测值的下降[3]),但伴随钻井液密度下降而来的却是同层位气测异常的明显升高。基于上述两点,研究人员在开展钻井液密度对于随钻气测全烃影响的研究时,忽略钻井液粘度的变化对于随钻气测全烃的影响。
明确了这一前提之后,密度对全烃影响研究的基本思路即为:基于上述对比层选取的7点原则,通过对所挑选井组同层位地层在不同钻井液密度下的随钻气测全烃检测值变化规律进行研究,从而得出密度对于随钻气测全烃的影响规律。
由于钻井液粘度对随钻气测全烃影响的研究必须基于相同的钻井液密度,粘度对随钻气测全烃影响研究的基本思路即为:在上述所明确7点原则的基础上,增加钻井液密度一致这一原则,通过对所挑选井组同层位地层在不同钻井液粘度下随钻气测全烃检测值的变化规律进行研究,从而得出粘度对于随钻气测全烃的影响规律。
对13套对比层中8组数据进行整理分析得到密度变化对随钻全烃影响数据(表1)。根据数据分析,分别作出水基钻井液密度增量变化和增幅变化对随钻气测全烃影响的分析图板(图2、图3)。
表1 水基钻井液密度变化对随钻全烃影响数据分析
| 井号 | 斜深/垂深 /m | 岩性 | 钻时/ (min·m-1) | 全烃 /% | 密度/ (g·cm-3) | 粘度 /s | 密度增加量/ (g·cm-3) | 密度 增幅/% | 全烃下降 量/% | 全烃 降幅/% |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| G 17104 G 17104原 | 2 963/2 938 2 966/2 943 | 浅灰色荧光细砂岩 浅灰色泥质砂岩 | 2.6 2.6 | 2.143 2 9.792 3 | 1.38 1.25 | 50 48 | 0.13 | 10.40 | 7.649 1 | 78.11 |
| G 17104 G 17104原 | 2 982/2 956 2 981/2 962 | 浅灰色荧光细砂岩 | 3.0 1.5 | 9.711 7 56.418 2 | 1.38 1.25 | 50 48 | 0.13 | 10.40 | 46.706 5 | 82.79 |
| B 837-5 B 837-5原 | 2 574/2 398 2 597/2 398 | 浅灰色荧光细砂岩 | 3.3 3.7 | 2.963 0 5.548 0 | 1.25 1.18 | 50 46 | 0.07 | 5.93 | 2.585 0 | 46.59 |
| X 8-21 X 8-21原 | 954/885 938/886 | 浅灰色细砂岩 浅灰色荧光细砂岩 | 0.3 | 1.046 5 1.917 7 | 1.25 1.24 | 44 42 | 0.01 | 0.81 | 0.871 2 | 45.43 |
| X 8-21 X 8-21原 | 983/909 959/907 | 浅灰色细砂岩 浅灰色荧光细砂岩 | 0.3 0.4 | 1.361 2 3.144 7 | 1.26 1.24 | 44 42 | 0.02 | 1.61 | 1.783 5 | 56.71 |
| X 5-6-5 X 5-6-5原 | 1 367/1 316 1 368/未测 | 浅灰色荧光细砂岩 | 6.4 7.5 | 3.079 0 1.725 0 | 1.50 1.52 | 55 | 0.02 | 1.33 | 1.354 0 | 43.98 |
| X 13-9-5 X 13-9-5原 | 848/838 847/未测 | 浅灰色油迹细砂岩 | 0.7 1.0 | 8.052 0 26.690 0 | 1.31 1.28 | 45 40 | 0.03 | 2.34 | 18.638 0 | 69.83 |
| X 13-9-5 X 13-9-5原 | 800/790 802/未测 | 浅灰色荧光细砂岩 | 0.4 0.5 | 0.715 0 2.571 0 | 1.34 1.28 | 45 40 | 0.06 | 4.69 | 1.856 0 | 72.19 |
密度增量变化对随钻气测全烃影响的函数为:
y=12.21lnx+100.8 (r2=0.538)
式中:x为密度增加量,g/cm3;y为全烃变化幅度,%;r2为拟合优度确定系数。
密度增幅变化对随钻气测全烃影响的函数为:
y=11.88lnx+47.97 (r2=0.536)
式中:x为密度增加幅度,%;y为全烃变化幅度,%;r2为拟合优度确定系数。
综上所述,可以得出水基钻井液密度对于随钻气测全烃的影响规律为:在其他影响因素基本一致的前提下,随着钻井液密度的增加,随钻气测全烃检测值下降;即便是较小的密度增加量或者增幅,也会对随钻气测全烃检测值带来较大的降幅。同时,根据拟合公式也可对同层位地层随钻气测全烃进行密度 “回归”校正计算,进而进行气测对比。
对13套对比层中的第9至13组数据进行整理分析得到粘度变化对随钻全烃影响数据(表2)。
表2 水基钻井液粘度变化对随钻全烃影响数据分析
| 井号 | 斜深/垂深 /m | 岩性 | 钻时 /(min·m-1) | 全烃 /% | 密度 /(g·cm-3) | 粘度 /s | 粘度增 加量/s | 全烃增 加量/% | 粘度增 幅/% | 全烃增 幅/% |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| X1603原 | 918/918 | 1.1 | 11.827 | 1.15 | 36 | |||||
| X1603 | 919/919 | 浅灰色荧光细砂岩 | 1.4 | 26.086 | 1.15 | 39 | 3.00 | 14.26 | 8.33 | 120.56 |
| X 1603原 | 1 032/1 028 | 0.9 | 2.417 | 1.15 | 36 | |||||
| X 1603 | 1 033/1 033 | 浅灰色荧光细砂岩 | 1.3 | 3.329 | 1.15 | 39 | 3.00 | 0.91 | 8.33 | 37.73 |
| GQ 9-17原 | 1 228/1 197 | 浅灰色荧光细砂岩 | 0.7 | 2.380 | 1.15 | 42 | ||||
| GQ 9-17 | 1 218/1 198 | 浅灰色细砂岩 | 1.6 | 1.520 | 1.15 | 40 | 2.00 | 0.86 | 5.00 | 56.58 |
| GQ 9-17原 | 1 235/1 204 | 浅灰色荧光细砂岩 | 1.0 | 2.800 | 1.15 | 42 | ||||
| GQ 9-17 | 1 223/1 203 | 浅灰色细砂岩 | 3.9 | 1.141 | 1.15 | 40 | 2.00 | 1.66 | 5.00 | 145.40 |
| GQ 9-17原 | 1 389/1 351 | 0.2 | 3.270 | 1.15 | 42 | |||||
| GQ 9-17 | 1 386/1 355 | 浅灰色荧光细砂岩 | 1.4 | 1.276 | 1.15 | 40 | 2.00 | 1.99 | 5.00 | 156.27 |
考虑到数据的有限性,在此不对粘度变化对随钻气测全烃的影响规律进行函数提取和强调,仅总结其影响规律为:在一定的粘度范围内(研究所选用对比层的水基钻井液粘度分布区间为36~42 s),对于同一层位地层,随着钻井液粘度的增加,随钻气测全烃检测值升高。
在本研究进行之前,大庆钻探地质录井一公司已通过严密的科学设计和实验装置开展了钻井液密度、粘度对气测全烃检测值影响的实验研究,并得出了一些对于指导气测解释甚至指导现场钻井液性能配置至关重要的认识和结论。将本文研究成果与大庆钻探地质录井一公司实验成果进行一致性比对,可进一步加深录井解释人员对钻井液密度、粘度对气测全烃检测值影响规律的认识和把握。
3.3.1 大庆录井实验结论
大庆钻探地质录井一公司利用模拟钻井液循环过程装置(图4),通过配置不同密度(1.15、1.20、1.25 g/cm3)下不同粘度(40、55、60、70、85、100 s)的水基钻井液,开展了钻井液密度、粘度对不同含气浓度(4.4%、8.8%、17.6%、26.4%)钻井液气测全烃的影响规律研究,得出了如下结论:
(1)随钻井液粘度的增加,全烃检测值增加,当粘度达到一定时检测值最大,之后,随着粘度增加检测值降低。虽然全烃检测值最大时,钻井液粘度不尽相同,但主要分布在70~85 s,即钻井液粘度为70~85 s时,钻井液的脱气效果最好[3]。
(2)随钻井液密度的增加,全烃检测值降低,当密度达到1.20 g/cm3时检测值最小,之后,随着密度增加检测值升高[3]。
在此,必须说明的一点是:大庆钻探地质录井一公司(大庆录一)实验研究的对象从全烃构成角度来说仅相当于由纯“破碎气”构成的全烃,不涉及任何地层扩散气和渗透气,换言之即该实验研究了不同密度、粘度水基钻井液对于脱气器脱气效果的影响。明确这一点,对于研究结论的比对是重要的。
3.3.2 水基钻井液密度对全烃影响结论比对
总体上,渤海钻探第一录井公司(渤钻一录)的研究对象和大庆录一的研究对象不尽相同,适用对象亦有所区别,因而水基钻井液密度对全烃检测值影响的结论二者不具有可对比性(表3)。
表3 水基钻井液密度对全烃检测值影响结论比对
| 比对项目 | 渤钻一录 | 大庆录一 |
|---|---|---|
| 研究对象 | 基于水基钻井液,包含了破碎气、扩 散气、渗透气在内的实钻地层全烃 | 基于水基钻井液,固定含气浓度钻井液内的全烃 (可视为对由纯破碎气构成的全烃基值的研究) |
| 研究所涉及水基钻 井液密度分布区间 | 1.24~1.32 g/cm3为主 | 定值:1.15、1.20、1.25 g/cm3 |
| 研究结论 | 随水基钻井液密度的增加,同层 位地层随钻全烃检测值下降显著 | 水基钻井液密度在1.15~1.20 g/cm3之间时,随密 度的增加,全烃检测值逐渐下降;在1.20~1.25 g/cm3 之间,随密度增加,全烃检测值小幅增加 |
| 结论差异性分析 | 扩散气、渗透气包含在研究对象中, 更多反映密度对压差扩散气的影响, 可用来解释实钻同层地层气测异常 差异原因 | 不包含扩散气、渗透气的影响,研究结 论反映同层位全烃基值随钻井液密度、 粘度变化规律 |
| 适用性 | 主要适用于其他影响因素基本一致 但钻井液密度不同、有较明显气测 异常的实钻同层位地层间随钻气测 全烃的校正、对比 | 主要适用于其他影响因素基本一致但钻井 液密度不同的同层位地层间气测全烃基值的 比对, 可在一定程度上定性反映地层含烃 浓度的变化 |
3.3.3 水基钻井液粘度对全烃影响结论比对
总体而言,渤钻一录与大庆录一关于水基钻井液粘度对气测全烃检测值影响的研究成果一致性较好,详见表4。
表4 水基钻井液粘度对全烃检测值影响结论比对
| 对比项目 | 渤钻一录 | 大庆录一 |
|---|---|---|
| 研究对象 | 基于水基钻井液,包含了破碎气、扩 散气、渗透气在内的实钻地层全烃 | 基于水基钻井液,固定含气浓度钻井液内的全烃 (可视为对由纯破碎气构成的全烃基值的研究 ) |
| 研究所涉及水基钻 井液粘度分布区间 | 36~42 s | 定值:40、55、60、70、85、100 s |
| 研究结论 | 随水基钻井液粘度的增加,同层 位地层随钻全烃检测值升高 | 水基钻井液粘度在70~85 s之间某一值时, 全烃检测值增加至最大,之后随着粘度的增加, 全烃检测值有所下降 |
渤钻一录研究的粘度区间仅是大庆录一研究区间的一部分,在这一部分内双方的研究结论是一致的,并且在其他影响因素基本一致、钻井液密度一致的前提下,均可用来说明粘度对于气测全烃检测值造成的影响。
为检验研究成果的适用性,渤钻一录解释评价技术人员以大港油田新近完井的两口井为对象进行了实验性应用。ZHH 31-38井在2018年12月26日揭开沙二段目的层后,随钻气测全烃检测值为8.73%,明显低于邻井ZHH 31-37井同层位地层55.27%的随钻气测全烃值(图5) ,这给寄厚望于该层位的建设方心理蒙上了一丝阴影。
为弄清两井随钻气测全烃值异常差异的原因,解释人员在确定两井其他影响因素基本一致仅钻井液密度有所不同的前提下,开展了密度对两井沙二段目的层气测全烃检测值的归一化校正、对比。以ZHH 31-37井1.32 g/cm3钻井液密度下全烃为基准对ZHH 31-38井1.35 g/cm3钻井液密度下全烃进行校正,经过计算,ZHH 31-38井目的层位全烃在1.32 g/cm3钻井液密度条件下检测值“恢复”为23.30%左右(表5),结合对组分配比关系及其他录井资料的分析,最终解释该层为油层,打消了建设方疑虑。
表5 ZHH 31-38井与ZHH 31-37井沙二段目的层随钻气测全烃校正比对
| 井号 | 斜深/垂深 /m | 随钻全烃 检测值/% | 钻井液密度 /(g·cm-3) | 钻井液 粘度/s | 按1.32(g·cm-3) 密度增量校正后 全烃/% | 按1.32 (g·cm-3) 密度增幅校正后 全烃/% | 差距分析 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ZHH 31-38 | 3908/2969 | 8.73 | 1.35 | 62 | 23.22 | 23.37 | 构造高程影响 |
| ZHH 31-37 | 3776/2961 | 55.27 | 1.32 | 53 | 55.27 | 55.27 | / |
本文研究所依据的现场数据虽然较为有限,水基钻井液密度对随钻气测全烃影响曲线拟合的确定系数(r2)也不算高,但是通过研究,依然可以确定在其他影响因素较为一致的前提下,水基钻井液密度、粘度对同层位储集层随钻气测全烃检测值的影响规律为:(1)随钻井液密度的增加,随钻全烃检测值降低,且较小的密度增加量即可带来较大的随钻气测全烃降幅; (2)随钻井液粘度的增加,随钻气测全烃检测值升高;(3)相较于钻井液粘度,钻井液密度对随钻气测全烃检测值的影响更大、更显著,在钻井液密度和粘度均发生变化时,钻井液粘度对随钻气测全烃的影响几乎可以不予考虑。
此外,必须说明强调的是,以上规律的成立和应用必须基于2.1节所明确的对比层选取原则,且对比层随钻气测全烃检测值不能过高(具体界限值尚未确立),因为一旦随钻气测全烃检测值过高,说明地层压力已经接近甚至超越钻井液当量密度,在这种近乎“超临界”情况下,小幅度增加钻井液密度或许已经无法抑制地层压力的释放。
The authors have declared that no competing interests exist.
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钻井液粘度、密度对气测全烃检测值影响的模拟实验 [J].Simulation experiment on the influence of drilling fluid viscosity and density on gas logging detection value of total hydrocarbon [J]. |
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