引用本文
黄万国, 王长在, 李雅雯, 张会民, 陈贺, 余仟子. 盐水钻井液对录井的影响分析研究[J]. 录井工程, 2020,31(S1): 29-36.
HUANG Wanguo, WANG Changzai, LI Yawen, ZHANG Huimin, CHEN He, YU Qianzi. Analysis and research on the influence of brine drilling fluid on logging[J]. Mud Logging Engineering, 2020,31(S1): 29-36.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2020.S1.006  
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盐水钻井液对录井的影响分析研究
黄万国①, 王长在②, 李雅雯③, 张会民①, 陈贺①, 余仟子①
① 中国石油渤海钻探第一录井公司
② 中国石油大港油田分公司勘探事业部
③ 西南石油大学地球科学与技术学院

作者简介：黄万国 工程师,1986年生,2009年毕业于中国石油大学(北京)地质工程专业,现在中国石油渤海钻探第一录井公司从事现场录井技术服务工作。通信地址:300280 天津市大港油田三号院团结东路。电话:15122663600。E-mail:284859573@qq.com

摘要

针对深井、水平井广泛使用的盐水钻井液,分析了盐水钻井液侵入对电性特征的影响,并通过盐水钻井液侵入前后实验对比研究了盐水钻井液对录井分析结果的影响。实验发现:由于岩屑(心)在井筒内浸泡时间短,受盐水钻井液影响小,录井数据能准确地还原地层岩性、含油气性的真实特征。实践证明,在采用盐水钻井液钻探时,可充分利用录井技术的优势,在岩性识别、储集层解释评价以及随钻地质导向等方面发挥显著作用,更好地服务于油气田勘探开发。

关键词: 录井技术; 盐水钻井液; 岩性识别; 解释评价; 地质导向
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Analysis and research on the influence of brine drilling fluid on logging
HUANG Wanguo①, WANG Changzai②, LI Yawen③, ZHANG Huimin①, CHEN He①, YU Qianzi①
① No.1 Mud Logging Company,BHDC,CNPC,Tianjin 300280,China
② Exploration Deparment of PetroChina Dagang Oilfield Company, Tianjin 300280, China
③ School of Geoscience and Technology,Southwest Petroleum University,Chengdu,Sichuan 610599,China
Abstract

Aiming at the brine drilling fluid widely used in deep and horizontal wells,the influence of brine drilling fluid invasion on electrical characteristics was analyzed,and the influence of brine drilling fluid on logging analysis results was studied through experiments before and after brine drilling fluid invasion. Experiments showed that due to the short immersion time of cutting(cores)in the wellbore and little influence from brine drilling fluid,logging data can accurately restore the true characteristics of formation lithology and hydrocarbon bearing. It was proved that the advantages of logging technology can be fully utilized when using brine drilling fluid for drilling,which played a significant role in lithology identification,reservoir interpretation and evaluation,and geosteering while drilling,and was conductive to the exploration and development of oil and gas field.

Keyword: mud logging technology; brine drilling fluid; lithology identification; interpretation and evaluation; geosteering
0 引言

为了防止盐水侵入改变钻井液性能以及泥页岩地层水化造成井壁坍塌, 预防井下复杂事故发生, 从而达到保护储集层、钻井提速等目的, 盐水钻井液在深井、水平井应用越来越广泛[1, 2, 3]。由于盐水钻井液的侵入, 导致井筒周围地层流体饱和度、地层水矿化度、地层电阻率等反映径向剖面信息的参数发生了改变, 造成自然电位SP反向, 电阻率降低, 给油气水层的识别增加了困难[4], 对后期准确解释储集层造成了较大的影响。在采用盐水钻井液钻探时, 利用三维定量荧光、岩石热解以及气测录井等技术提高了对储集层的认识和解释评价能力, 降低了盐水钻井液对储集层解释评价的影响, 同时结合各项技术实现了水平井精准地质导向, 在油气田勘探开发过程中发挥了更加重要的作用。

1 盐水钻井液的界定及作用

在钻井工程上, 盐水钻井液使用矿化度(含盐量)来界定, 当钻井液矿化度超过1%时定义为普通盐水钻井液, 超过15%时定义为饱和盐水钻井液, 超过26%时定义为超饱和盐水钻井液, 超饱和盐水钻井液矿化度最高可达到40%[5]。地球物理测井常用钻井液电阻率(Rmf)与地层水电阻率(Rw)的比值来表示盐水钻井液电阻率的高低, 当钻井液矿化度超过1%及Rmf/Rw比值小于2.5时定义为盐水钻井液, Rmf/Rw比值大于2.5时为淡水钻井液[6, 7, 8]。由于具有高矿化度, 盐水钻井液具有强抑制性, 能有效抑制泥页岩水化, 保证井壁的稳定性, 同时盐水钻井液具有很强的抗盐侵、钙侵和抗高温能力, 主要应用于钻泥页岩易塌地层及盐岩层。盐水钻井液性能稳定, 具有低固相、低摩阻、低失水、流变性好等特点, 在钻井过程中能有效解决井壁坍塌、滑动脱压、钻头泥包等问题, 在深井、超深井、水平井应用越来越广泛。近年来, 在大港油田陆相页岩油井采用氯化钾配置的盐水钻井液较多, 在维护井壁稳定以及钻井提速方面应用效果显著。

2 盐水钻井液对地层电性特征的影响

在钻井过程中, 一般采用钻井液柱压力大于地层孔隙流体压力钻进。当渗透性地层被钻开时, 由于压差作用导致钻井液渗透侵入地层, 在侵入带将与地层内流体发生驱替、混合、扩散, 并因钻井液矿化度与地层流体矿化度不同而引起侵入带电性特征发生变化。由于盐水钻井液具有高矿化度, 造成负离子向低矿化度的地层扩散, 在盐水钻井液与地层接触面形成与淡水钻井液相反的扩散电动势, 造成SP反向呈正异常, 同时由于盐水钻井液矿化度大于地层水矿化度, 盐水钻井液侵入地层后使得孔隙内流体矿化度增加, 造成油气水层的电阻率均表现为降低, 侵入越深越难以反映原始地层的真实特性, 给油水层识别带来很大困难, 致使测井解释精度降低[9, 10, 11, 12]。

本文研究同一构造位置的3口井(图1), 其中, B 1601井是一口区域探井, 采用的是盐水钻井液, B 1601-1井、B 1601-2井采用的是聚合物钻井液, 该井组目的层2号储集层为低电阻率层, 电阻率介于1.757~5.965 Ω · m。

图1 盐水钻井液影响电性特征垂深对比图

通过对比发现:B 1601井受盐水钻井液影响自然电位SP呈明显正异常, 电阻率值相较其他两口井明显降低(表1), 且电阻率曲线形状特征发生改变, 深浅探测电阻率差值减小, 1号和2号储集层电阻率相当, 造成2号储集层电阻率特征接近于水层, 测井初期将B 1601井的2号储集层各砂层解释为水层, 但在试油过程中发现2号储集层为油层。

表1 电阻率对比
3 盐水钻井液对录井的影响
3.1 盐水钻井液对岩屑以及油气显示的影响

盐水钻井液具有较强的抑制性, 在抗井壁坍塌的同时, 能有效抑制岩屑水化分散, 使得井底返出的岩屑完整性好。盐水钻井液还有较好的流变性, 携砂能力强, 使得井底沉砂少, 返出的岩屑代表性强, 利用具有代表性的岩屑进行元素和X射线衍射全岩分析能定量识别岩性, 很好地解决PDC钻头的使用带来的岩性识别困难问题。在钻遇含油气性储集层时, 岩石破碎后连续返出, 采集到的含油显示岩屑量增加, 对利用三维定量荧光、岩石热解、岩石热解气相色谱技术发现微弱油气显示和超轻质油气显示较为有利。盐水钻井液除了井眼净化能力强外, 性能稳定, 钻井液中固相含量低, 摩阻系数低, 具有较好的润滑效果, 能有效解决滑动托压, 一定程度上减少了定向钻进过程中润滑剂的使用量, 降低了有机添加剂对录井发现油气显示的影响。

3.2 盐水钻井液对录井分析技术的影响

钻井液侵入是与时间相关的动态过程, 盐水钻井液对录井分析技术的影响主要体现在钻井液侵入对岩屑(心)孔隙内流体以及含油性的影响。岩屑在井筒内被浸泡的时间为1个迟到时间, 一般在0.5~2 h之间, 尽管受钻井液影响小, 但不能排除钻井液侵入以及有机添加剂的影响。因此, 需通过对比试验进一步分析盐水钻井液侵入对岩屑(心)岩性以及含油气性的影响。

3.2.1 对比试验方法

取同一区块不同层位、不同岩性、不同显示级别的密闭取心岩心样9个, 以相同性能的盐水钻井液分别浸泡后做元素分析、岩石热解分析, 从岩性和含油气性两个角度综合分析, 判断录井分析技术准确性以及盐水钻井液侵入对岩性和含油性的影响。浸泡时间以迟到时间作参考, 分别浸泡1、2、3 h, 分析模拟状态拟定为液柱压力与地层压力处于平衡状态。

3.2.2 元素分析对比

根据样品以及钻井液的性质, 通过分析砂泥岩敏感元素Si、Fe、Al的含量变化判断元素分析的准确性, 通过Cl元素含量变化分析钻井液侵入特征。从图2可以看出, 同一岩性的敏感元素含量变化与浸泡时间呈无规则变化, 变化范围介于-4.042%~2.220%之间, 平均为1.337%。在综合考虑岩性非均质性、仪器精度以及人工操作误差等情况下, 从对比数据值、变化趋势可以看出盐水钻井液对元素分析准确性影响小, 元素分析数据具有有效性、准确性。

图2 砂泥岩敏感元素含量对比

Cl离子含量可以反映矿化度高低, Cl离子由于具有很强的电子亲和力, 通过分析Cl元素含量变化可以间接反映盐水钻井液的侵入特征。

从图3可以看出, 在泥岩、页岩中Cl元素分析值变化随着浸泡时间增加而增大, 变化值介于0.023%~0.136%之间, 平均0.077%, 泥岩中变化幅度相对较大; 在砂岩中Cl元素含量变化随着岩石中流体饱和度增加而趋于平缓, 变化值介于-0.028%~0.088%之间, 平均0.023%。由于Cl元素整体含量低, 相对平均值变化低, 并不影响Cl元素在岩性识别过程中的应用。

图3 Cl元素含量对比

3.2.3 岩石热解分析对比

通过岩石热解派生参数含油气总量ST含量对比结果发现(图4):无油气显示的泥岩和砂岩岩心浸泡前后分析数据变化值介于-0.04~1.59 mg/g之间, 平均0.28 mg/g, 基本保持不变; 有油气显示的砂岩、页岩岩心浸泡前后分析值整体呈增长趋势, 总体变化值介于-2.46~4.86 mg/g之间, 平均2.21 mg/g, 变化值随着岩心的孔隙流体饱和度增加而减小。不同岩性的ST含量与显示级别变化一致。

图4 岩石热解分析ST含量对比

3.2.4 实验结论

上述实验数据对比表明:(1)盐水钻井液的侵入并不影响录井分析技术的准确性; (2)泥岩中Cl元素分析含量明显增高, 证明盐水钻井液对泥岩具有很强的抑制性, 且Cl元素随着岩心中流体饱和度增加而趋于稳定, 表明具有一定孔渗性和孔隙流体饱和度的岩心具有抗盐水钻井液侵入能力; (3)综合对比看, 无显示的岩心Cl元素含量变化大, 但ST含量基本无变化, 有显示的岩心Cl元素含量变化小, ST含量变化随显示级别变化而趋于平缓, 证明盐水钻井液中有机添加剂少, 盐水钻井液在短时间内对具有一定孔隙流体饱和度的岩心侵入强度小, 数据差异性除了受流体侵入烃类物质更易蒸发裂解影响ST含量变化因素外, 主要来自岩性非均质性、人工操作误差以及设备误差, 表明岩石热解技术具有一定的钻井液抗污能力[7]。

3.3 盐水钻井液对电导率的影响

综合录井的目的之一是通过对工程、地质、钻井液参数连续录取监测, 及时发现参数异常, 提出合理化建议, 确保钻井施工安全。一般情况下, 在采用淡水钻井液时, 油气侵会导致钻井液电导率降低, 水侵会导致钻井液电导率增高。对多口井不同类型钻井液的电导率统计(表2、表3)结果表明, 盐水钻井液的电导率远高于其他类型钻井液的电导率, 当地层流体进入井筒时, 盐水钻井液的矿化度受低矿化度流体的影响相对较大, 会导致盐水钻井液的电导率明显降低。通过对电导率的实时监测, 综合分析各参数变化, 能及时、直观地发现油气侵和水侵, 从而预防井控事故发生。

表2 无固相钻井液与硅基防塌钻井液电导率对比
表3 聚合物钻井液与盐水钻井液电导率对比
4 盐水钻井液的录井方法及优势
4.1 应用方法

盐水钻井液多应用于深井、水平井, 随着钻探难度增大, 对录井技术要求也相应提高。常规录井方法很难达到定量分析和精准解释的目的, 单一技术应用具有片面性, 受影响因素较多。为了满足现场生产需求以及提高对储集层研究的目的, 综合分析各技术应用特点和优势, 形成以元素分析为主体的岩性识别技术, 以气测、三维定量荧光、岩石热解录井为主体的含油气性识别和解释评价技术, 以技术组合的形式, 从多角度、多手段去解决岩性、含油气性两大问题, 实现准确解释评价储集层的目的, 并综合运用各项分析数据, 在随钻地质导向过程中及时、准确地判断层位, 调整轨迹, 从而确保准确入窗和优质储集层钻遇率。

4.2 应用优势及实例

4.2.1 准确解释评价储集层

盐水钻井液的侵入引起侵入带的自然电位以及电阻率发生变化, 给通过电性特征识别油气水层带来了很大困难, 致使测井解释精度降低。立足于盐水钻井液对录井分析技术准确性影响小的优势, 在利用气测录井能及时、快速、直接地发现油气显示的基础上, 运用三维定量荧光区分真假油气显示, 发现微弱油气显示, 并结合岩石热解技术评价储集层含油性, 实现定性向定量转变, 准确解释评价储集层。

实例1: B 1601井是一口区域探井, 目的层为B 1油层组, 采用的是盐水钻井液, 从图5可以看出:受盐水钻井液影响, 自然电位正异常, 电阻率变化不是很明显, 尤其是在②号小层, 深电阻率最高2.783 Ω · m, 根据电性特征测井将①、②、③小层均解释为水层。该3个小层在录井上的响应特征是:气测值偏低, 全烃最高1.601%, 但组分全, 湿度比Wh由3.2%↑ 8.5%; 三维定量荧光数据相较泥岩段对比级由1.5↑ 7.9级, 相当油含量由0.89↑ 75.1 mg/L, 油性指数由1.5↑ 1.9; 岩石热解分析数据3个小层产油气潜量Pg分别为:15.50、12.53、17.10 mg/g, 轻重比分别为1.7、1.8、1.8(图6)。结合多项分析数据, 综合分析解释评价3个小层分别为油气同层、差油层、油层。在完井方案讨论中, 录井坚持下套管测试该油层组, 最终获得38.8 t/d的工业油流。

图5 B 1601井综合解释图

图6 B 1601井三维定量荧光与岩石热解谱图

实例2:QB 17井为一口区域探井, 受盐水钻井液影响, 电阻率值以及曲线特征发生变化, 测井将4个砂层均解释为气层(图7)。录井在解释过程中发现该油层组三维定量荧光级别明显增高, ①号层对比级由5.8↑ 11.6, 相当油含量由17.07↑ 947.20 mg/L, 其他3个小层对比级别都在10级以上, 4个小层均表现为油层特征。结合气测数据综合分析, 解释评价①、②层为油气同层, ③、④层为油层。该油层组经5 mm油嘴试油, 产油68.7 t/d, 产气5.86× 104 m3/d, 与录井解释相符。

图7 QB 17井综合解释图

4.2.2 精准地质导向

在水平井钻探过程中, 仅依靠电阻率和伽马的电性特征指导入窗和水平段钻进存在对岩性识别和层位判断盲区。基于盐水钻井液井的岩屑代表性强, 盐水钻井液对录井分析技术准确性影响小的优势, 有效应用录井技术组合, 准确识别岩性和划分油气显示, 并综合分析对比, 在随钻地质导向过程中及时、准确地判断层位, 调整轨迹, 从而确保准确入窗和优质储集层钻遇率。

实例:G 10-10H井(图8)是一口页岩油评价井, 目的层C层, 在钻至4 836 m时发现电阻率降低, 地质导向分析判断钻穿“ 甜点” 高电阻率段C 1小层, 模拟地层发生下倾, 倾角约11° , 建议降斜至80° 钻进观察, 在钻至4 910 m C 4小层时仅依据电阻率、伽马数据无法区分岩性, 判断具体层位, 通过录井分析数据精准定名岩性发现C 4小层灰黑色荧光泥岩与C 2小层灰黑荧光泥岩出现重复, 综合判断在C 3小层4 888 m井眼轨迹开始朝上部地层折返, 在钻至4 950 m时定名岩性为灰黑色油迹灰质泥岩, 钻回至高电阻率段C 1小层。基于分析数据的准确性, 精准识别岩性、定级显示、划分层位, 为现场施工提供了具有指导性和客观性的调整方案, 减少了地层构造变化导致优质储集层钻遇率降低的风险。

图8 G 10-10H随钻录井图

5 结论与认识

(1)盐水钻井液对岩屑(心)的岩性以及含油气性特征影响较小, 对录井分析结果的准确性影响亦较小, 通过录井分析数据能够还原地层真实岩性以及含油气特征。

(2)通过对盐水钻井液电导率的实时监测, 综合分析各项参数变化, 综合录井能更加直观、及时地发现油气水侵异常, 确保井控安全。

(3)在采用盐水钻井液钻探的井, 采用录井技术组合分析提高了岩性识别、层位判断以及综合解释评价能力, 在随钻地质导向过程中能及时、准确地提出合理化施工建议, 保障了优质储集层钻遇率。

随着钻探技术的提高, 录井受钻井工艺、钻井液影响因素增多, 近年来不断引进、完善各项技术, 逐步朝着更及时、更有效、更真实方向发展, 改变了过去数据支持少、经验为主的作业模式, 录井技术在油气田勘探开发过程中发挥了越来越重要的作用。

(编辑 王丽娟)

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