引用本文
隋泽栋, 黄国荣, 徐永华, 李秀彬, 解俊昱, 金庭科. 油基钻井液对气测录井解释方法影响的实验分析及研究——以准噶尔盆地南缘地区为例[J]. 录井工程, 2023,34(1): 68-75.
SUI Zedong, HUANG Guorong, XU Yonghua, LI Xiubin, XIE Junyu, JIN Tingke. Experimental analysis and study of gas logging interpretation method under the condition of oil-based drilling fluid：A case from the southern margin area of Junggar Basin[J]. Mud Logging Engineering, 2023,34(1): 68-75.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2023.01.011  
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油基钻井液对气测录井解释方法影响的实验分析及研究——以准噶尔盆地南缘地区为例
隋泽栋①, 黄国荣②, 徐永华②, 李秀彬①, 解俊昱①, 金庭科①
①中国石油西部钻探录井工程分公司（地质研究院）
②中国石油新疆油田分公司勘探事业部

作者简介： 隋泽栋 高级工程师,1986年生,2009年毕业于中国石油大学（华东）勘查技术与工程专业,现在中国石油西部钻探录井工程分公司（地质研究院）从事录井新技术与解释评价新方法研究工作。通信地址：834000 新疆克拉玛依市克拉玛依区南新路2号。电话：15209900717。E-mail：sunzdkl@cnpc.com.cn

收稿日期: 2023-01-17
基金: 中国石油集团公司重大科技项目“自动化/智能化钻井技术与装备研究”之课题3“录井自动采集智能分析关键技术与装备研究”（编号：2021DJ4303）; 中国石油西部钻探科技项目“阜康断裂带深层录井智能油气评价技术研究”（编号：2022XZ303）
摘要

准噶尔盆地南缘地区山前构造复杂,新近系、古近系地层伊/蒙混层发育,水敏性强,为保障钻井安全普遍使用油基钻井液,钻井液中的白油或柴油会吸附气测组分,影响录井过程中油气显示识别,并造成气测解释困难。通过油基钻井液吸附气测组分实钻井分析和油基钻井液吸附气测组分实验分析,揭示了油基钻井液吸附气测组分的机理,提高了对油基钻井液条件下气测显示的地质认识;通过挖掘提取南缘地区高压储层气测显示表征参数,结合油基钻井液条件下气测组分特征参数,建立了南缘地区油基钻井液条件下气测解释方法。该方法在南缘地区新井初步应用4井5层,解释符合率达80%以上,具有一定的推广应用价值。

关键词: 油基钻井液; 气测录井; 吸附; 饱和; 能量系数; 解释评价; 准噶尔盆地南缘
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Experimental analysis and study of gas logging interpretation method under the condition of oil-based drilling fluid：A case from the southern margin area of Junggar Basin
SUI Zedong①, HUANG Guorong②, XU Yonghua②, LI Xiubin①, XIE Junyu①, JIN Tingke①
①CNPC XDEC Mud Logging Branch Company （Geological Research Institute）, Karamay, Xinjiang 834000, China
②Exploration Division of PetroChina Xinjiang Oilfield Company, Karamay, Xinjiang 834000, China
Abstract

In the southern margin of Junggar Basin, the thrust belt is complex with the developed mixed-layer of illite and montmorillonite from the Neogene and Paleogene formation. The water sensitivity is strong. In order to ensure the drilling safety, oil-based drilling fluids are commonly used. However, white oil or diesel oil in drilling fluids will adsorb the gas logging components, affect oil and gas identification in mud logging process, and cause difficulties in gas logging interpretation. Through the experimental analysis of adsorbed gas logging components under the condition of oil-based drilling fluid in drilled wells, the mechanism of adsorbed gas logging components is revealed, and the geological understanding on the gas logging display is improved. The gas logging interpretation method under the condition of oil-based drilling fluid in the southern margin area is built by extracting characterization parameters of high pressure reservoir and by combining characteristic parameters of gas logging components. This method is first applied to 5 layers of 4 wells in the southern margin area, and the interpretation coincidence rate is more than 80%, which has a good popularization and application.

Keyword: oil-based drilling fluid; gas logging; adsorption; saturation; energy coefficient; interpretation and evaluation; the southern margin of Junggar Basin
0 引言

准噶尔盆地南缘地区地层可划分为上、中、下3套储盖组合, 其中位于昌吉凹陷呼图壁背斜的HT 1井在储盖下组合白垩系清水河组试获高产工业油气流[1]。气测录井作为油气发现的重要手段, 在该井油气发现中起到了重要作用。南缘地区发育逆冲推覆构造, 形成三排逆冲褶皱带, 构造变形复杂[2], 地层存在超压, 钻井施工中易发生卡钻、溢流、井漏等工程事故。为提高钻探时效, 油基钻井液在南缘地区钻井施工中广泛使用[3], 已成为该区域安全优快钻井的标配, 但油基钻井液对气测、岩屑、荧光、地化等录井资料影响较大, 严重影响了油气显示发现及解释评价[4]。

南缘地区油基钻井液以白油为主, 其主要化学成分为C16-C25的正、异构烷烃混合物, 根据相似相溶原理[5], 地层中的气态烷烃易溶解于白油中的烷烃, 造成油基钻井液吸附气测组分的现象, 使得采集气测数据时, 脱气器不能有效脱分溶解气, 导致实测气测组分明显低于水基钻井液条件下的数值, 因而影响了储层油气解释的准确性。为此, 采用实钻气测录井资料对比分析和油基钻井液吸附气测组分实验分析两种方法分析油基钻井液对气测组分的吸附程度, 得出油基钻井液对气测组分的吸附率, 并在此基础上结合南缘地区气测油气显示特征, 建立了适用于该区的油基钻井液气测解释模型, 有效提高了油基钻井液条件下的气测油气显示认识及解释评价效果。

1 油基钻井液吸附气测组分程度实钻井分析

收集研究区内已钻井TU 1井（水基钻井液）与LT 1井（油基钻井液）相同层段的基本信息及气测录井数据。TU 1、LT 1井均位于准噶尔盆地南缘冲断带霍玛吐背斜带吐谷鲁背斜, 两井相距0.24 km, TU 1井采用钾钙基聚磺水基钻井液钻井, LT 1井采用白油基钻井液钻井。TU 1井在井段1 607~1 642 m（井段①）试油为含油水层, LT 1井对应层段解释亦为含油水层; TU 1井在井段1 698~1 729 m（井段②）试油为油层, LT 1井对应层段解释亦为油层。如图1所示, 通过分别对比两井①②两段气测数据的差异, 来确定油基钻井液对气测组分的影响程度。

图1 油基钻井液与水基钻井液实钻气测吸附对比

1.1 含油水层气测组分吸附程度分析

两井井段①的流体性质均为含油水层, 水基钻井液（TU 1井）中的气测组分出全至nC5, 而油基钻井液（LT 1井）中气测组分仅出至nC4, 重组分iC5、nC5被完全吸附。在钻揭该段时, 由于TU 1井钻井液密度为1.84~1.88 g/cm3, LT 1井钻井液密度为2.04 g/cm3, 二者钻井液密度差异较大, 导致气测组分C1对比性差（图2）。为了便于对比井段①气测数据, 以LT 1井油基钻井液的C1均值为基准（黄色实线）, 平移TU 1井水基钻井液气测C1及其他组分均值数据（绿色实线）, 得到LT 1井油基钻井液校正气测数据（绿色虚线）。

图2 井段①实钻气测组分对比

利用校正后的气测数据可以粗略计算油基钻井液的气测组分C2减少了35%, C3-C4减少了58%以上, 气测重组分比例（C4+C5）/∑ C由水基钻井液的0.243%下降至油基钻井液的0.076%, 下降幅度达69%。

1.2 油气层气测组分吸附程度分析

两井井段②的流体性质均为油层, 两井气测组分均出全至nC5, 但油基钻井液中气测组分含量值均明显小于水基钻井液的气测组分值（图3）。钻揭该井段时, TU 1井钻井液密度为1.98 g/cm3, LT 1井钻井液密度为2.06 g/cm3, 二者钻井液密度差别不大, 具有一定的可比性。取该井两段气测组分的平均值, 计算出油基钻井液中C1减少了23%, C2减少了51%, C3-C4减少了80%以上, C5减少了95%以上, 重组分比例（C4+C5）/∑ C由水基钻井液的0.598%下降至油基钻井液的0.042%, 下降幅度达93%。

图3 井段②实钻气测组分对比

综上可得出两点结论：一是油基钻井液明显吸附气测组分, 吸附程度随碳数增加而增强; 二是油基钻井液对储层中不同流体性质气测组分的吸附程度有差异性。即当储层为含油气性较差的含油水层时, 油基钻井液会完全吸附气测C5重组分, 而储层为油层时, 气测中仍可检测出一定量的C5重组分。

2 油基钻井液吸附气测组分程度实验分析

为进一步证实油基钻井液对气测组分的吸附程度, 以及油基钻井液吸附气测组分何时达到饱和, 本研究设计了两组实验：一是清水、水基钻井液、油基钻井液对不同浓度的标准气组分吸附程度的对比实验; 二是油基钻井液吸附标准气的饱和实验。

2.1 标准气吸附程度对比实验

2.1.1 实验流程

实验前对气测色谱仪进行了标定。在5 L实验装置瓶中注入3 L清水排空空气, 静置30 min, 瓶内未见空气, 实验密封性较好, 可确保实验数据真实可靠。

标准气吸附程度对比实验流程如图4所示。首先在5 L实验装置瓶中充液3 L（图4a）, 排空瓶内空气（图4b）后, 分别注入两种不同浓度（0.1%、1%）的2 L标准气（图4c）, 并按迟到时间（3 h）倒立装置瓶静置吸附（图4d）, 最后抽取被吸附后的气体（图4e）进行色谱分析。

图4 标准气吸附程度对比实验流程

2.1.2 实验结果

对被吸附后的两种不同浓度的标准气进行色谱分析, 最终标准气吸附程度对比实验数据如表1所示。初步分析表明：因水中气体组分溶解度很小, 气体组分在与清水及水基钻井液动态接触的过程中, 很容易被吸附达到饱和; 清水更容易吸附溶解C1、C2; 由于数据采集存在系统误差, 与标准气组分对比, 水基钻井液对气测组分及重组分的影响可以忽略, 水基钻井液中测得的气测组分能够真实反映地层含油气性。因此, 以水基钻井液为基准, 创建了油基钻井液气测组分吸附率（ƒ n）的计算公式。

表1 标准气吸附程度对比实验数据

${{f}_{n}}=\frac{{{C}_{n水基}}\ \ \ \ \ -\ {{C}_{n油基}}}{{{C}_{n水基}}}\ \ \ \ \ $ （1）

式中：ƒ n为油基钻井液气测组分吸附率, %; Cn水基为水基钻井液气测组分值, %; Cn油基为油基钻井液气测组分值, %。

对比清水、水基钻井液、油基钻井液对标准气吸附后的组分数据, 如图5所示, 证明油基钻井液会明显吸附气测组分, 水基钻井液及清水对气测组分无明显吸附作用。由油基钻井液中测得的气体组分可见（表1）, 两种不同浓度的标准气被吸附程度基本相当, 计算得出C1被油基钻井液吸附10%左右, C2被吸附35%左右, C3被吸附70%左右, C4被吸附90%左右, C5被吸附97%以上; 气测重组分比例（C4+C5）/∑ C方面, 0.1%标准气由57.0%下降至11.8%, 下降幅度79%, 1%标准气由44.4%下降至9.4%, 下降幅度78.8%。

图5 清水、水基钻井液、油基钻井液对标准气吸附程度对比实验分析

2.1.3 气测组分的恢复校正

为还原地层原始状态下的真实气测组分数据, 对油基钻井液条件下的气测组分进行恢复校正, 以水基钻井液状态下测得的气测数据为地层真实数据, 建立油基钻井液气测组分恢复公式如下：

${C}_{n恢复}\ \ =\frac{{C}_{n油基实测}}{1-{f}_{n}}\ \ \ \ \ \ \ \ \ $ （2）

式中：Cn恢复为油基钻井液气测组分恢复校正值, %; Cn油基实测为油基钻井液中采集的气测组分值, %。

由于实钻中气测值受钻速、地层压力及钻井液密度等因素影响较大, 利用TU 1井与LT 1井实钻气测数据计算的吸附率与实验方法计算的吸附率存在差异, 本文采用实验方法计算的吸附率对油基钻井液气测数据进行校正。

对LT 1井油基钻井液条件下的气测组分按照恢复公式进行气测组分恢复, 恢复后的油基钻井液条件下的气测数据与水基钻井液条件下的气测数据基本一致（图1）, 提高了对储层真实油气显示的认识能力。

2.2 标准气吸附饱和实验

如图6所示, 向油基钻井液中连续、缓慢注入1%浓度的标准气, 并连续测量被油基钻井液吸附后的气体组分值（表2）。模拟地层流体渗流和扩散作用进入钻井液[6], 即动态模拟地层流体进入油基钻井液的过程。

图6 标准气吸附饱和实验装置

表2 标准气吸附饱和实验数据

对比样品气组分与吸附后检测组分的数值大小关系, 如图7所示。当检测组分达到某一稳定值时, 认为此时油基钻井液吸附气测组分达到饱和, 通过数值分析, 得出以下结论：一是气测C1、C2最先达到饱和状态, C3、C4次之, 由于实验样品浓度有限, C5未饱和; 二是油基钻井液对气测组分的吸附率与碳数呈很好的非线性正相关, 饱和时间亦然, 二者可以相互印证; 三是利用数值拟合, 确定C5饱和时间为294 min（约4.9 h）; 四是结合南缘地区油基钻井液气测组分实际判断, 当组分出至C4, 特别是钻井液后效气中含重组分并能达到饱和状态的显示段, 含油气性较好, 试油均能达到工业油层（油层或油水同层）级别。

图7 标准气吸附饱和实验及吸附率分析

3 南缘地区气测解释图板的建立

传统气测解释图板通常采用气测组分比值交会方法构建, 如双对数法、正交化法、轻烃比率法、气体评价法等, 并已形成业界标准[7], 但这些方法均不适用于南缘地区油基钻井液录井解释, 统计分析表明, 传统气测解释图板符合率最高的是气体评价法, 仅为66.67%。因此, 需要建立一种新的气测解释方法。

3.1 气测解释敏感参数的优选

本文根据区块气测显示特征来挖掘气测解释敏感参数, 选择受油基钻井液影响小且具有一定区块敏感性的气测参数。

南缘地区储层普遍存在高压[8], 通过统计分析钻揭高压储层前后气测变化情况, 如图8所示, 发现钻揭油气层后的气测基值较前基值普遍明显升高, 而非油气层的气测基值前后无明显变化, 基于此, 提出了拖尾系数（Dq）这一新参数, 其定义为钻揭储层后全烃基值（Qj2）与钻揭储层前全烃基值（Qj1）的比值, 可作为储层是否含油气的半定量化表征数值, 该值越大表明储层含油气性越好。

图8 南缘地区钻揭储层前后气测显示特征分析

将拖尾系数（Dq）与反映储层油气充注程度的填充系数[9, 10, 11]（Tc）相结合, 建立能量系数（Eq）, 可作为钻揭储层时可释放油气量的半定量化表征数值, 该值越大表明储层含油气性越好。

Dq＝Qj2Qj1（3）

Tc＝HqHt（4）

Eq＝DqTc（5）

式中：Dq为拖尾系数, 无量纲; Qj1为钻揭储层前全烃基值, %; Qj2为钻揭储层后全烃基值, %; Tc为填充系数, 无量纲; Hq为储层气测异常显示厚度, 一般卡取气测异常曲线半幅点, m; Ht为储层厚度, 通常取录井砂层厚度, m; Eq为能量系数, 无量纲。

进而基于油基钻井液吸附气测组分饱和实验得出的气测重组分出峰程度与储层含油性成正比的这一认识, 引入组分相对参数C4/C1, 再结合油基钻井液气测组分吸附率（ƒ n）和气测全烃峰基比（Ys）[9, 10, 11], 构建反映储层组分含油性的综合性参数气测含油性指数（Qs）。

Qs＝Ys×C4/f4C1/f1×100（6）

式中：Qs为气测含油性指数, 无量纲; Ys为全烃峰基比值, 无量纲; C1、C4为实测气测组分值, %; ƒ 1、ƒ 4分别为C1、C4在油基钻井液中的吸附率, %。

3.2 气测解释图板的建立

将上文中优选的Eq与Qs两个参数进行交会, 构建了南缘地区气测解释图板, 由图9可见, 该图板对价值层及非价值层的区分度较好。

图9 南缘地区气测解释图板

4 应用实例及效果

将研究成果在准噶尔盆地南缘地区GQ 6井进行应用, 如图10所示。解释井段6 530~6 538 m, 层位为白垩系清水河组（K1q）, 岩性为灰色荧光细砂岩, 绿灰色、褐灰色荧光砂砾岩, 干照荧光1%, 淡黄色, 弱发光。钻井液密度2.22~2.33 g/cm3, 粘度85~160 s, 钻井液出口电导率0.15~0.18 mS/cm。气测见异常显示, 气测全烃由0.065 7%上升到3.010 1%, C1由0.028 4%上升到1.772 9%, 气测组分出全至nC5, 且异常幅度明显; 钻揭储层前全烃基值（Qj1）为0.051 3%; 钻揭储层后全烃基值（Qj2）为0.435 2%; 以气测曲线半幅点卡取储层气测异常显示厚度（Hq）为5.375 m; 砂层厚度（Ht）按含荧光砂层厚度测算为9.0 m。

图10 GQ 6井综合录井图

利用本文研究的气测解释方法, 计算得出能量系数（Eq）为5.07, 气测含油性指数（Qs）为7.98, 在南缘地区气测解释图板中投点落在价值层区域（图9）, 解释为油水同层。该段试油结果为：产油107.7 t/d, 产气8 300 m3/d, 产水747.75 m3/d。试油结果为油水同层即价值层, 与气测解释结果一致。

该方法在南缘地区近两年新井中初步应用4口井5层, 解释符合率达83%, 具有一定的推广应用价值。

5 结论及认识

（1）通过实验证实, 油基钻井液对气测组分的吸附率与组分碳数、吸附气测组分达到饱和状态的时间与组分碳数之间呈非线性正相关关系。

（2）油基钻井液吸附气测组分对录井气测解释影响较大, 但有规律可循, 即当地层油气显示好时, 由实验佐证地层流体充分进入油基钻井液后气测重组分会达到饱和, 这使得气测组分会出至重组分C4或C5。

（3）油基钻井液气测录井解释方法的建立选择了受油基钻井液影响较小且具有一定区块敏感性的气测参数, 初步建立了适用于南缘地区的解释方法, 因该区域正处于勘探初期, 所能获取的研究数据较少, 后期将根据新井试油情况不断完善。

(编辑 唐艳军)

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