引用本文
孙凤兰, 闻竹, 何成山, 李玉旺, 李英贤, 王加伟. 油基钻井液条件下气侵对气测录井响应特征的影响及气测数据校正方法[J]. 录井工程, 2025,36(3): 65-71.
SUN Fenglan, WEN Zhu, HE Chengshan, LI Yuwang, LI Yingxian, WANG Jiawei. Influence of gas kick of oil-based drilling fluid on gas logging response characteristics and gas logging data correction method[J]. Mud Logging Engineering, 2025,36(3): 65-71.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2025.03.010  
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油基钻井液条件下气侵对气测录井响应特征的影响及气测数据校正方法
孙凤兰①, 闻竹①, 何成山②, 李玉旺①, 李英贤①, 王加伟①
①中国石油渤海钻探第一录井公司
②中国石油大港油田公司勘探事业部

作者简介：孙凤兰 高级工程师,1971年生,2014年毕业于长江大学资源勘查专业,现在中国石油渤海钻探第一录井公司从事综合解释评价及地质研究工作。通信地址：300280 天津市滨海新区大港油田三号院团结东路第一录井公司。E-mail：sunfenglan@cnpc.com.cn

收稿日期: 2025-08-04
摘要

歧口凹陷沙三段页岩油层黏土矿物含量较高,水敏性较沧东凹陷孔二段强,裂缝系统发育,钻进过程中工程异常复杂,自2023年在歧口沙三段水平井开始使用白油基钻井液后,钻探开发效率明显提高,但对气测录井造成很大影响。通过对比分析水基与油基钻井液条件下气测录井响应特征,总结不同气体侵入程度下油基钻井液对全烃及各烃组分的吸附特征规律,基于各组分实测相对百分含量变化率数据,研究气测校正方法,建立了气测解释图板和评价标准,为油基钻井液条件下页岩油甜点评价提供依据。通过投产效果验证,具有一定指导意义。

关键词: 气侵; 油基钻井液; 吸附特征; 变化率; 参数校正
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Influence of gas kick of oil-based drilling fluid on gas logging response characteristics and gas logging data correction method
SUN Fenglan①, WEN Zhu①, HE Chengshan②, LI Yuwang①, LI Yingxian①, WANG Jiawei①
①No.1 Mud Logging Company, BHDC, CNPC, Tianjin 300280, China
②Exploration Department Of PetroChina Dagang Oilfield Company, Tianjin 300280, China
Abstract

The shale oil layers of the third member of Shahejie Formation in Qikou Sag has higher clay mineral content, stronger water sensitivity than that of Ek2 of Cangdong Sag, developed fracture system, and extremely complicated engineering in the drilling process. Since the use of white oil-based drilling fluid in horizontal wells in the third member of Qikou Shahejie Formation in 2023, drilling and development efficiency has been significantly improved, but it has a great impact on gas logging. By comparing and analyzing the response characteristics of gas logging under water-based and oil-based drilling fluids, this paper summarizes the adsorption characteristics of oil-based drilling fluids to total hydrocarbons and hydrocarbon components under different gas kick degrees, and based on the data, the measured relative percentage change rate of each component, the gas logging correction method is studied, and the gas logging interpretation chart and evaluation standard are established, which provide the basis for the evaluation of shale oil sweet spots under oil-based drilling fluid,and have certain guiding significance through the verification of production effect.

Keyword: gas kick; oil-based drilling fluid; adsorption characteristics; rate of change; parameter correction
0 引言

20世纪60年代, 国外已成功应用油基钻井液钻井, 我国油基钻井液的应用始于20世纪80年代。与水基钻井液相比, 油基钻井液具有抗高温、抗盐、抗钙侵、利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害小等优点, 已成为高温高压深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层优快钻进的重要手段[1]。

页岩油的规模效益开发通常需要水平段大规模压裂来实现, 故水平井的优快钻井是实现效益开发的前提。大港油田发育沧东凹陷孔二段、歧口凹陷沙三段和沙一段3套典型湖相纹层型页岩油, 其中, 孔二段脆性矿物含量高, 黏土矿物含量低, 页岩油水平井采用水基钻井液即可保障水平段安全快速钻进, 从而实现效益开发; 而沙三段、沙一段则因黏土矿物含量高、水敏性强, 在水平段钻井过程中易造成井壁垮塌等工程复杂而导致钻探效率降低。为提高开发效率, 近两年大港油田开始在歧口凹陷沙三段页岩油目的层采用油基钻井液钻井, 在解决工程复杂方面效果显著, 对该层段页岩油效益开发发挥了重要作用。

歧口凹陷沙三段裂缝系统十分发育, 含油气性好[2, 3], 有机质成熟度相对较高, 钻遇优质页岩油层段时气测异常较活跃, 气测录井是该区块页岩油甜点评价的重要手段之一。油基钻井液能有效保障钻井工程安全, 却给录井工作带来很大挑战, 由于岩屑污染严重, 气测全烃及组分都受到很大影响, 故开展油基钻井液条件下气测录井特征及校正方法研究工作十分必要。景社等[4]构建油基钻井液条件下砂岩储层气测衍生参数流体判识方法; 隋泽栋等[5]针对砂岩储层利用实钻气测资料对比和油基钻井液标准气实验两种方法分析油基钻井液对气测组分的影响并进行校正; 周建立等[6]利用油基钻井液替换水基钻井液前后气测的变化关系, 分析了油基钻井液对页岩油层气测值的影响并进行校正。现有文献关于白油基钻井液对砂岩储层气测组分的影响分析及校正方法研究较多, 对页岩油层分析相对较少, 尤其是油基钻井液条件下气侵对气测组分的影响分别进行研究的更少。本文针对页岩油层, 详细分析油基钻井液对高、低气体侵入程度下气测全烃及各组分的不同影响, 分别校正不同气测异常情况下的气测数据并建立评价方法, 为油基钻井液条件下页岩油甜点评价提供更为可靠的指导依据。

1 气测录井影响因素分析

沙三段油基钻井液的基础油是W 1-110轻质白油, 其特点为：无色透明油状液体, 不溶于水、乙醇, 溶于乙醚、苯、石油醚等, 主要成分为C16-C31的正、异构烷烃混合物, 芳香烃及含氮、氧、硫等物质趋于零。

油基钻井液条件下, 基油性质、管线及色谱污染、井底温度、钻井条件等都会对气测录井产生影响[7], 其中, 管线及色谱污染的影响可以通过加密反吹频次、及时更换干燥剂和过滤装置来减小; 井底温度和钻井条件的影响会随着钻井液不断上返至地面而逐渐减小; 而基油作为有机物会对地层进入井筒内的烃类气体产生持续吸附作用。因此, 综合分析认为基油性质是影响气测录井的主要因素。

2 气测录井响应特征

为了更客观地分析油基钻井液对气测录井的影响, 选取一口原井眼应用水基钻井液而侧钻眼应用油基钻井液的井进行气测数据对比。QY 6-36-1Y井应用水基钻井液完钻, 完钻井深5 600 m; 其侧钻井QY 6-36-1井因原井眼井壁垮塌致工程复杂, 无法继续正常钻进, 重新优化钻探轨迹, 开窗侧钻后从3 377 m起用油基钻井液, 完钻井深5 651 m。这两口井目的层均为沙三段, 岩性以灰质泥岩为主, 全岩分析的石英、白云石数据曲线所反映的矿物特征基本一致, 气测异常特征也相近：4 500 m之前以低幅度气测异常为主, 4 500 m之后以高幅度气测异常为主。这表明, 两口井具有非常强的特征对比性（图1）。通过对比两口井的气测数据及曲线形态, 相较于水基钻井液, 油基钻井液条件下气测录井表现出明显的拖尾和吸附两类响应特征。

图1 QY 6-36-1Y井与QY 6-36-1井录井综合对比

2.1 拖尾特征

由于油基钻井液中富含有机物, 当钻遇高幅度气测异常井段时, 井筒液中烃类浓度升高, 油基钻井液中富含的有机物蒸气随着高浓度的地层气一起被脱气器脱出, 对气路管线和色谱柱造成一定污染, 致使气测检测值增加, 全烃及甲烷表现为持续高值, 并出现明显拖尾现象; 水基钻井液条件下全烃及甲烷高异常后则回落较快, 无明显拖尾现象（图2）。

图2 水基与油基钻井液条件下气测录井对比

2.2 吸附特征

油基钻井液中白油的主要成分为C16-C31的正、异构烷烃混合物, 根据相似相溶原理, 会对进入到井筒液中的烃类产生吸附作用, 且对各种烃类的吸附能力不同, 如对分子量大、沸点高的烃类吸附强于分子量小、沸点低的烃类; 对带有支链烃类的吸附优于直链烃类等。

2.2.1 气测全烃吸附特征

全烃是反映由地层进入井筒内烃类气体浓度的参数。通过两口井气测全烃曲线特征对比（图3）可以看出, 在3 400~4 860 m井段内, 油基钻井液条件下测得的全烃值明显低于水基钻井液条件下测得的全烃值, 说明当地层进入到钻井液中的烃类丰度低时, 油基钻井液对于烃类的吸附作用相对强, 造成气测全烃异常值相对更低; 进入4 860 m以后, 两类钻井液条件下测得的全烃值均近饱和, 说明地层进入到钻井液中的烃类丰度高, 油基钻井液对于烃类的吸附则接近饱和, 吸附作用减弱, 油基和水基钻井液条件下测得的全烃值均呈现高异常特征。

图3 QY 6-36-1Y井与QY 6-36-1井气测全烃曲线对比

2.2.2 气测组分吸附特征

通过派生参数能够更好地表征气测组分吸附特征, 如甲烷至戊烷各组分相对百分含量、反映乙烷及其后重组分权重的湿度比、反映烃类内部组分变化幅度的烃斜率等参数。通过对水基与油基钻井液条件下的气测组分数据和曲线对比, 可以发现两者有明显的特征差异。

（1）通过QY 6-36-1Y与QY 6-36-1两口井水基与油基钻井液条件下气测组分相对百分含量及图板特征（图4、图‍5）可以看出, 油基钻井液甲烷相对百分含量高于水基钻井液, 乙烷至戊烷相对百分含量则低于水基钻井液, 且有随着碳数增大降低幅度有增大的趋势, 说明油基钻井液对地层进入到井筒中的烃类具有吸附特性, 且对重组分吸附作用更强, 由此造成油基钻井液气测湿度比整体低于水基钻井液气测湿度比。同时, 水基钻井液气测组分表现为低烃斜率且变化区间小、高湿度比且变化区间大的特征; 油基钻井液气测组分则表现为高烃斜率且变化区间大、低湿度比且变化区间小的特征。

图4 水基与油基钻井液条件下气测组分相对百分含量

图5 水基与油基钻井液条件下气测数据特征对比图板

（2）进一步结合两口井气测组分计算参数曲线特征（图6）可以看出, 气测相对低异常段与持续高异常段相比, 气测低异常段湿度比降低幅度更明显, 说明油基钻井液对于烃类重组分的吸附程度高于轻组分, 且气测异常值低时对烃类重组分的吸附能力更强。但从烃斜率曲线对比来看, 气测低异常井段油基钻井液烃斜率高于水基钻井液烃斜率, 而在气测持续高异常井段油基钻井液烃斜率却低于水基钻井液烃斜率。由此说明, 钻井液中地层烃类浓度高时, 油基钻井液对重烃组分吸附能力相对降低。

图6 QY 6-36-1Y井与QY 6-36-1井气测组分计算参数曲线对比

3 气测数据校正方法

为了对气测数据进行客观有效校正, 收集同区块同层位分别采用水基和油基钻井液录取的几口井的气测数据, 开展组分和全烃校正方法研究。

气测录井响应特征规律：油基钻井液对气测录井的影响程度会因钻井液中烃类丰度不同而变化, 且对不同分子量烃组分的吸附程度也不相同。因此, 对于油基钻井液条件下气测组分值和全烃值的校正, 需重点考虑不同气测组分和不同气测异常丰度两方面因素。

3.1 气测组分参数校正

鉴于气测组分绝对值容易受多因素影响, 本文选用各组分相对百分含量进行参数变化程度对比。考虑到油基钻井液对于烃类各组分的吸附程度在气测相对低异常段和持续高异常段的差异性, 首先, 以气测持续高异常起始点作为异常高低值的分界, 分别计算4口水基钻井液井和4口油基钻井液井气测相对低异常和持续高异常井段各组分相对百分含量的平均值。

由于同区块同层位原油性质相近, 在气测相对低异常段中, 同一气测组分在水基钻井液各井的组分相对百分含量平均值相近, 各油基钻井液井组分相对百分含量平均值也相近（图7）; 在气测持续高异常段中, 同样具有相近特征（图8）, 图7和图8均以甲烷、乙烷为例。

图7 水基与油基钻井液条件下相对低异常气测组分相对百分含量对比

图8 水基与油基钻井液条件下持续高异常气测组分相对百分含量对比

为了更客观地反映同区块各组分百分含量值在油基钻井液中的相对变化情况, 分别对气测相对低异常段和持续高异常段的水基和油基钻井液条件下各井同组分相对百分含量值进行二次平均, 并以水基钻井液条件下气测组分相对百分含量平均值为基准, 求取油基钻井液条件下气测相对低异常段和持续高异常段各组分相对百分含量变化率Rnd和Rng, 计算公式如下：

Rnd=Cnd油基-Cnd水基Cnd水基（1）

式中：Rnd为油基钻井液条件下相对低异常气测组分相对百分含量变化率, %; Cnd油基为油基钻井液条件下相对低异常气测组分相对百分含量平均值, %; Cnd水基为水基钻井液条件下相对低异常气测组分相对百分含量平均值, %。

Rng=Cng油基-Cng水基Cng水基（2）

式中：Rng为油基钻井液条件下持续高异常气测组分相对百分含量变化率, %; Cng油基为油基钻井液条件下持续高异常气测组分相对百分含量平均值, %; Cng水基为水基钻井液条件下持续高异常气测组分相对百分含量平均值, %。

由油基钻井液条件下气测各组分相对百分含量变化率（图9）可以看出, 高、低异常气测段均反映丙烷较乙烷相对百分含量变化率明显增大, 丙烷及其后的重组分的变化率基本呈微增趋势。高、低异常气测段同组分相对百分含量变化率相比, 高异常气测段乙烷相对百分含量变化率较低气测异常段高10%以上, 而丙烷及其后的重组分相对百分含量变化率高2%~5%。

图9 油基钻井液条件下气测各组分相对百分含量变化率

以实测油基与水基钻井液条件下气测组分相对百分含量变化率数据为依据, 对油基钻井液条件下的气测各组分相对百分含量进行恢复校正, 进而计算得到相当于水基钻井液条件下的气测各组分参数值, 恢复公式如下：

Cn校=Cn实测1+Rn（3）

式中：Cn校为油基钻井液条件下气测组分含量校正值, %; Cn实测为油基钻井液条件下气测组分含量实测值, %; Rn为油基钻井液条件下气测组分相对百分含量变化率, %（Rn选值时, 在相对低异常段和持续高异常段分别取Rnd和Rng值）。

3.2 气测全烃参数校正

全烃测量的是钻井液中烃类含量的总和, 反映地层内烃类侵入钻井液中量的多少, 全烃值越高, 钻井液内的烃类含量越高, 地层内的烃类能量越大。结合上文气测全烃吸附特征, 油基钻井液对全烃有明显的吸附现象, 吸附能力受钻井液中烃类浓度影响。因此, 对气测全烃参数进行校正时需要考虑烃类丰度的高低, 当测得的全烃值饱和时, 说明油基钻井液对于烃类的吸附近饱和, 这种情况下不必考虑对全烃值进行恢复; 当全烃值未达到饱和时, 就需要考虑油基钻井液的吸附影响而进行校正。

理论上, 全烃等于各烃组分碳原子当量浓度之和。因此, 全烃与各烃组分间存在如下匹配关系：

Tg=C1+2C2+3C3+4iC4+4nC4+5iC5+5nC5 （4）

基于上文关于烃组分的校正和全烃与组分的匹配关系, 可用同一米内所测得的组分加权值计算得到全烃的校正值, 计算公式如下：

Tg校=C1校+2C2校+3C3校+4iC4校+4nC4校+5iC5校+5nC5校 （5）

式中：Tg校为油基钻井液条件下气测全烃校正值, %; C1校, C2校, …, nC5校分别为油基钻井液条件下各组分C1, C2, …, nC5的校正值, %。

4 气测评价图板建立

结合试油生产数据, 以组分校正参数计算的湿度比和全烃为敏感参数, 总结建立区域沙三段页岩油油基钻井液条件下气测评价图板（图10）。

图10 沙三段页岩油油基钻井液条件下气测评价图板

5 效果分析

QY 6-31-3井为歧口凹陷港西油田X断块的一口页岩油水平井, 井深3 236 m开始使用油基钻井液, 4 600 m开始连续出现高气测异常值（图11）。气测参数校正前, 对应高气测异常段湿度比多小于10%, 结合图板识别为Ⅲ 类油层; 气测参数校正后, 湿度比多在30%∼40%之间, 结合图板识别为Ⅰ 类油层。该井水平段压裂投产后, 日产油稳定在20∼30 t, 累产油超4 600 t, 效果较好。

图11 QY 6-31-3井油基钻井液条件下气测数据校正对比

6 结论及认识

（1）油基钻井液对于气测组分吸附作用随着碳数增大有升高的趋势, 且对丙烷及其以后组分的吸附作用明显高于乙烷。

（2）油基钻井液对于烃类的吸附作用受地层进入到井筒内烃类气体丰度的影响, 烃类丰度低时吸附作用相对强, 烃类丰度高时吸附作用相对弱, 且钻井液中地层烃类浓度高时, 油基钻井液对重烃组分吸附能力会降低。因此, 对于油基钻井液条件下气测组分及全烃参数校正时, 应考虑气测不同组分和烃类不同丰度两方面因素。

（3）油基钻井液对于气测录井的干扰除受基油性质、管线污染等多方面因素影响外, 也会受不同区域地层流体性质差异性的影响, 因此基于区域实测的水基钻井液气测数据对油基钻井液气测参数进行恢复校正具有一定的指导意义。

（4）应用校正后的组分数据能更好地反映所钻遇地层中烃类的特征变化规律, 为页岩油甜点评价提供较为客观的依据。

（编辑 郑春生）

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