PDC鉆頭條件下天然氣井錄井技術

錄井是發(fā)現(xiàn)油氣藏、評價油氣藏最及時、最直接的技術，具有獲取地下信息及時、多樣、分析解釋快捷等特點。隨著鉆井技術的發(fā)展和進步，尤其是近年來在長慶靖邊和榆林氣田大規(guī)模使用PDC（Polycrystalline Diamond Compact，聚晶金剛合金片）鉆頭，使鉆井速度大幅度提高，生產(chǎn)效率明顯提高。但隨著PDC技術的規(guī)?；瘧?，也給錄井帶來了巨大的挑戰(zhàn)。比如由于PDC鉆頭系高速旋轉切削巖石的，故對巖屑研磨較碎，這給現(xiàn)場巖性識別和歸位帶來較大的難度[1～2]。本文結合我單位生產(chǎn)實踐，主要探討和介紹PDC鉆頭條件下的錄井方法改進及巖性識別的方法和經(jīng)驗。
　　1 PDC鉆頭工作機理及特點
　　1.1 PDC鉆頭的結構及破碎巖石的原理
　　PDC鉆頭是聚晶金剛石復合片鉆頭的簡稱，亦稱聚晶金剛石切削塊鉆頭，它是用聚晶金剛石做成小型切削塊或燒結到鉆頭體上而形成。由于PDC鉆頭是以鋒利、耐磨和能夠自銳的金剛石為切削齒，在低鉆壓下即可獲得較高的鉆速和進尺，可大大縮短鉆進時間，節(jié)省鉆井成本[3]。從統(tǒng)計結果看，在PDC鉆頭鉆井條件下的機械鉆速是普通三牙輪鉆頭的3～5倍[4]。
　　1.2 PDC鉆頭工作特點
　　PDC鉆頭為一整體式鉆頭，整個鉆頭沒有活動零部件，結構比較簡單，大致由鉆頭基體、鉆頭切削齒、噴嘴及排屑槽等幾部分組成。PDC鉆頭是用切削齒對地層進行切削來破碎巖石，整個切削過程，與金屬切削過程很相似。巖石的切削過程實質是一種擠壓過程，在擠壓過程中，巖石主要以滑移變形方式成為切屑。由于PDC鉆頭和牙輪鉆頭破碎地層的原理不一樣，它是高速旋轉切削巖石的，因此對巖屑研磨較碎。關于PDC鉆頭本身相關理論及性能分析等可進一步參閱文獻[5～10]。
　　2 PDC鉆頭條件下錄井現(xiàn)狀和面臨的問題
　　2.1 PDC鉆頭條件下錄井現(xiàn)狀
　?。?）由于各個鉆井隊的鉆機類型不一樣，造成個別傳感器無法安裝，不能發(fā)揮其作用。
　　（2）隨著鉆井使用PDC鉆頭，鉆井速度明顯提高，節(jié)奏加快，導致綜合錄井儀器負荷加大，沒有及時維修和保養(yǎng)，帶著問題工作。
　?。?）常規(guī)錄井還是保持原樣，既一把鐵鍬、一個撈樣筐，錄井條件沒有大的改進。
　　2.2 PDC鉆頭給錄井帶來的問題和困難
　?。?）PDC鉆頭使巖屑變的細小、破碎，撈?。ㄏ矗┥皹永щy。PDC鉆頭所鉆巖屑細小，甚至為粉末狀，部分巖屑混溶于鉆井液，造成巖屑撈取量很少，甚至撈不到巖屑，同時過細的巖屑給清洗工作帶來較大的困難。
　?。?）巖屑巖性識別困難：①由于巖屑太細小，挑真樣困難，無法獲得可靠的能真實反映地層情況的巖屑。②用小復合片鉆頭時巖屑幾乎呈粉沫狀，巖屑混雜，增加了巖性識別難度，巖性識別準確性降低。
　?。?）砂泥巖鉆時差別不大，造成現(xiàn)場錄井劃分巖性界面及巖性歸位困難。PDC鉆頭條件下砂泥巖鉆時不象三牙輪鉆頭砂泥巖鉆時差別大，一般在4～6 min/m之間，現(xiàn)場根據(jù)鉆時劃分巖性界面和巖性歸位困難。
　?。?）由于在一些地層使用的鉆井液是清水聚合物，在PDC鉆頭條件下，攜砂能力差，加上巖屑顆粒小，在泵壓，排量達不到要求的情況下，巖屑失真嚴重。
　?。?）PDC鉆頭鉆進快，鉆速快，影響了現(xiàn)場遲到時間的準確測定。
　　3 PDC鉆頭條件下的錄井改進技術
　　3.1 隨時校正測量遲到時間
　　遲到時間的準確性，是建立準確的地層剖面，卡準油氣層的關鍵。要準確測得遲到時間，應及時測量，采取理論與實際相結合的方法進行，同時還必須用特殊地層或典型地層進行及時校正。尤其是用較明顯的厚層砂巖、泥巖或具有氣異常顯示的砂巖地層及特殊地層如煤層等進行校正，這種校正不是一次的，只要有機會就應進行持續(xù)校正，從而最大限度地保證遲到時間的準確性。
　　3.2 砂樣采集和洗樣方法的改進
　　PDC鉆頭鉆進時巖屑特別細小，巖屑的采集、撈取、洗樣應嚴格按巖屑錄井操作規(guī)程進行，首先，巖屑的采集應該使用采樣盆接樣。采樣盆放置位置應合適，以能連續(xù)接到從震動篩上濾出的新鮮細小真巖屑為宜。第二，應據(jù)震動篩返砂變化情況，靈活調整接樣盆的位置，接樣盆接滿后應盡快取樣，并將取樣后多余的巖屑清理干凈，有時接到的巖屑樣品呈稀泥漿糊狀，應盡量將整盆巖屑采集。其次，改進洗樣盆。由于巖屑細小，如果用原來的洗樣筐洗樣，可能什么都洗不到，巖屑會流失，所以應采用盆子或在原來的洗樣筐底部放一塊粗布即可。第三，洗樣時盡量采用小水流，輕攪拌，稍微沉淀后倒去混水再換清水的辦法，防止細小、懸浮的砂粒和密度較小的巖屑等真巖屑在洗樣過程中流失，切忌急水、猛沖、快倒；在倒樣時，盡量將細小巖屑全部留下，將明顯的大塊巖屑掉塊去掉。第四，在曬樣、烤樣時，切忌在巖屑未濾干水份的情況下，過多地翻動，以免造成巖屑表面模糊。第五，在裝樣時，應盡量將細小真巖屑裝入袋中，細小巖屑中真巖屑占的比例較大，要盡量減少在各個環(huán)節(jié)的流失。
　　3.3 巖性識別技術改進
　　由于大量使用PDC鉆頭使得巖屑樣品變的細小，其中60%以上巖屑直徑小于2 mm，撈取到的樣品少，挑樣困難，造成巖性識別也存在困難，因此提出了新的巖性識別方法。 　?。?）采取傳統(tǒng)的巖屑描述方法—— 既大段攤開，遠看顏色，近看巖性（主要方法）。雖然巖屑混雜，難以辨認，但大段砂巖或泥巖，在顏色上會有一定的變化，所以可以同時攤開數(shù)十包巖屑進行顏色對比，再確定巖性。從實際操作來說，厚度一般要大于3 m以上。
　?。?）借助于雙目放大鏡進行巖性識別（輔助方法）。由于巖屑細小，部分呈粉末狀，肉眼觀察困難，但如果巖屑樣品取樣準，洗樣干凈，即使粉末狀的細小巖屑，可以通過雙目放大鏡來觀察識別巖性。
　?。?）使用手感法識別巖性（輔助方法）。雖然巖屑細小、混雜，但大段的砂巖和泥巖其含量還是有一定的漸變，可以利用手捏、搓來識別巖性，感覺粗糙為砂巖，反之為泥巖。
　?。?）根據(jù)鉆時變化情況，劃分巖性界面和識別巖性（主要方法）。使用PDC鉆頭雖然鉆時變化不大，但也有一定的規(guī)律。PDC鉆頭適用于軟～中硬的脆性地層。對泥質巖類等脆性地層，其特點是鉆時快；對于研磨性較好的致密砂質巖類，鉆時相對較慢；而對于膠結較疏松的砂巖儲集層，鉆時也較快。因而PDC鉆頭鉆進時，其泥巖與砂巖之間的鉆時出現(xiàn)三種不同的組合特征：即①泥巖鉆時高于砂巖。②泥巖鉆時低于砂巖。③泥巖與砂巖鉆時接近。
　?。?）氣測曲線異常識別法（重要方法）。氣測值法就是利用砂巖（儲層）的孔隙中存在流體（水或油氣），能夠引起氣色譜分析值的變化來實現(xiàn)判別巖性的目的。在近平衡鉆井過程中，當儲層含有物為油氣時，其油氣擴散到泥漿中會引起氣測色譜分析值的升高；同時由于鉆速較快，普通色譜儀分析周期長，造成氣測顯示厚度較儲集砂層小。通過對色譜資料與驗證過的巖性資料對比分析，可找出色譜分析值的變化與巖性的對應關系，便能利用氣測色譜分析資料來輔助判別巖性。
　?。?）綜合利用綜合錄井儀的參數(shù)判識巖性（輔助方法）。綜合錄井儀直接測量的參數(shù)有十幾種，通過論證可知直接參數(shù)鉆速、扭矩、溫度、電導率以及氣體參數(shù)和間接參數(shù)Dc指數(shù)、Sigma指數(shù)與地層巖性有一定的關系。通過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況表明，當Dc指數(shù)向左偏離趨勢值超過0.1（趨勢值-Dc指數(shù)）、Sigma指數(shù)向左偏離趨勢值超過0.05（趨勢值-Sigma指數(shù)）時，地層巖性則由泥巖轉化到砂巖。對于扭矩，可用實時扭矩曲線進行巖性識別，如砂巖地層扭矩曲線表現(xiàn)為振幅大，泥巖地層振幅小，且比較均勻，利用這些扭矩曲線形態(tài)幫助識別巖性。
　?。?）加強地層橫向對比，準確劃分地層，建立地層剖面，判識油氣層，卡準目的層（主要方法）。
　　結語
　　PDC鉆頭鉆井技術是現(xiàn)代鉆井技術發(fā)展的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)大大提高了鉆進速度，提高了生產(chǎn)效率。但是，PDC鉆井技術由于鉆速快、切削巖石屑較碎甚至會出現(xiàn)粉末，這些特點使傳統(tǒng)現(xiàn)場錄井技術受到限制，特別對現(xiàn)場錄井剖面符合率影響很大，現(xiàn)場剖面符合率急劇下降。本文根據(jù)自身生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，及時將適應于PDC鉆頭條件下的錄井改進方法及技術加以總結推廣，提高了現(xiàn)場剖面符合率，保證了錄井資料質量。