PDC鉆頭鉆井條件下的地質錄井技術探討

引言
　　PDC鉆頭是聚晶金剛石切削鉆頭的簡稱，其破碎巖石的機理主要為剪切刮擠作用，PDC 鉆頭與牙輪鉆頭相比，具有高強度耐磨性、機械鉆速高，壽命長，成本低，不會發生掉牙輪等事故的特點，在油田鉆井生產中得到廣泛應用，尤其是采用螺桿加轉盤復合鉆井方式，低鉆壓的復合鉆進方式，充分發揮了PDC鉆頭的優勢，大大提高了鉆井機械速度。但由于 PDC鉆頭是低鉆壓、均勻剪切破碎，因而破碎的巖石顆粒十分碎小，有的巖屑甚至成粉末狀，給地質錄井卡層、定名、描述、挑樣及油氣顯示識別、評價帶來很大的困難。PDC鉆頭條件下的錄井工作是行業的一大難題。
　　隨著鉆井行業PDC鉆頭的廣泛使用，特別是油田進入開發期，為了縮短鉆井周期 、保護氣層、降低鉆井風險，PDC鉆頭的使用將不可避免，積極探索采用PDC鉆頭鉆井條件下的錄井技術具有重要的現實意義。
　　1 PDC 鉆頭對錄井工作的影響
　　PDC 鉆頭使用對錄井工作的影響主要表現在以下幾方面：
　　（1）巖屑量少、巖屑細碎、巖性難辨、采樣困難。由于所鉆巖屑細小，甚至部分巖屑呈粉末狀，鉆井液中的碎屑無法通過震動篩分離出來，與鉆井液一起成漿糊狀 ，采集到的真實巖屑數量較少，冼凈后的凈巖屑還達不到要求撈取的巖屑數量。
　　（2）鉆時與巖性的對應關系不明顯。現場地質錄井劃分砂、泥巖地層的方法主要是依據鉆井鉆時的變化和砂、泥巖含量的變化來確定的，砂巖地層鉆時快，泥巖地層鉆時慢 ，這是多年的經驗， 而砂、泥巖含量的變化表示新地層的出現。對于使用 PDC鉆頭而言，砂巖、泥巖鉆時變化不大或無變化，巖性含量的變化也常常因為巖屑細碎而無法正確判斷 ，給地質錄井劃分巖性界面及巖性歸位帶來了很大影響。
　　（3）加大了巖屑觀察、描述、分層定名、百分比估計、判斷儲層膠結物、油氣顯示的難度。由于巖屑細小，有的真巖屑比芝麻粒還小，給正確的巖屑描述觀察、挑樣定名、熒光照射、巖屑含油性判定帶來了相當大的難度，影響巖性剖面符合率。
　　（4）巖屑細小，現場挑樣極為困難，有時挑樣任務無法完成，影響地化分析和地質油氣取樣。
　　（5）由于鉆時較快，傳統的色譜分析周期長，容易漏失薄層油氣層，難以保證分析的準確性。
　　2 PDC 鉆頭下提高錄井質量的方法與對策
　　如何在現有錄井技術條件下確保在 PDC 鉆頭下的錄井資料質量呢？經過多年的現場經驗及分析研 究筆者認為可以從以下幾個方面努力：
　　（1）及時準確地測定遲到時間，嚴格按巖屑錄井操作規程執行，確保巖屑采集的準確性。PDC鉆頭下巖屑細小，識別困難，采集工必須要有極強的責任心，嚴格按巖屑錄井操作規程進行操作，及時準確地測定遲到時間，這是提高剖面符合率、卡準油氣層的基礎。
　　（2）加強巖屑分選篩樣描述，結合槽面顯示，借助顯微鏡、放大鏡來確定巖性及顯示。細小巖屑描述應采用干、濕結合的方法并借助于放大鏡、顯微鏡等工具進行。剛洗凈未曬干的細小巖屑因其表面清潔，容易觀察其巖性組合特征，曬干后，由于砂巖膠結疏松，一些未破碎的細小砂巖顆粒在曬樣過程中因翻動又進一步破碎，且砂巖巖屑表面變得模糊而難以觀察，因此對于細小巖屑描述，要進行濕樣粗描，曬干后再進行細描.
　　在PDC 鉆頭下，由于巖屑細小，粉砂巖呈白色粉末狀，一般肉眼難以觀察，但如果巖屑樣品取樣準，洗樣干凈，即使粉末狀的細小巖屑，在巖屑中從巖屑的顏色也可判斷砂泥巖百分比數量的變化，但粉砂巖的膠結程度，含油性只能通過放大鏡、顯微鏡進行觀察，在鏡下挑出樣品 ，再作膠結物試驗。對于細小粉末狀巖屑的含油氣性試驗 ，取混合樣逐包熒光滴照、CCL4浸泡照射。細小巖屑含油氣試驗要及時在洗凈后還未烤曬干的狀態下進行，油氣顯示定級應適當上提一個級別。同時，巖屑的含油氣性判定還應結合槽面油氣顯示進行 。比如，洗樣時水面是否有油花、油膜， 鉆井液槽面蒸汽和巖屑是否有油氣味（這就嚴格要求采集工取樣時隨時觀察），震動篩上有無油花、氣泡，鉆井液蒸氣氣味是否異常，有無油氣味 ，這些也是綜合判定是否進入油氣層的依據。
　　從圖 1、圖 2 中可以看出，牙輪鉆頭下的巖屑個體較大，比較好確認巖性；PDC 鉆頭下的巖屑呈松散狀態，在巖層較厚的地層還是容易區分，但是在薄巖層段，需要技術人員逐個挑樣才能確認。所以以巖屑為分析介質的錄井方式受 PDC 影響較大，但這些正是實現錄井解釋定量化的關鍵。
　　加強熒光錄井、氣測錄井技術，及時判斷油氣顯示熒光錄井是地質錄井普遍的一種檢測地層含油氣方法。一般來說工作人員都會進行滴照、濕照和干照對比分析，一般含油氣巖層熒光濕照或者干照就會顯示很好的級別，但是在某些地層，由于其巖屑細小需要兩種判別方法一起判斷。從圖3中可以看到膠結致密的砂巖團熒光效果明顯比疏松呈單個小顆粒砂巖的熒光效果明顯。所以經 PDC 鉆頭破碎后的砂巖油氣顯示特征已失去其真實性。
　　（3）綜合分析PDC鉆頭條件下的地化資料和綜合錄井參數等綜合評判， 能夠達到解決地質巖性識別、層位卡準和油氣層評價的目的 ，見圖4。
　　地化錄井用于分析泥巖有機質豐度及生油成熟度、生油巖類型、臨界溫度，同樣可用來分析儲集層內的氣態烴、液態烴及殘余重烴含量。在PDC鉆頭鉆井的條件下，通過對細小混樣進行儲集層分析，校正相對誤差，結合其它資料綜合分析，可作為發現油氣層的旁證，將因巖屑細小對錄井資料的影響程度降低到最低限度，確保巖屑細小的錄井資料質量。DCS指數為校正后的地層可鉆性指數，通常與地層巖性具有較好的對應關系：應用趨勢線大致確定巖性組合形成 dcs 趨勢線（dcn）后，在趨勢線的左端設一條砂線， 若dc 值落在砂線的左邊， 即為滲透層。　　當鉆壓、轉盤轉速等鉆井參數保持穩定時，扭矩指示巖性界面規律明顯。根據砂巖扭矩低、振幅大，泥巖扭矩高、振幅小的表現規律 ，從基線變化和振幅兩方面解釋巖性。鉆壓與巖石可鉆性對應性很好， 表現為砂巖低鉆壓、泥巖高鉆壓的變化趨勢。對于圖1地層砂泥巖交互沉積、單層沉積厚度不大，且由于地層可鉆性差，人工加壓造成鉆壓變化大。鉆壓的不穩定性進而造成鉆時、dcs指數定量指示巖性能力下降。但當鉆時穩定、變化較小時，鉆壓大小與巖性關系密切。鉆壓指示巖性變化，但由于鉆壓不是地層巖性的自動表現參數，受人為因素影響太大， 僅能作為參考參數。
　　轉盤轉速也間接反映巖性變化。轉速曲線的震蕩頻率和幅度與巖性粗細有密切關系。圍繞著額定轉速，轉速左右振蕩的頻率和速度越大，巖性越粗。
　　鉆井液的密度和粘度對識別鹽膏層作用很明顯。低鉆時、低dcs、低氣測顯示、低扭距、高鉆井液密度、高粘度是判別鹽膏層的重要標志。但是，需要注意打開鹽膏層過多極易污染鉆井液， 造成工程事故 ，因此應該第一時間發現超低鉆時（一般在 5～ 6min），通知鉆井隊循環觀察 ，及時做氯離子含量分析 ，在確定進入鹽膏層的情況下給鉆井隊書面通知。
　　（4）利用氣測連續曲線可以劃分滲透層。采用綜合錄井的氣測值可以區分巖性界面。泥巖的氣測值曲線往往是一條平直的基線，而在鉆穿儲集層時（特別是有油氣顯示的儲集層）時，氣測值曲線會升高，這時我們可以認為鉆入儲集層。同一個儲集層內如果是上油下水，在鉆遇下部水層時，氣測值曲線會有下降的趨勢，這時我們不應該輕易地認為已經進入泥巖地層。參考非烴組分氫氣和二氧化碳含量的變化，同樣可以確定下部的儲集層是水層 ，因為水層最明顯的特征就是氫氣和二氧化碳值明顯升高。全烴曲線劃分巖性界面與電阻一樣 ，采用最高、最低點法。
　　3 PDC 鉆頭下如何判別砂泥巖
　　鉆井 PDC 鉆頭的使用使錄井巖屑更細碎、更難以辨認。現場不能準確判斷地層巖性本質上是由于不能準確判斷巖屑中砂、泥巖的含量。建立砂巖標準含量的實物巖屑樣品供現場地質錄井進行地層巖屑含量的對比，不失是解決問題的方法之一。有了這樣一個標準 ，并且模擬現場使用PDC鉆頭的巖屑樣品，就可以以這種標準來準確判斷錄井巖屑中砂巖含量的變化，并根據巖屑中砂巖含量的變化來及時判斷地層變化和落實油氣層顯示了 。
　　標準含量巖屑樣品的配置方法：用純砂巖和純泥巖為標準樣品（可以用本區本層位其它井的巖心制作），按一定質量或體積分數配制成一套1%～ 100%的實物砂、泥巖標準含量的巖屑樣品，按一定數量級（如5%）配制， 再根據鉆井現場PDC鉆頭對錄井巖屑的破碎程度，對標準純砂巖、純泥巖樣品進行破碎， 按需要配制標準砂巖含量， 用純砂巖、純泥巖樣品混合， 配制成一套 PDC 鉆頭砂、泥巖標準含量的實物巖屑樣品。現場錄井人員即可掌握判斷錄井巖屑的含量，如掌握標準熒光系列的熒光級別判斷一樣，在以后的錄井工作中，并不需要每包巖屑都進行對比即可準確判斷出砂巖的含量。
　　結語
　　在PDC鉆頭鉆進條件下，強化地層對比，善于應用綜合錄井儀大量的參數并綜合分析，加上對巖屑的細致觀察、描述，采用干樣、濕樣、篩析觀察相結合，逐包進行熒光試驗等錄井方法可以有效提高錄井質量。
　　總之，扎實、認真、仔細的基礎工作和嚴格執行各項錄井操作規程是作好各項錄井工作的基礎和前提，這一點對于PDC鉆頭條件下巖屑錄井工作顯得尤為重要。只有提高地質采集工和技術人員的綜合素質，加強其責任心，在巖屑錄井的每道工序、每個工作環節做到扎實、認真、細致，才能將因PDC鉆頭影響巖屑對錄井資料質量的影響程度降低到最小限度，才能確保在現代鉆井技術條件下的地質錄井資料質量，確保石油鉆井地質錄井工作不因鉆井技術的發展而被淘汰掉。