1、西 南 油 气 田 公 司 川 东 北 气 矿2011 届 大 学 毕 业 生 转 正 论 文浅析使用 PDC 钻头时的现场录井工作毕业专业： 资源勘查工程 姓 名： 周 岐 双 指导老师： 蒋 东 见习单位： 川庆 70516 队 见习岗位： 综合录井工 二一二年六月目录1 PDC 钻头简述 11.1 PDC 钻头的优点 12 PDC 钻头对岩屑录井的影响 22. 1 对真假岩屑判别的影响 .222 对岩屑描述内容的影响 .23 PDC 钻头录 井方法 33.1. 录井条件 .33.2. 取样方法 .43.3 钻时扩大法 53. 4 收集资料 64.气测录 井 65 现场碳酸盐岩 定量分析技
2、术 86以嘉二 3亚段固井卡层剖析 现场录井 .97.结束语 .118.致谢 .121摘要：随着高新技术在钻井工程方面的实际应用，为了减少钻井过程中，对深层油气的污染和破坏，尽量采用高新技术来加快钻井速度，缩短建井周期，节约钻井成本，广泛使用PDC钻头。然而随着PDC钻头的使用也给现场录井工作带来了新的挑战，本文从PDC钻头条件下岩屑特征分析入手，浅析了PDC钻头钻进下搞好现场录井工作的方法。关键词：PDC钻头 岩屑 录井 碳酸盐岩定量分析1 PDC钻头简述PDC钻头的特点及对现场录井的影响近年来,随着钻井工艺的突飞猛进,为提高钻井生产实效和速度,节约钻井成本,PDC钻头因其快速、安全、使用时
3、间长、使用时间长、井身质量好、低成本高效益的优势得到广泛应用。1.1 PDC 钻头的优点PDC钻头全称为聚晶金刚合金片钻头(Polycrystalline Diamond Compact),这种钻头采用人造金刚石材料, 聚晶金刚石薄片与炭化钨圆片接触面的几何形状也有所改进,热稳定极限从原来的700 提高到1150。PDC钻头相对于传统三牙轮钻头（图1）,其优越性显而易见: PDC 钻头 三牙轮钻头图 1、PDC 钻头、三牙轮钻头对比图( 1) 机械钻速高，使用时间长。据统计，一般一只PDC钻头的进尺是普通钻头2的4-6倍，井下工作时间是普通钻头的5-8倍，通过使用PDC钻头，可以减小起下钻时间
4、，降低钻工的劳动强度，提高钻井时效，节约成本。( 2) 不同岩性适应性强。针对地层岩性情况，钻头有各种不同的设计。如冠部外型呈长形或锥形的钻头可用于软地层，冠部外型呈圆形或抛物线形状的钻头可用于硬地层。因此，PDC钻头可适用于软到中硬地层( 3) 破岩机理以切削和研磨为主。钻头是以切削齿对地层进行切削来破碎岩石的，与牙轮钻头相比钻出的岩屑细小，粒径在1mm左右，尤其是在钻遇疏松砂岩层地层时基本没有块状岩屑，岩屑往往呈颗粒状。因为岩屑颗粒细小，在泥浆的循环下便于携带，可以保持井底清洁。( 4) 井身质量好。PDC钻头在钻进时只需要较低的钻压就可以均匀的破碎岩石，具有很好的防斜、纠斜稳斜功能然而P
5、DC钻头所钻的岩屑细小,因此对现场录井有一定的影响。2 PDC 钻头对岩屑录井的影响2. 1 对真假岩屑判别的影响真假岩屑的判别是岩屑描述的第一步,也是最关键一步。在日常工作中, 我们通常把那些色调模糊, 形态较大,局部微弯成棱角明显, 个体较大的判断为假岩屑,而将颜色新鲜,个体小具棱角的判断为真岩屑（图2）。而PDC钻头一般要求低钻压,高转速,大排量,加上本身独特的结构, 使破碎后的地层岩屑呈极细的粉末状,这对传统的岩屑录井方法-即凭肉眼观察等来判断真假岩屑造成困难。芭蕉001-H3井钻至自流井组时,紫红色泥岩因其质纯,性软,加上钻井液的浸泡, 晾干后呈豆粒大团块状,已不能反映真实形态。而自
6、流井组灰绿色细砂岩则均呈颗粒式散砂状存在, 根本无法判别真假。22对岩屑描述内容的影响PDC钻头所钻岩屑极为细小,它的一些物理特征, 诸如纯度、硬度等以及一些结构、构造特征、含矿物分布情况均不能明显表现出来,甚至造成假象。尤其3是对一些含油气储层,因为好的含油气储层一般都较疏松,极易被PDC 钻头所破坏,图 2 真假岩屑对比加上钻井液的冲击一般会呈极小的岩屑出现,如果我们不仔细观察,将造成漏失油气层的不良后果。PDC钻头所钻岩屑的描述一般常有的问题是描述内容不全面、不准确。以上两点不利影响,造成的直接不良后果是降低了地层剖面符合率,使现场录井各地层单层厚度与测井所提供的各单层厚度相差较大,影响
7、了油气层准确及时的发现。由于岩屑混杂，给岩屑描述带来一定的困难，影响随钻地层对比的进行。PDC钻头特殊的破岩机理，加之高钻速高泵压大排量钻井液的冲刷，使岩屑到达地面时已成粉末状，这就给岩屑采集工作带来了困难，有时甚至采集不到岩屑。由于PDC钻头特殊的工作原理，传统的岩屑采集方法已不能满足需要，必须对其加以改进。3 PDC钻头录井方法3.1. 录井条件根据PDC钻头破碎岩屑的特点, 其录井条件除按一般的录井条件准备外, 还4应注意以下几项: （1）使用合适的振动筛布, 其孔径要在140目( 孔/ 英寸 2) 以内（图3）。（2）建议使用2mm的粒度筛( 现场多为10、8、6、4mm粒度筛) ,
8、分层过滤, 便于观察小于2mm的粉末状岩屑; （3）使用放大镜、显微镜观察分析组成岩石的矿屑, 判断矿物成分, 确定地层。芭蕉001-H3井的岩性识别中一直用的显微镜辅助，以提高岩性描述的准确性。洗净未晒干的细小岩屑, 因其表面清洁, 容易观察其岩性组合特征。晒干后, 由于砂岩胶结疏松, 一些未破碎的细小砂岩颗粒在晒样过程中因翻动进一步破碎, 且岩屑表面变得模糊而难以观察。岩屑清洗干净后可以先简单粗描, 晒干后观察岩性百分比的变化,再整体细描, 远观颜色、近查岩性、参考钻时、分层定名。3.2. 取样方法鉴于PDC钻头破岩的特殊性, 应注意以下几点: （1）经常观察振动筛排砂情况, 及时调整合适
9、的取样位置; （2）严格按两分法或四分法取样, 样少的要加密取样间距; （3）清洗时切忌用水猛冲，快倒，尽量采用小水流，轻搅拌，稍微沉淀后倒去混水再换清水，反复进行冲洗，这样可以防止细小的真岩屑在洗样过程中流失。例如嘉陵江组的石膏，如果取样过少，搅动过大，由于石膏溶于水，很可能造成淘洗过后的岩石样品总量达不到标准,并且石膏如果搅动不充分，很容易发生结块现象。图3 、80目筛布5（4）晒烤样品应尽量不搅动、翻动, 保持岩屑干净, 便于描述。烤样时切忌翻动，如果频繁翻动岩样，很可能造成岩石样品的表面颜色发生改变，以至于直接影响录井现场的岩样描述。在岩屑手机装袋时，应尽量将细小真岩屑装入袋中，细小岩
10、屑中真岩屑的比例较大，要尽量减少各个环节中的流失。3.3 钻时扩大法理论和实践都可以证实，无论是三牙轮钻头还是PDC钻头，在一定的钻井参数条件下，不同岩性有不同的可钻性，反映在钻时一般都有或大或小的变化，只是在PDC钻头钻井条件下，变化幅度降低了，基于这种认识，针对PDC钻头钻井时，采用钻时扩大法绘制钻时录井曲线。传统的、常规的钻时曲线横向比例是每mm代表1min，对传统的三牙轮钻头及传统的钻井工艺条件下，传统的钻时曲线起伏大、砂泥岩钻时曲线变化明显，在岩屑描述、岩性定名、岩性分层、地层对比过程起到了极其重要的作用。而今在PDC钻头及钻井新艺条件下，砂泥岩的钻时差别不大，采用传统方法绘制的钻时
11、曲线起伏不明显，给钻时卡层以及现场利用钻时划分岩性界面、岩性归位带来很大困难。图4、 LianX33井钻时曲线与岩性和测井曲线对应图提高原始钻时记录的精确度（保留小数后1位），将原始钻时扩大适当的倍数（2、5、10倍）绘制而成的钻时曲线，称为钻时扩大曲线。扩大后的钻时曲线起伏较大、使砂泥岩钻时的细微变化表现得比较明显，在部位井、部分井6段岩屑描述、岩性定名、岩性分层、地层对比过程起到了较好的应用效果。图4为LianX33井1545.001592.00m的原钻时及放大钻时曲线与岩性和测井曲线对应图，该井井使用PDC钻头后，在戴南组（埋深较浅）钻时很快，最小钻时为0.8min，最大钻时为4.8mi
12、n，平均钻时为1.8min，传统方法绘制钻时曲线几乎看不出钻时起伏变化，看不出岩性的变化，也就无法借助于钻时曲线划分砂泥岩界面，将原来钻时保留一位小数扩大10倍，钻时曲线起伏发生了明显变化，曲线变化与岩性变化对应较好。3. 4收集资料二开前要收集区域地质资料, 掌握地层、断层展布情况及邻井地质情况。尤其对地质设计要熟读，精读。对PDC钻头使用时间、井段、转盘转速、钻压等情况要详细收集, 特别注意钻井液处理及变化情况, 如密度、粘度、氯离子含量、槽面变化等情况, 为判断地层提供资料。4.气测录井在常规钻井工艺近平衡及过平衡钻井条件下，气测录井资料是通过储集层烃类物质从破碎的岩石中释放出来而侵入到
13、钻井液中，随钻井液循环返出到气体采集和色谱仪分析等气测仪器，并对其进行连续检测和全脱分析获得的（见图 5） ，这个过程中气测录井资料受诸多因素的影响，从而导致气测值偏高或偏低。脱气器 样气管线 仪器分析 计算机处理输出图 5 气测录井流程示意图7气测录井过程中所有相关的过程都可能对气体数据准确反映井下客观地质情况产生影响。概括地说，影响气测录井的因素可主要归纳为3个方面：储集层特征及油气性质因素、钻井因素和脱气器脱气效率因素的影响。其中储集层特征与油气性质的影响因素是主要的且客观存在的，钻井技术的影响因素基本上是可以校正的，而脱气器脱气效率的影响因素则有赖于仪器的改良和技术的进步。钻井因素对气
14、测录井的影响：钻井液密度：钻井液液柱压力小于地层压力，储集层中的流体(尤其钻遇油气层时)大量侵人到钻井液中，气体显示值较高。随着钻井液密度的提高，当等于地层压力系数时，检测到的气体值急剧下降，当超过地层压力系数时，气体值降至最低并基本保持不变。钻井液粘度：般来说，钻井液粘度越大，越不利于气体脱出，气测录井异常显示值会降低。同时由于气体较长时间地保留在钻井液中， “循环气”也会增加，气体的基值也将有所增大。钻时：在地层条件相同的情况下，钻时主要受钻头类型及新旧程度、钻压、转盘转速的影响，钻头越新、钻压越大、转盘转速越高，钻时越小，单位时间内钻头破碎的岩石体积越多，释放的气体侵人到钻井液中就越多，
15、这样脱气器从钻井液脱出的气体就越多，钻井液中气体含量的增加反映为气测检测值较高；相反，随着钻时变大，单位时间内破碎的岩石体积减少，相应气体检测值要低。钻井液排量：钻井液排量对气测录井的影响表现为：钻井液排量越大，单位分析周期内脱气器搅拌钻井液的体积就越多，从而脱出的气体也越多。PDC 钻头对气测录井的影响:通常在近平衡钻井中,气测仪所测的气体含量多为钻井岩屑破碎产生的气体含量,PDC 钻头产生的岩屑细小,有利于气体的充分扩散与释放,因此 PDC 钻头的使用有利于气测录井。地层的含气性与区域生储盖组合特征有关,表现在局部层段,岩石含气性与岩石的孔渗性有关,气测值的变化在一定程度上反映了岩性的变化
16、,地层含气越丰富,气测值随岩性变化也越明显。如果排除地层向井筒内气8体侵入的影响,单就井筒内被破碎的储集层而言,岩屑被破碎的程度越高,原储藏在孔隙中的油气进入钻井液内的量就越大,反映到气测录井上就表现为全烃升高,各组分的绝对含量值随着升高。5 现场碳酸盐岩定量分析技术芭蕉001-H3井由于采用PDC钻头钻进，导致岩屑基本呈粉末状，加之传统的识别方法本身也有其局限性，并且还要依靠经验。从而增加了岩性描述的不确定性。碳酸盐岩定量分析技术是一种质量化学分析法其通过纯石灰岩纯白云岩的理论化学成分研究确定每单位方解石与盐酸完全反应后质量的减少量每单位白云石与盐酸完全反应质量的减少量利用电子天平测量反应产
17、生的质量减少并据 此判断碳酸盐岩含量的方法其数学表达式如下Y=（Y 2-Y1-1.28Yk）（C-DY/100）EHk=H-Y1+AYB式中Y为白云质含量；H为石灰质含量；A、B、C、D、E、K为实验系数；Y1，Y 2为实时分析数据解释工作由计算机自动完成并且可进行短周期分析（120s）长周期分析（180s）精确分析（分析时间超过1000s）3种选择分析周期越长结果越准确实验表明采用短周期分析模式也能满足现场需要。芭蕉001-H3井的现场录井工作中采用的是长周期分析，先采用样品1g以内，样品越少误差越小。样品称量误差为0.001g，该项误差随分析模式不同而异，分析时间越短，误差越大。然后再烧杯
18、中放入8mL浓度为10%的盐酸后置于天平托盘 将称样纸放在烧杯上，待称量稳定后将天平置为零。将样品放到称量纸上，点击倒计时准备分析程序进入5s倒计时，在倒计时结束时尽快将酸与样品混合均匀，并放回到天平托盘上。一个分析周期后，窗口自动显示分析结果，其结果存在数据库中，可进行修改、转储、打印。（图6）碳酸盐岩定量分析技术实现了碳酸盐岩成分解释定量化，操作方便、结果9准确、分析速度快，为录井工作者识别PDC钻井工艺过程中携带出的岩屑提供了一个辅助工具提高了录井剖面质量。图 6、碳酸盐分析流程图6以嘉二 3亚段固井卡层剖析现场录井2102年5月31日20：00钻至井深2674m，以2672m分层，上部
19、嘉三段以灰岩为主夹云岩石膏，下部嘉二3亚段以石膏为主。因为上部地层厚度的变化（地质设计分层段2770m，实际分层段2672m，减薄98m），现场已经预计到下部嘉二3石膏地层可能增厚。设计进入嘉二3后60m固井，但从2672m分层之后一直到2752m都未见云岩。2754m和2756m见灰白色云质石膏（此时进入嘉二 3已80m，期间由于石膏地层的特殊性，每接一根单根都进行划眼，防止卡钻），现场都认为下部很有可能为云岩时，钻时突然增加，初步判断下部依然为石膏地层，因此其并不能认为其是夹层云岩。至2771和2772m见深灰色云岩（对其做碳酸盐岩定量分析，为云岩），其已能作为夹层云岩处理。队长决定之后的
20、岩样捞取采取由之前的两米一捞该为一米一捞，而且之后的岩样都做碳酸盐岩定量分析，以此精确判断云岩。但随后出现的大段石膏着实令在场人员倍感意外（17m）。至此，现场决定间断样品研磨 样品称量 反应与分析10到振动筛判断岩性。至2789m-2791m段见云岩，这两层质纯的云岩已能作为固井标志层，到2806m段见云岩，由于对现场复杂地层状况的不确定性，录井队长决定钻至2812m若不见石膏则停转固井，若再见石膏则继续钻进原本打完夹层云岩再见云岩打4m固井，因为很有可能2806段依然是夹层云岩。最终于6月4日钻至2812m依然为云岩，划眼停转固井。在确定夹层云岩的过程中还采取了如打两米停钻循环以确定岩性的
21、方法。虽然在一定程度上对钻进效率有所影响，但是却对卡层至关重要。此次固井卡层过程中，对复杂地层的把握充分展现了录井队长方队多年的经验。在嘉三段分层之后就对嘉二 3中石膏地层可能增厚做出了判断。事实证明，判断是非常正确的。碳酸盐含量分析（%）井段 岩性碳酸钙 碳酸镁钙 酸不溶物2670 灰褐色灰岩 73.68 9.8 16.52672 灰褐色云岩 76.5 9.21 14.27灰白色石膏62.01 10.92 27.062674-2752 灰白色石膏0.66 2.12 97.212754 灰白色云质石膏 1.21 10.83 87.942756 灰白色云质石膏 7.34 1.77 90.88灰白
22、色石膏 0 28.17 71.812758-2770 灰白色石膏 0 17.41 82.582771 深灰色云岩 0 33.74 66.252772 深灰色云岩 0 26.15 73.84灰白色石膏 1.05 8.14 90.82773-2788 灰白色石膏0 1.43 98.562789 深灰色云岩 0 15.96 84.032790 深灰色云岩 0 28.15 71.842791 深灰色云岩 0 25.86 74.13灰白色石膏 0 8.87 91.122792-2805灰白色石膏 0 15.94 84.052806 深灰色云岩 0 40.65 59.34112807 深灰色云岩 0 37
23、.03 62.962808 深灰色灰质云岩 20.5 23.35 56.132809 灰白色石膏 5.72 33.62 60.652810 深灰色云岩 0 42.15 57.842811 深灰色云岩 0 35.74 64.252812 深灰色云岩 0 36.73 63.267.结束语PDC 钻屑难于鉴别的关键在其细小且成型差，即为研磨性岩屑，对原生颜色、结构、含有物等的破坏严重。特别是其钻速快，岩屑代表性差，量少，使其鉴别难度极大。但在目前条件下，以现场常规识别结合综合录井参数实时分析；薄片境下鉴定、染色法、碳酸盐含量分析法与气体密度鉴定等相配套钻屑识别方法对于碳酸盐岩地层 PDC 钻屑识别具
24、有较好的效果。另外，对岩屑的称重法、照相法和计算机神经网络分析系统也值得探讨和研究，相应的岩屑自动采集仪和岩屑自动分析仪的研制也很有意义。参考文献1 陈立官.油气田地下地质学.北京：石油工业出版社，19832 孙玉华.PDC 钻头地质录井方法探讨.录井技术.2002.123 郭鹏.PDC 钻头对录井的影响及应对措施.录井工程.2006 4 王佑宁 ,惠卓雄, 刘志刚. PDC 钻头条件下岩性识别新技术探讨. 录井技术,2003,14(4): 1 712致谢时光荏苒，转眼短短的一年实习期即将结束，在这一年里我成长了很多，也学到了很多。从学生到员工的转变让我即欣喜又感到稍许无所适从。但现在我已渐渐
25、适应。在这一年中，我得到了很多人的帮助和开导，在此表示衷心的感谢。首先要感谢我的指导老师朱德利老师和蒋东老师。没有两位老师的悉心指导，我也不可能完成蜕变。从当初刚到气矿的，两位老师给我的指导就伴随了我这一年的成长。两位老师对我学习和工作上的指导让我感动在心。没有两位老师的指导，我的论文也是不能顺利完成的，毕竟我的水平还想当有限。两位老师细心的指导是我完成论文的前提。其次，我也要感谢我实习过的井站的员工们，在我和他们短短的相处的时间里，我们和睦相处，生活上给予了我很多的照顾。井站的班长也细心地给我讲解井站的流程，对于专业不是石油工程的我有很大的帮助。最后还要感谢川东北气矿给予了我们这次难道的实习机会，感谢领导和同事们对我的关心和帮助。在以后的工作中，我一定会努力，为气矿也为自己。
