仪器录井技术在石油钻井中的应用_李国义.pdf

2023年第7期西部探矿工程*收稿日期：2022-08-29作者简介：李国义（1978-），男（汉族），吉林松原人，工程师，现从事仪器录井工作。仪器录井技术在石油钻井中的应用李国义*（大庆钻探工程公司地质录井二公司录井分公司，黑龙江 大庆 138000）摘要：近年来，随着油气勘探开发逐步面向非常规油气领域，石油钻井所需钻探的地层愈发复杂多变，施工中面临越来越多的问题，日异月新的地录井仪器的发展，为问题的解决提供了途径，对地质录井仪器的发展进行了概述，并简述了其在钻井施工现场的应用效果。关键词：地质录井技术；基本概念；应用原理中图分类号：TE2 文献标识码：B 文章编号：1004-5716(2023)07-0053-031概述随着油气资源品质劣质化、油气目标复杂化等问题的不断加深，尤其是随着勘探开发逐步面向深层超深层、非常规油气、深水等勘探开发新领域，石油钻井面临越来越多的问题，地录井仪器的发展为问题的解决提供了途径，主要通过提供更及时、全面的井筒录井资料，更好的实现油气层识别与评价、准确定位地质工程双“甜点”、预警井下风险、有效降低事故复杂，从而为石油勘探开发高效进行提供有力支撑。2地质录井仪器技术发展概述伴随着现代石油勘探技术开发的不断进步，地质录井仪器也一直不断进步发展，从最开始的铁锹、直尺到现在的智能化精密仪器，自从第一台专业录井仪器问世后，录井仪器的发展速度基本上按1015年一代、23年一型的速度发展，目前已发展至第五代录井检查仪器，可以实现集资料采集、存储、传送和发布于一体，是发现、分析、评价油气层最及时、直接的手段，能够为石油勘探开发提供一手直接的井筒数据，在非常规、深层、超深层和复杂油气藏领域发挥着及其重要的作用。2.1国内外录井仪器设备发展概述录井仪器的发展历程跟石油勘探开发的需要和科学技术的进步息息相关，科学技术的进步为录井仪器的发展提供了先决条件，而石油勘探开发的需要则是推动了录井仪器的不断进步的直接推手。（1）国外录井仪器设备发展情况。随着工业革命对石油的需求增加，20世纪初，国外油气勘探开发掀起了浪潮，为了快速、准确找到油气资源并开发利用，相应的仪器设备应运而生，经过不断的完善改进，1939年，Baroid公司的首台气测仪研发并投入使用，随着科技的进步，各种识别油气的新技术被应用到录井过程中，经过逐步发展完善，形成了较为完整的仪器设备体系，目前完善的发展代系已经历五代，第六代也已逐步开发中。各代的主要特点如表1所示。由表1可以看出，随着科学技术的不断进步，录井仪器设备得到了突飞猛进的发展，尤其是近年来，非常规油气勘探开发迫切需要进一步推动录井仪器向智能化、平台一体化发展，相信录井仪器的不断发展会给我国非常规油气、复杂地层勘探开发提供技术保障。（2）国内录井仪器设备简述。虽然国内油气大规模勘探开发较晚，但是国内录井技术的发展起步较早，早在1937年初，孙建初先生就已经在玉门油矿开展了地质录井工作，但是受限于当时的国内政治环境和经济条件，现场录井方式以纯手工为主，依靠肉眼观察、手工描绘、定性描述为主要手段，所用工具非常简陋，主要是铁锹、脸盆、卷尺、尼龙绳、钢笔及记录本子，没有任何地质组分收集、检测与分析仪器，紧靠工作人员的以往经验判断井下地层组分情况，数据的收集连续性差、检测与分析科学性较差。国内现代录井技术发展起步较晚，录井仪器设备主要经历了五个时期，第一个时期是进口阶段，20世纪80年代以前，受限于国内技术相对落后的情况，录井仪器设备及使用工具主要依赖国外进口；第二个时期是引进学习阶段，1985年法国TDC综合录井仪，1990年ALS-2综合录井仪、AD532023年第7期西部探矿工程VANTAGE综合录井仪、DATALOG综合录井仪等先进的仪器设备相继引进并投入现场使用，在现场施工中我们逐步学习模仿仪器的使用；第三个时期是中外联合研发阶段，2000年，在相关部门的组织下，国内企业开始模仿组装综合录井仪，并与国外先进企业厂家联合研发综合录井仪，逐步积累研发经验，为自主生产打下基础；第四个时期是自主研发研制阶段，自2007年以来，在科技部的大力支持下，各高校与专业化公司合力开展了相关技术攻关，逐步形成了雪狼、德玛、长城等国内自主品牌，通过不懈努力，2008年以后录井综合录井仪和相关工具逐步全面替代进口；特别是近些年来，国内公司自主研发的综合录井仪已逐步达到国际先进水平。第五个时期是大规模现场应用阶段，以中石油为例，目前累计研发制造综合录井仪约480台，其中外部销售30余台，自用约450台，占在用仪器的55%左右，其中85台仪器服务于国外，占国外总使用仪器的45%左右，国产自研仪器已占据现有仪器设备的半壁江山，随着时间的推移，仪器更新换代后，实现录井设备的完全自主化已经为时不远。综上所述，随着油气勘探发展的不断深入，为了更好的发现油气层，地质录井技术也会随之发生翻天覆地的变化，也催生录井仪器设备向着更先进方向发展，目前与现代通讯技术、信息技术相融合，基本实现了多元化、信息化，正在向智能化方向发展。录井仪器的发展朝着更全、更准、更快的方向迈进，更全是指方法更全、资料更全、应用更全、数据更全；更准是指手工到自动、定性到定量、模拟到数字、门限到建模；更快是指色谱分析更快（30s）、采集速率更快（100Hz）、信息传输更快（24H）、解释评价更快（随钻）。2.2综合录井仪简述综合录井仪是指记录钻井液中的地质、油气、压力、岩石物性等信息随深度变化的一种仪器，其广泛应用于油气勘探开发的钻探施工过程中。综合录井仪不仅在新区块、新地层设计的摸底井、预探井、资料井及探井的勘探开发中有广泛的应用，对在老油田老区块开发过程中的开发井、取芯井、水平井及调整井的施工也有着十分明显的作用。综合录井仪的作用主要体现在记录钻井液中的地层岩屑组分组成变化、钻井工程参数、钻井液参数等，通过这些数据的收集、记录、分析指导油气层发现与确定。（1）综合录井仪的发展历程。由于录井方法不断改进，录井工具与仪器的更新换代也非常迅速。20世纪50年代用简单的气测仪，6070年代用色谱气测仪，70年代国际上便出现了综合录井仪。随着微型计算机的出现和计算性能的不断提高，给录井工作带来了重大的革命性变革，出现了综合录井仪脱机装置(计算机与录井仪不联接)和综合录井仪联机装置(计算机与录井仪直接相联)。我国地质录井行业在80年代先后引进一批录井设备，其中最多的是法国地质服务公司(Gcoscrviccs)生 产 的 综 合 录 井 仪 TDC(Total Drilling Control)，由此逐渐进入现代录井行列。现代录井，国外一般称之为泥浆录井(Mud logging)，也可以称之为用综合录井仪进行的录井。它是指在石油钻探作业中，利用循环钻井液作为录取信息的载体，使用各种检测仪器，记录钻井液中的地质、油气、压力、岩石物性等信息随深度变化的一种综合录井作业。（2）综合录井仪的组成。综合录井仪的测量仪器主要分为以下三部分：钻井参数部分。综合录井仪上设有钻盘转速测定仪、泵冲程测定仪和大钩负荷测定仪等，可为钻井人员及时提供钻速、泵排量、钻压等信息。钻井液参数部分。综合录井仪上设有泥浆池液面测量仪、钻井液密度测量仪、钻井液流量测量仪、钻井液温度测量仪、钻井液电阻率测量仪等，所测参数可及时发现涌水层、漏失层及泥浆性能变化等信息，为防止事故发生给予及时提示。代数第一代第二代第三代第四代第五代第六代仪器设备气测仪、电子管脱机综合仪和计算机联机综合仪快速综合仪、快速色谱、网络和数据总线智能综合仪、数字建模和智能分析工作方式半自动近自动化自动化自动化自动化自动化特点单一的气测数据以气测和工程为主，逐步实现自动化以气测和工程为主，开启数据的交叉分析气测、工程和传输为主，实现了远传功能，为远端支持奠定了基础气测、工程和网络为主，开启了录井技术的智能化步伐录井技术的集成平台化发展，包括录井、测井和导向的结合表1录井仪器设备发展历程542023年第7期西部探矿工程地质气测参数部分。综合录井仪上配有天然气总含量监测仪、气相色谱仪(热解气象色谱仪)、热真空蒸馏脱气器、硫化氢含量监视仪、二氧化碳测量仪、碳酸盐含量测量仪、泥岩密度测量仪、荧光灯、双目立体显微镜等仪器，可测定全井段的全烃含量、烃组分和非烃气曲线，可及时发现油气层。如果井内出现硫化氢气时，综合录井仪还可及时发出警报信号。（3）综合录井仪的功能和作用。综合录井仪是在石油钻井过程中连续录取所钻地层释放出来的油、气显示、钻井工程、泥浆性能、地层地质等参数,用以识别油、气、水层和地层评价、生油岩和油源评价。监测钻井施工、检测地层压力、优化钻井、保护油气层等为实现科学钻井提供先进方法和技术。综合录井是直接发现油气层的好手段,是其它手段所不能替代的。建立钻遇地层剖面、地层层序及烃类气体百分含量变化剖面。配合科学钻井可以在连续钻井全过程,实时地对各种作业监督和记录,从而及时发现钻井施工中的隐患和事故苗头,配合固井进行计量,配合下套管测量地层破裂压力等。提供喷射钻井的水眼选择,优化、平衡钻井提供必要的参数资料。（4）综合录井仪的应用。综合录井仪广泛应用于油气勘探活动中的钻探过程。它不仅在新区勘探过程中对参数井、预探井、探井有广泛的应用，而且对老区开发过程中的开发井、调整井的施工也有着十分明显的作用。由于综合录井技术是多学科、多技术集成的高新技术集合体，因此它在施工现场所获取的大量参数、资料信息并不只是为单一用户服务。也就是说：获取的钻井工程信息既可以供钻井工程技术人员使用，也可以供地质技术人员使用，同时，获取的地质信息也同样为工程、地质技术人员共同使用，这两者是相辅相成、互为利用、资源共享的。3结论（1）本文详细阐述了国内外录井仪器与工具的发展历程，让读者清晰了解了每个时期录井仪器与工具的组成，认识到了科技进步给录井仪器的发展带来的推动作用。（2）对综合录井仪进行了详细的介绍，阐述了综合录井仪的研发、发展过程，简述了综合录井仪的组成、功能及作用。（3）总体阐述了仪器录井技术在石油勘探开发中的作用、地位及取得的效果。参考文献：1廖涛，雷军.国内外录井技术现状及发展方向J.录井技术，2016,27(1)：6-13.2朱根庆.录井技术在钻井工程中的应用C/录井技术文集，北京:石油工业出版社,1999.3董振国.页岩气水平井储集层追踪和评价关键技术 J.录井技术,2019，30（1）：43-51.（上接第52页）实验了三种不同类型的商用润滑油（改性植物油类润滑剂、合成酯类润滑剂、醇醚类润滑剂）在钻井液中的润滑效果和对钻井液流变性、滤失量、密度和润滑性的影响。同时还分析了氯离子含量、pH值和密度等条件对钻井液性能和润滑剂润滑效果的影响，获得如下结论。（1）三种润滑剂在聚合物钻井液体系中都具有较好的配伍性，其中改性植物油类润滑剂DQLU-1的润滑性最好，在2%加量下即可起到显著的润滑效果，可将基浆的润滑系数从0.249下降到0.095，润滑系数降低率为52%；合成酯类润滑剂DQLU-2的润滑系数降低率为33%；醇醚类润滑剂DQLU-3效果最差，下降幅度为18%（2）氯离子的存在会对润滑剂的润滑效果和钻井液的流变性产生负面影响。在钻井液体系中加入3%氯化钠后，钻井液体系的表观粘度、塑性粘度、动切力和初终切均发生明显变化，其中初终切的增幅较大，会对施工环节产生较为严重的不利影响。氯化钠的存在使润滑系数降低率也明显下降。（3）提高pH值后，钻井液体系的表观粘度、塑性粘度和动切力均有所增加，终切显著增大，但润滑剂的润滑能力没有受到明显影响。（4）增加钻井液密度不会改变钻井液的润滑性能。但随着密度的增加，钻井液体系的表观粘度、塑性粘度、动切力和初终切均逐步增大，这一趋势与其他实验相符合。参考文献：1刘维民,许俊,冯大鹏,等.合成润滑油的研究现状及发展趋势J.摩擦学,2013,33(1):91-104.2郭枫晚,陈道勇.废弃油脂的综合利用现状J.石油化工应用,2009,28(5):4-6.3沈齐英.可生物降解润滑剂的研究概况J.北京石油化工学院学报,2011,19(2):21-25.4Chong khong S.Biodiesel Production by Esterification of PalmFatty Acid DistillateJ.Biomass and Bioenergy,2007,31(8):563-568.55