超深井岩屑掉块归位方法探讨——以TA1井为例.pdf

2023年第9期西部探矿工程*收稿日期：2022-08-23修回日期：2022-09-27作者简介：曹现军（1979-），男（汉族），天津人，高级技师，现从事现场录井工作。超深井岩屑掉块归位方法探讨以TA1井为例曹现军*（中国石油渤海钻探第一录井公司，天津 300280）摘要：随着各油田找油深度不断向深层、超深层进发，中国石油天然气集团公司在该区部署了一口超深重点风险探井，新疆油田南缘TA1井，该井在钻探过程中，捞取的岩屑中发现有大量岩屑掉块，充分利用地质录井技术，分别采用综合录井曲线归位法、岩性与节理归位法、元素数据归位法对岩屑掉块进行了归位，归位深度与测井井径异常段吻合。该方法的建立，为钻井施工过程中的方案优化提供技术支撑。关键词：准噶尔盆地；南缘泥岩；掉块；综合录井；元素；归位深度中图分类号：TE2 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2023)09-0094-05随着在准噶尔盆地南缘西段的四棵树凹陷高泉东背斜侏罗系成功钻探的GT1井试获千吨油流，证实南缘下组合具备大型油气富集区的存在1-2。为探索南缘中段的安集海背斜下组合含油气性，突破以安集海背斜为代表的走滑背斜型目标，中国石油天然气集团公司在该区部署了一口超深重点风险探井TA1井，主探侏罗系八道湾组（J1b）、三工河组（J1s）、白垩系清水河组（K1q）。南缘中段的安集海背斜圈闭，为受安集海背斜北断裂及安集海背斜南断裂夹持的近东西向展布背斜构造圈闭，受滑脱断裂影响，地质构造特征复杂，地层高陡,地层倾角大,一般在1545之间,最大达6070,地层倾角越大,地层所受构造作用越强,两个水平地应力的大小和方向都呈现出非稳定场的特征,而且大小相差悬殊。因此TA1井在钻探到侏罗系西山窑组下部泥岩层时，岩屑中发现了大量的掉段，掉块直径最小是3mm,最大是80mm,总重量达到407.7kg，给钻井施工带来了极大的难度和风险。笔者以TA1井为例，分别从综合录井参数特征、岩性与节理特征、元素数据特征三个方面开展了研究，分别建立了三种不同的掉块归位方法，实现了岩屑掉块的精准归位，为保障钻井施工安全，为钻井施工过程中的方案优化及提速提供指导意义。1南缘构造特征及复杂工程原因分析盆地南缘山前冲断带位于准噶尔盆地南部，南缘构造的形成与造山带演化紧密相联，受构造运动影响，平面上南北分带（齐古冲断带、乌奎褶皱带），两大褶皱带细分为三排背斜群：金沟河南玛纳斯齐古背斜群、霍玛吐背斜群、安集海河呼图壁河背斜群，东西分段（东段、中段、西段），构造成排成带，样式差异大。南缘中段的安集海背斜圈闭，为受安集海背斜北断裂及安集海背斜南断裂夹持的近东西向展布背斜构造圈闭，受滑脱断裂影响，普遍具有中上部构造高陡紧闭、小，下部构造宽缓完整、大的特征。下组合钻探区域集中在第二排、第三排背斜群。其变形强度相对于霍玛吐构造带较弱，纵向上发育两期滑脱褶皱变形。安集海背斜目标类型上属于准南前陆走滑背斜型目标，其目标特征为燕山期压扭走滑，形成雁列式背斜背景，喜山期挤压反转成背斜，现今构造部分位于车排子侧翼单斜区，落实相对较容易。从构造演化特征上来看安集海背斜燕山期受车排子凸起影响，发育近北西南东向走滑断裂，对安集海背斜深层有一定影响；喜山期5.5Ma年，侏罗系底部发育滑脱层，安集海背斜形成雏形，为滑脱褶皱机制；喜山期2.5Ma年至今受天山变形影响褶皱内白垩系滑脱层变形，对褶皱形态持续改造，在安集海顶部背斜幅度增大，两翼披覆有西域组生长地层。安集海背斜受两期滑脱褶皱变形影响，晚期变形对深层构造影响小。通过对准噶尔盆地工程复杂原因的分类统计,地应力、地层岩性、岩石物性是工程复杂的主因3-4。通过对南缘区块已钻揭的中、上组合9口井统计，共发生复杂事故52次，其中阻卡发生39次，占比75.0%，通过对卡钻事故分析，绝大多数为掉块942023年第9期西部探矿工程卡钻（图1）。因此研究掉块层位，对掉块进行精准归位，是非常有意义的工作。2掉块原因分析钻井过程中常见的掉块有以下几种：钻具转动及上提下放碰、刮落的掉块，这个不是钻井复杂的主要原因。钻井液性能不能平衡当前正钻井地层压力，及钻井液浸泡造成井壁失稳。已钻地层岩性页理或节理发育及构造应力逐步释放造成掉块（地应力是地下岩体受到的来自周围岩体的挤压力，它来源于上覆岩体的自重、地质构造运动产生的构造应力、地层中的水压梯度）。钻遇断层及破碎带。TA1井所钻的安集海背斜下组合是南缘区块地应力影响较为明显的区块，该区块钻井剖面断层发育，断层附近地层破碎带极易垮塌掉块。3现场掉块归位方法以TA1井75057546m井段岩屑掉块为例，根据钻进过程中的综合录井参数预报、钻进及划眼过程中返出的岩屑掉块分析其特征为切入点，利用随钻建立的元素录井数据为基础，针对掉块样品深度归位的方法进行了阐述。3.1综合录井曲线归位法TA1井设计采用综合录井技术5-6，2021年6月26日 13:00 自井深 7263.00m 六开钻进，设计完钻井深7950m。2021年7月17日23:40，钻进至井深7546.35m,层位：侏罗系西山窑组，钻时突然由60100min140270min，准备起钻检查钻头，在短起钻过程中，起钻至井 深 7509.43m 时，大 钩 负 荷 由 2512.54kN 上 升 至2632.70kN，挂卡120.16kN；2021年7月18日2:36，下钻过 程 中，下 钻 至 井 深 7513.15m 时，大 钩 负 荷 由2323.26kN下降至2216.65kN，遇阻106.61kN，后经反复活动钻具起出。复杂处理经过：2021 年 7 月 21 日 2:00 下钻至7513m遇阻,开始循环划眼，2021年7月21日8:00至8月1日20:00划眼到底，用三趟钻完成复杂处理，耗时11.5d。第一趟钻：使用常规钻具（组合：190.5mmPDC+双根钻铤+185mm 扶正器)下钻至 7515m 遇阻无法通过，划眼井段:75057516.8m，井段长11.8m，用时38h，反复划眼，间断不定点憋停顶驱，返出掉块48.0kg。第二趟钻：简化钻具划眼（组合:152.4mmPDC+光钻铤)下钻至7515m遇阻无法通过，划眼井段:75057546m，井段长41m，划眼77h，重点划眼井段是在75197535m，间断憋停顶驱，返出掉块349.2kg，累计返出397.2kg剥落掉块。第三趟钻：简化钻具划眼（组合：168.3mm巴拉斯+光钻铤)下钻至井深7520m遇阻，从75207546m，井段75207531.62m划眼困难，扭矩波动大，间断憋停顶驱，划眼至7546m，试钻进至7547m，本趟钻返出掉块10.5kg，累计返出掉块407.7kg。综合录井工程参数监测结论：根据短起下钻上提钻具悬重参数判断，在7509m以上已经有掉块剥落，导致遇卡，通过三趟钻通井划眼悬重及扭矩参数判断，本井在75057535m井壁垮塌严重。3.2岩性与节理归位法钻进过程观察返出的岩屑。自7505m返出的岩屑中见少量大小不等的泥岩掉块7，至7546m掉块有增多趋势，其中掺杂有含方解石充填掉块。肉眼观察：呈块、片状，次圆次棱角状，致密，性硬，粒度细（泥级），部分碎块可见微层理发育，方解石呈层状发育，滴酸剧烈起泡。显微镜下观察：岩石主要为深灰色泥岩，平行断块平面镜下可见微层理发育，主要是泥质层与粉砂呈纹层状韵律性富集所致。处理复杂过程分析岩屑掉块。第一趟钻划眼井段：75057516.8m，返 出 掉 块 48.0kg。最 大 4.5cm 1.5cm0.8cm，一般1.5cm1.0cm0.5cm；块状为主，次为片状；岩性以深灰色泥岩为主，偶见煤块、砂岩及砾石（为上部地层剥落）；块状磨圆为次圆次棱角状，片状磨圆为次棱角状，见方解石填充物及节理。第二趟钻划眼井段：7505.007546.00m，返出掉块349.2kg，两趟钻掉块累计重量 397.2kg，最大 8.0cm4.0cm0.5cm，一般1.5cm0.8cm0.5cm；块状为主，次为片状；岩性以深灰色泥岩为主，偶见煤块、砂岩及砾石（为上部地层剥落）；块状磨圆为圆状次圆状，片状图1新疆油田南缘工程事故统计952023年第9期西部探矿工程磨圆为次棱角状次圆状，见方解石填充物及节理。返出的掉块变大，数量增加，起出的钻头磨损严重（图2）。图2划眼掉块及钻头磨损情况图3TA1井随钻元素录井分析图通过前两趟钻通井后，第三趟钻掉块数量明显减少，说明75057546m井段的岩层应力逐步释放，井壁逐步稳定。通过对掉块切面的镜下观察发现碎块内微裂缝发育，多被方解石充填，界限明显。根据钻进及起下钻捞取的掉块综合分析认为：掉块岩性主要为深灰色泥岩，具轻微变质，具板岩特征，其在构造应力作用下形成平行密集、切穿层面的细微裂缝（破劈理：是岩石中平行密集，间距几毫米到几厘米不等，并将岩石切割成薄片状的破裂面，是岩石受剪切作用形成的），裂缝被方解石充填，钻开地层后随着地层应力释放及钻井液浸泡作用下，使得地层开始剥落并碎块化，导致在75057546m井段起下钻遇阻卡及划眼困难。3.3元素数据归位法建立该井随钻元素录井分析图（图3），选取掉块深度及岩性要有代表性：要选取颜色一致、磨圆度相近962023年第9期西部探矿工程的多个掉块。由于前两趟钻划眼掉块较多，捞取掉块根据钻头连续划眼困难情况，确定了两个井段：第一趟钻划眼井段 7505.07516.8m，第二趟钻划眼井段7505.07546.0m共取样12点，捞取掉块按迟到深度依次是：7506m（掉块1）、7510m（掉块2）、7513m（掉块3）、7516m（掉块4）、7520m（掉块5）、7524m（掉块6）、7526m（掉块7）、7530m（掉块8）、7534m（掉块9）、7537m（掉块10）、7540m（掉块11）、7542m（掉块12）。通过对掉块岩屑的元素数据分析，NA、Mg、Ca、Al、Si、Cl、S、Ti、Ba、Mn、Fe、Sr、V、P、K、Ni、Zr元素的数据范围与随钻过程中的岩屑元素数据是基本一致的8-12。最终得出掉块18号测量的元素各值基本符合原始元素值对应的井段区间在75057526m，掉块912号元素测得的各值经误差对比，归位深度在75287535m（图4）。图5TA1井录井综合图图4TA1井掉块元素录井分析图根据复杂井段原始元素剖面数据与捞取的掉块检测的元素数据进行对比分析认为：75057535m掉块剥落严重，后经完井测井井径数据反映在 75037532mCALI(井径)扩大率21.3%（图5）。972023年第9期西部探矿工程4结论本文充分运用了随钻过程中的录井技术，建立了三种随钻岩屑掉块归位方法，该方法的应用，有效地判断了掉块位置和层位，体现了录井技术的实时性、直观性、多样性、通用性。岩屑掉块的精准归位为钻井施工工艺优化提供有利的技术依据，也为后期钻井施工过程岩屑掉块问题提供了判断方法。参考文献：1杜金虎，支东明，李建忠，等.准噶尔盆地南缘高探1井重大发现及下组合勘探前景展望J.石油勘探与开发，2019,46(2):205-215.2李秀彬，李晨，解俊昱，等.工程录井系列技术在准噶尔盆地南缘GT1井钻探中的应用J.录井工程，2021,32(3):113-118.3高春绪.钻井工程异常机理分析与录井检测J.录井工程，2009,20(2):37-41.4杨天方,王晨,李秀彬,等.准噶尔盆地南缘工程复杂原因分析及对策J.录井工程，2017,28(3):65-68.5姜勇，白生平，赵书滨，等.综合录井技术在钻井工程上的应用J.石油钻采工艺，2009,31(增刊2):79-82.6胥东宏，岳思录，水兆俊，等.特殊工艺井迟到时间确定及环空清洗度录井监测J.录井工程，2013,24(4):48-51.7丁冬,王建立,陈卓,等.泥岩掉块层位还原技术研究与应用J.录井工程，2021,32(4):28-32.8李春山，陈英毅，孙卫.利用元素录井资料的随钻岩性判别方法J.中国石油大学学报：自然科学版，2011,35(6):66-70.9王晓阳.X射线荧光元素录井技术在地质上的应用与新进展J.录井工程，2014,25(2):39-42.10 张国龙，闫长青，张国庆，等.X射线荧光元素录井在南堡油田潜山卡层中的应用研究J.录井工程，2012,23(1):20-24.11 张国田，郑新卫，王丹丹，等.X射线荧光元素录井在辽河油田的应用J.录井工程，2012,23(4):10-16.12 张连梁，金兴明，张晓晖，等.X射线元素录井在柴达木盆地英西地区岩性识别的应用J.录井工程，2017,28(4):28-33.（上接第93页）高渗层，水窜通道总体积为39450m3。但本次示踪剂测试时间较早，后期21#层注采关系变化较大，测试解释结果仅作为参考。3结论（1）根据对EP油田21#层高渗带、岩芯、泥质含量、流体性质等地质特征分析，结合注水井注入压力随注水量变化、油井水油比双对数曲线等动态特征，以及早期示踪剂测试数据和自主研发的评价软件进行综合研究，表明优势水流通道已在A14井至A3H井受效方向形成。（2）虽然海上测试成本较高，但EP油田21#层目前注采关系变化较大，为更好地刻画优势水流通道，指导调剖方案设计，建议对四个注采井组开展不同类型的示踪剂测试。参考文献1雷小乐.水驱油藏优势通道识别油藏工程方法研究D.中国石油大学（北京），20182付思强.水驱砂岩油藏注采井间优势通道综合识别方法研究D.东北石油大学，20183饶阳.砂砾岩油藏水流优势通道评价研究D.中国地质大学（北京），20174刘晨帆.葡北 X 断块葡萄花油层优势渗流通道识别D.东北石油大学，20195杨丰源.SX 区块优势通道识别与分布特征研究D.东北石油大学，20176郑可.B21井区百口泉组优势通道识别方法及分布特征研究J.重庆科技学院学报：自然科学版，2018，20(4)：1-57杨劲舟，鞠野，李建晔，等.水平井注采井网优势通道识别及提高采收率的研究与应用J.北京石油化工学院学报，2022，30(1)：31-358蒋茜，屈亚光，吴家坤，等.油藏优势通道及井间连通性研究进展J.辽宁化工，2022，51(2)：261-2659窦琰，陈平，庞艳君，等.砂砾岩油藏水流优势通道定量识别与表征以克拉玛依油田X区克下组为例J.断块油气田，2022，29(1)：83-8810 乔勇.优势通道分布特征研究以文25东沙二下油藏为例J.石化技术，2019，26(7)：122-12498