钻遇特殊地层时的综合录井监测与判断

1、钻遇特殊地层时的钻遇特殊地层时的 综合录井监测与判断综合录井监测与判断 2 钻遇特殊地层的综合录井监测与判断 一、引言一、引言 二、地质录井监测与判断二、地质录井监测与判断 三、结束语三、结束语 3 钻遇特殊地层的综合录井监测与判断 海洋石油勘探开发钻井施工作业的特殊 性： 1、投入费用大，建设周期长 2、施工作业的特殊环境条件 3、渤海湾盆地含油气区的特性：复式油 气区构造复杂，不确定因素多，即使是已经 发现的地质异常情况，在钻井施工作业过程 中，由于种种客观的或主观的因素，仍很难 完全达到安全施工。所以必须依靠综合地质 录井来随钻监测和判断所正在钻遇的地层。 一、引言 4 钻遇特殊地层的综

2、合录井监测与判断 定义：“特殊地层”指的是对钻井施工作业 安全有重要影响的地层。 综合地质录井就好比是作业者的“眼睛”， 通过对钻井液录井、钻时录井、气测录井、 岩屑录井及钻井工程参数（包括钻压、转盘 速度、扭矩、钻头类型、泵排量等）变化的 连续监测，做好钻遇特殊地层时的正确判断， 对于钻井作业安全生产具有重要的现实意义。 5 二、地质录井监测与判断二、地质录井监测与判断 （一）、钻遇异常高压地层 （二）、钻遇浅层气区 （三）、钻遇断层 （四）、钻遇不整合面或古潜山风化壳 （五）、钻遇含H2S、CO2、煤气及其它 有毒气体地层 （六）对钻遇孔（洞）、裂缝发育的地 层 （一（一） 钻遇异常高压地

3、层钻遇异常高压地层 7 （一）、钻遇异常高压地层时的监测与判断（一）、钻遇异常高压地层时的监测与判断 异 常 高 压 地 层 指 的 是 地 层 压 力 梯 度 GP0.0098Mp/m的地层；凡地层压力梯度 GP0.018Mp/m的地层，称为超高压地层。在超 高压地层中钻进时，必须采取特殊措施。 在尚未钻探的区块，首先可利用地震勘探法确 立异常地层压力过渡带的层位和顶部位置，为 探井的设计提供依据。一般在同等深度下，地 震波传播的层速度在欠压实地层中比正常压实 地层中的层速度小。 8 （一）、钻遇异常高压地层时的监测与判断（一）、钻遇异常高压地层时的监测与判断 如果有临井资料，还可根据临井压

4、力录 井、测试资料及测井电阻率降低、页岩 密度偏小、声波传播时间增加等测井资 料判别异常高压地层。在开钻前，做好 地质预报，提示各路工程技术人员加强 安全防范措施。 在钻进过程中，进入预计的异常高压层 500米前开始，要进行连续监测，主要通 过以下钻井资料进行随钻分析与判断： 9 （一）、钻遇异常高压地层时的监测与判断（一）、钻遇异常高压地层时的监测与判断 1、钻时录井 在进入高异常压力地层过渡带 时，钻进时的钻速突然增大，钻时 突然减小。 （钻压、转盘速度、钻头类型及水 力条件基本维持不变） 10 （一）、钻遇异常高压地层时的监测与判断（一）、钻遇异常高压地层时的监测与判断 n2、钻井液录井

5、：钻井液出现明显的增量（ 2.0米3）；通过对出口流量和总池体积的变 化，判断有无发生井涌、井喷或先漏后喷的 预兆的可能性；并且由于异常高压地层地温 梯度异常大，因此，在钻遇高异常压力地层 过渡带时，从泥浆出口管返出的泥浆温度有 突然增高的现象。 另外，钻井液的密度、粘度下降，氯离子 (Cl-)、钾离子(K+)含量明显增高，电阻率（ LWD）降低等异常现象。 11 （一）、钻遇异常高压地层时的监测与判断（一）、钻遇异常高压地层时的监测与判断 n3、岩屑录井：在钻遇高异常压力地层时，返出 岩屑泥岩的颜色深，呈片状，富含生物，粘性 降低，不能造浆，岩屑中伊利石、高岭石和碳 酸钙矿物成分有明显的增加

6、。 由于页岩欠压实的原因，异常高压过渡带页岩 岩屑密度较正常压实地层页岩密度突然变小。 在钻井过程中，可将异常段的岩屑进行密度分 析，这种方法较简便，见效快，精度高。但要 注意对页岩中碳酸盐矿物和重矿物的含量进行 校正。 12 （一）、钻遇异常高压地层时的监测与判断（一）、钻遇异常高压地层时的监测与判断 4.4.气测录井：气测录井：在钻遇高异常压力地层过渡带时，气在钻遇高异常压力地层过渡带时，气 测含量大幅度上升，且高峰显示的延续时间明显测含量大幅度上升，且高峰显示的延续时间明显 地大于钻穿该层的时间；地大于钻穿该层的时间； 气测基值升高，气体组分比值（气测基值升高，气体组分比值（C1/C2C

7、1/C2、C2/C3C2/C3或或 C1/C2+C2/C3C1/C2+C2/C3）降低，尤以）降低，尤以C2/C3C2/C3降低幅度最为明降低幅度最为明 显，当显，当C2/C31C2/C31时，多为欠压实层。气测单根气时，多为欠压实层。气测单根气 、背景气和后效气的大幅度升高，都有发生井涌、背景气和后效气的大幅度升高，都有发生井涌 甚至井喷的危险。甚至井喷的危险。 在一般情况（未发生井涌、井喷、井漏）下，若在一般情况（未发生井涌、井喷、井漏）下，若 气全量大于气全量大于50%50%，循环排气不降或下降速度较慢时，循环排气不降或下降速度较慢时 要考虑加重钻井液密度，控制气全量在要考虑加重钻井液密

8、度，控制气全量在30%30%以下。以下。 13 （一）、钻遇异常高压地层时的监测与判断（一）、钻遇异常高压地层时的监测与判断 n5、dc指数（可钻性指数）当钻遇高异常压力 地层过渡带时，dc指数将向着减小的方向偏离正 常压实趋势线。 n6、其它钻井参数的变化： 1、转盘扭矩突然增大 2、钻具放空 3、钻进中的蹩跳 4、起钻时（包括短起）阻力增大，下钻时遇阻 遇卡等现象，都是其预兆。 14 （一）、钻遇异常高压地层时的监测与判断（一）、钻遇异常高压地层时的监测与判断 7、钻井液体积的变化 泥浆池内钻井液体积明显增加，是发生井涌、井喷 或先漏后喷的预兆。 q 小结小结 基于以上监测，要及时进行综合

9、分析，做好监测、 判断和预测，是否钻遇高异常压力地层过渡带以及 其层位、类型和流体性质等，对于及时调整钻井液 的比重和性能，维持平衡钻进，控制井身质量有重 要意义。并且要及时通知钻井总监（监督），采取 停钻循环钻井液等工程措施，防止钻井液严重气侵 ，发生井喷。 （二） 钻遇浅层气区 16 浅层气区的特点： 1、深度浅，500-1200m（NmU），如PL19-3， 500-1000m；BZ29-4，1000-1200m； 2、地层成岩性差，泥较软，砂疏松； 3、气体为“古生新储”或“新生新储”，前 者成因一般气体量较大； 4、对钻井作业危险性较大，不易使用密度大 的钻井液使压力平衡，容易造成“

10、先漏后喷 ”或“既漏又喷”。 钻遇浅层气区 17 钻遇浅层气区 BZ25-1-6井 09:45-15:15 正常钻进至 720m，气全量 由0迅速增加至 98%。 15:15-15:45 循环排气15分 钟后，气全量 至0。 15:45-17:00 继续正常钻进 至780m，气全 量再次迅速增 加。 18 钻遇浅层气区 17:00-20:00 边加重泥 浆边钻进至898m(比重 由1.12提高至1.14时发 生井漏，漏速120方/小 时, 漏失泥浆20方)。 21:30-22:15 边起钻边 灌泥浆，起至644m时灌 泥浆不正常，决定接方 钻杆，这时泥浆喷至2 层台。 22:15-22:30

11、关甲板 BOP，同时打开放喷液 动阀，试图抢接单流阀 不成功，关盲板，未将 钻杆剪断。 22:30-06:00 泥浆从 钻杆喷至2层台，井失 控(至01:05分人员全部 撤离)。净止观察。 19 PL19-3BZ29-4 PBZ69A G86-2 保真处理剖面保真处理剖面 地震剖面上的“气焰囱” 低速异低速异 常反射常反射 地震剖面上的“气焰囱” 蓬莱蓬莱19-3构造构造 走滑断层与轻烃散失走滑断层与轻烃散失 钻遇浅层气区 20 蓬莱19-3油田1584毫秒相干切片 “气气焰焰 囱囱”在蓬莱在蓬莱 19-319-3油田平油田平 面的分布面的分布 是成片模糊是成片模糊 区，区，表明晚表明晚 第三

12、纪第三纪- -第第 四纪四纪- -至今，至今， 喜山构造运喜山构造运 动动幕一直幕一直 促进油气自促进油气自 下往上沿断下往上沿断 裂运移和逸裂运移和逸 散。因为供散。因为供 大于散，不大于散，不 仅保证了油仅保证了油 气动平衡成气动平衡成 藏；而且保藏；而且保 证有部分轻证有部分轻 烃继续散失；烃继续散失； 渤中渤中29-429-4成成 藏与蓬莱藏与蓬莱 19-319-3油田相油田相 同。同。 81D89 地震剖面地震剖面 上的上的“气气 烟囱烟囱” 渤中渤中29-4 蓬莱蓬莱19-3构造构造 蓬莱19-3 钻遇浅层气区 21 钻遇特殊地层的综合录井监测与判断 浅层气区浅层气区 浅浅层气区层

13、气区 （三） 钻遇断层时的监测与判断 23 （三）、钻遇断层时的监测与判断 环渤海湾地区油田，断层发育； 断裂的发育可能使地下生成的油气溢损，亦 可使油气富集； 油田地下构造可能被几条断层纵横切割成若 干“断块”； v因此，有的井可能钻遇几条断层，当钻遇落 差较大的断层，可通过以下钻井资料进行监 测和判断： 1.钻时录井 钻时突然降低/钻具突然放空（钻井工艺相同时） 24 （三）、钻遇断层时的监测与判断 n2.岩屑录井 在钻至断层之前，通过与临井地层剖面对比， 岩屑录井可以发现地层的重复或缺失，地层缺失 导致岩屑岩性突变。 岩屑或岩心上出现擦痕面及阶步等显示，还可发 现大量亮晶方解石、石英等纤

14、维状晶体以及黄铁 矿等自生矿物，若使用牙轮钻头钻遇断层时，返 出的岩屑还可发现构造岩，如角砾岩、碎裂岩、 糜棱岩、玻化岩或片理化岩。 25 （三）、钻遇断层时的监测与判断 n3、钻井液录井 在钻遇断层过程中，根据断层的情况，会 发生不同程度的裂缝性漏失，甚至井漏无 返出。 4、气测录井 若断层是油气运移的通道或油气聚集的场 所，在钻遇断层过程中，气测值会突然增 大。 26 例如，渤海例如，渤海 西部探井西部探井 QK18-2-1QK18-2-1井井 ，钻遇断层，钻遇断层 过程中的气过程中的气 全量全量(TG)(TG)高高 达达70%70%，甲，甲 烷烷( (C C1 1) )含量含量 高达高达

15、44%44%； 而该井其它而该井其它 油气层的气油气层的气 全量全量(TG)(TG)最最 大值为大值为 24.4%24.4%，甲，甲 烷烷( (C C1 1) )为为18%18% ，并且钻遇，并且钻遇 断层过程中断层过程中 的的C C2 2、C C3 3、 iCiC4 4及及nCnC4 4值值 均为该井气均为该井气 测最大值测最大值 返出的岩屑为 油斑细砂岩， 含有石英、方 解石及角砾岩 等颗粒。并且 在钻进过程中 ，发生钻具突 然放空及严重 井漏，开始漏 速为4.4方/小 时，并逐渐增 大，直至井漏 无返出。在采 取循环排气及 堵漏过程中， 上提钻具遇卡 ，下放遇阻。 由以上现场监 测综合分

16、析， 判断钻遇的是 断层。 （四）（四） 钻遇不整合面或古潜山风化壳钻遇不整合面或古潜山风化壳 28 （四）钻遇不整合面或古潜山风化壳（四）钻遇不整合面或古潜山风化壳 v不整合面是已沉积地层或古地层暴露大气，发生侵 蚀作用，再接受沉积后，有明显的沉积间断。 v古潜山风化壳是一种具有正向的古地形不整合表面 风化残留物。 v不整合面由于残留风化壳，孔喉发育，具有好的渗 透性，是有利的油气运移和聚集场所。 随钻分析监测和判断的依据主要有以下几 个方面： 29 （四）钻遇不整合面或古潜山风化壳（四）钻遇不整合面或古潜山风化壳 n1、岩屑录井： 矿物组合发生突变，一般发现古土壤、风化的 燧石以及石英、铝

17、土矿、黄铁矿、海绿石、锰 结核等矿物质富集，胶结物、古生物化石也发 生剧变。 若是油气运移的通道，则常见有残余沥青。由 碳酸盐岩组成的潜山，因溶蚀作用，在不整合 面之下不同深度形成岩溶带，在岩屑录井中常 见钙质及渗流豆粒。 30 （四）钻遇不整合面或古潜山风化壳（四）钻遇不整合面或古潜山风化壳 2、气测录井： 若不整合或古潜山风化壳是油气聚集的场 所，则在钻遇时气测值将明显增大，一般 为高产油气层。 3、钻井液录井： 钻井液常发生孔渗性漏失。 例如，在渤海湾地区上第三系馆陶组底部 岩屑录井中常见燧石、石英、海绿石组成 的底砾岩层，向上过渡为含砾砂岩。 31 n1920- 2022m， 经裸眼

18、测试 102m， 日产油 321方， 日产气 6175方。 （五）（五） 钻遇含钻遇含H H2 2S S、COCO2 2、煤气及其它有毒气体、煤气及其它有毒气体 地层地层 33 （五）钻遇含（五）钻遇含H H2 2S S、COCO2 2、煤气及其它有毒气体地层、煤气及其它有毒气体地层 v地质录井要连续监测，主要是通过对气 测录井的监测，超过毒性安全浓度及时 采取防范措施。 例如，H2S气体的安全指数的体积分数 为2 X10-5（20PPM），超过这一极限 ，就要发出报警, 采取防范措施。 34 （五）钻遇含（五）钻遇含H H2 2S S、COCO2 2、煤气及其它有毒气体地层、煤气及其它有毒气

19、体地层 毒性安全毒性安全 浓度(MAC)浓度(MAC) 危险浓度危险浓度 致死浓度致死浓度 爆炸下限爆炸下限 爆炸上限爆炸上限 (ppm)(ppm)(ppm)(ppm)(ppm)(ppm)()()()() H H2 2S S 2020200200400-400- 600600 4.34.34646 COCO 2002005005004000400012.512.57474 COCO2 2 500050007%7%40%40% H H2 2 高浓度有高浓度有 窒息危险窒息危险 4 47575 CHCH4 4 5 51515 名 称名 称 几种气体毒性及其易燃性限度 35 （五）钻遇含（五）钻遇含

20、H H2 2S S、COCO2 2、煤气及其它有毒气体地层、煤气及其它有毒气体地层 硫化氢(H2S)探测仪：现多用化学或半导体探头进行 监测，监测最小值为1ppm，并装有浓度超标警报器 。仪器探头安装在气分析设备的取样管线中或与气 分析设备成一体，并在钻井液仓、平台甲板、司钻 位置均安有探头。中海油的现场录井作业规范要求 ，每班次对H2S传感器进行校验，必要时用H2S气样（ 20PPM）检查一次。 我国南海莺我国南海莺琼盆地、三水盆地等都发现许多与壳琼盆地、三水盆地等都发现许多与壳 源变质有关的源变质有关的CO2气藏。气藏。壳源壳源CO2主要有两种成因：主要有两种成因： （1）有机质分解（有机

21、成因）；（）有机质分解（有机成因）；（2）富碳岩石分）富碳岩石分 解（无机成因）。解（无机成因）。 36 （五）钻遇含（五）钻遇含H H2 2S S、COCO2 2、煤气及其它有毒气体地层、煤气及其它有毒气体地层 实验室得到碳酸盐岩分解温度为实验室得到碳酸盐岩分解温度为710-940 ，但在有，但在有 水或其它催化剂参与下，水或其它催化剂参与下，200 就强烈分解。海相碳就强烈分解。海相碳 酸盐岩矿物在区域变质或接触变质期间会转化成钙硅酸盐岩矿物在区域变质或接触变质期间会转化成钙硅 酸盐岩而释放出酸盐岩而释放出CO2。这种化学反应并不需要特别高。这种化学反应并不需要特别高 的地温。的地温。有的接触变质带仅几十厘米，有的可能达到有的接触变质带仅几十厘米，有的可能达到 几百米。几百米。 CO2分布不仅与成因有关，而且象烃类气体一样，与分布不仅与成因有关，而且象烃类气体一样，与 运移（温度和压力、相态、通道）、聚集、圈闭和盖运移（温度和压力、相态、通道）、聚集、圈闭和盖 层等条件有关。层等条件有关。 形成的形成的 “异常富集区异常富集区” ” 最大可能是以不连续的（最大可能是以不连续的（ 或灾害性，事件性，如地震、岩浆侵入、断裂活动等或灾害性，事件性，如地震、岩浆侵入、断裂活动等 ）脱气机制占主导作用。