特殊钻井条件下的地质录井

图3图4水平井录井特征图③、从下泥岩进入油气层（C点）：钻时下降；岩屑百分含量：泥岩岩屑减少，砂岩岩屑增加，含油岩屑比例增加；气测值表现为总烃、组分由低值快速上升（尤其是C1、C图4水平井录井特征图④、从油气层进入上泥岩（D点）：钻时上升；岩屑百分含量：泥岩岩屑增加，砂岩岩屑减少，含油岩屑比例减少；气测值表现为总烃、组分由高值缓慢下降（尤其是C1、C2）；随钻测量垂深减少，自然伽玛曲线由低值变为高值，电阻率曲线由高值变为低值。⑤、在泥岩中钻进（B－C、D－E段）：钻时持续相对高值，岩性为单一泥岩，含油岩屑含量少，气测总烃曲线逐渐降低，组分明显下降（尤其是C1、C2）；自然伽玛曲线持续高值，电阻率曲线呈持续低值。⑥、在油层中钻进（A－B、C－D、E－F段）：钻时持续相对低值，岩性为单一砂岩，含油岩屑含量高且较稳定，气测总烃曲线升为高值平台曲线，组分明显增为最大（尤其是C1、C2）；自然伽玛曲线持续低值，电阻率曲线呈持续高值。如油层存在物性差异，气测全烃曲线表现为锯齿形，组分时高时低。自然伽玛曲线呈低值锯齿形，电阻率曲线呈持续高值锯齿形。从图4可以看出，综合录井的岩性、荧光、钻时、气测曲线在A、B、C、D、E、F的变化特征与LWD自然伽玛曲线变化特征有较好的对应关系，因此利用综合录井资料变化特征可以为水平井钻进进行地质导向。2.几种水平井录井技术难点及解决方法根据综合录井钻时、岩屑、定量荧光及气测快速色谱录井情况，结合特征曲线综合分析，可以判断井下钻头是否在油气层中钻进。但在水平井钻井过程中，为保证快速钻进及钻井施工安全，工程需要使用PDC钻头、钻井液中需要加入原油、润滑油、磺化沥青等有机物质，而且，水平井岩屑运移方式与直井不同，这给岩屑、荧光及气测录井带来了一定的难度。如何使用先进的录井新技术真实地反映地层信息是指导水平井钻进的关键。(1)岩屑录井岩屑录井是发现油气显示最直接、最有效的方法，但水平井钻井通常采用“PDC钻头和螺杆钻具结构”新钻井工艺来提高钻井速度，岩屑细，甚至呈粉末状，混杂，为了防漏加随钻堵漏剂不开振动筛的时候多，因此，能否捞到反映地层真实信息的岩屑成为关键。捞砂方法改进：捞取真实地层细小岩屑时采用。主要工具：做一个0.5m2大小的接砂盒，摆放于两台振动筛之间，在架空槽后振动筛前引进钻井液和岩屑(进口位置越低越好)，定时加密捞砂。砂样清洗和烘晒：在小水压下搅洗，不宜使用高压冲洗，尽可能地保存细小颗粒岩屑。砂样在烘晒过程中岩屑颗粒表面水分未干前不能搅动砂样，防止颗粒表面污染和相互粘结，给岩屑描述带来困难。岩性定名和描述：由于水平井自身的特点，在水平段和斜井段，岩屑的搬运方式比直井更加复杂，岩屑实际返出井口时间往往滞后于迟到时间，岩性定名极其困难，必须结合钻时和气测值综合考虑，充分利用放大镜，在镜下仔细观察岩屑状况。必要时可使用“岩屑图象高分辨率采集仪”，实行岩屑图象自动化采集、编辑、处理和分析，并进行岩屑图象对比、多块岩屑图象连续显示，从而确定岩性并进行精细描述（图5）。图5xx井岩屑图象高分辨率采集仪获取的岩屑图像(2)定量荧光录井为确保钻井安全及工程需要，钻井液中加入原油、润滑剂、磺化沥青等有机物，这对岩屑特别对PDC钻头细碎岩屑污染严重，常规荧光无法准确识别油气显示。定量荧光分析仪通过分析钻井液添加剂、钻井液、岩屑的荧光特性，选择具代表性污染程度的钻井液及岩屑分析作背景，利用定量荧光分析仪具有测量差谱的功能，自动扣除背景值，显示岩屑定量荧光分析的真实图谱，消除钻井液添加剂或原油的荧光干扰，初步区分出荧光显示是来自于样品本身还是添加剂，判断地层的含油情况。该技术的最大优点是：颗粒状粗样和细粉末状岩样均可进行分析。水平井的岩屑一般较细，不需要挑样，对岩屑混合样进行逐包检测，及时发现真油气显示，并利用流体性质相同、油质相同，定量荧光谱图形状相同、荧光强度相同、荧光级别相同等特征（图6），进行地质导向。图6xx平1井相同油层不同井深定量荧光谱图(3)气测录井图7××油田××井水平段录井图气测录井是通过检测分析钻井液从井底返至井口所携带的气体组分进行录井的方法。钻井液中加入原油、润滑剂、磺化沥青等有机物对气测录井产生严重影响，但通过分析真假气测显示的不同特征可准确评价油气层。水平井钻井中加入大量原油，气测全烃曲线基线升高，掩盖了地层中的油气显示，全烃曲线也将失去连续测量地层油气显示的优势，同时重组分呈现高值，掩盖了油气层重组分显示。但钻井液中无论加入何种有机物在充分循环均匀后，组分中的甲烷、乙烷等轻组分将降低至基本消失。在水平钻进中，一旦甲烷、乙烷等轻组分出现或升高，则可判断钻头进入油气层。如图4、图7钻达A点前加入原油，全烃曲线基线升高，重组分值升高，钻达A点后全烃曲线几乎无变化，iC4、nC4值亦无明显变化，而C1、C图7××油田××井水平段录井图以xx井为例（如图8），从气测录井图可以看出，井深5050m以前混油录井段（非油层段）与水平井段的全烃显示相似，但气测组分值差异较大，水平井油层段C1、C2值远远高于混油段C1、C2值。在水平段内钻进时，钻头穿出油层和穿入油层时，气测组分值也具有同样的变化特征，因而利用此特征可指导水平井轨迹的调整。该井水平钻进至井深5165m时，迟到井深5159m气测组分C1由0.164%↘0.044%，C2由0.098%↘0.0382%，重组分也有微量降低，观察岩屑发现褐色泥岩略有增加，录井判断钻头触底，立即通知定向队调整工具面，改变轨迹，钻至井深5180m后，C1由0.057%上升至0.3936%，说明井眼轨迹又重新进入油层。完井电测证明气测录井判断正确。图8xx井录井综合图为提高气测录井地质导向的准确性，还可在气测仪上配套快速色谱仪，3Q04快速色谱分析周期为30s，测量的甲烷值可以看作一条近似的连续曲线，可替代全烃曲线，卡准油层的可靠性更强。通过快速色谱中3H曲线的变化，能够判断钻井中的偏差，当钻开油气层后，表现为3H曲线中的湿度比，平衡比和组分值发生明显变化，在同一油气层中钻进，3H曲线相对稳定。如果钻头偏出油气层，3H曲线也随之发生变化，且这一变化反映在仪器上仅滞后于钻头位置一个迟到时间，因此快速色谱能够较快发现井眼轨迹的偏移，更有利于钻井及时调整井眼轨迹。图8xx井录井综合图图9另外，录井可利用色谱气体比值法（依据Wh和Bh曲线的关系（图9)）判断储集层流体性质变化和油、气、水界面（Wh和Bh交叉：油气界面；Wh和Bh分离：油水界面），从而指导水平井钻进。气体组分的比值能有效反应钻井是否偏离了油层，至于用哪种组分比值引导钻进，取决于该层上下气体组分的差异，即哪种组分比值变化更能说明钻头是否偏离目的层。图9(4)气相色谱录井地化录井系列中的油气组份评价（简称气相色谱）也可用于水平井地质导向。在重力分异作用下，储层流体在储层中形成气、油、水的分层分布状态。在气相色谱流出曲线上表现出原油组份峰轻质组分逐渐减少，重质组分逐渐增多，油质从轻到重的变化趋势。流体性质不同，气相色谱谱图不同；流体性质相同，气相色谱谱图相同（图10）。利用气相色谱这一特征，也可指导水平井钻进。特别在因各种原因报废的老井开窗侧钻时，气相色谱可指导钻头避开水层，最大限度地在油层中穿越。七、问题讨论与保障措施通过一些水平井录井服务，要保证综合录井地质导向的成功率，除了改进上述各类录井方法外，还须采取以下保障措施：1.钻前准备掌握区域地质情况，在分析邻井资料的基础上，根据井斜对标志层视厚度及深度逐个进行校正，确保水平井地层对比的准确性。2.卡好着陆点（A点）①、从开始造斜起，要绘制1:200的“深度校正录井图”与邻井进行对比。②、在对地层及砂层组进行大段对比的基础上，要坚持小层对比。③、及时绘制“地质轨迹跟踪图”。④、在岩性描述及挑样上做到去伪存真,提高岩屑的代表性、准确性。⑤、结合邻井目的层的岩性、物性、含油性及分析化验资料，对比判断着陆点(A点)的位置。⑥、结合邻井资料，利用快速色谱、定量荧光、气相色谱分析技术进行油气层归位，为地层对比提供依据。3.加强综合录井对工程异常的预报综合录井系统不仅能及时发现与评价油气显示，采集处理工程参数与钻井液参数，提供异常预报信息，而且还能进行各种异常的分析判断。与直井相比，水平井钻井工艺更加复杂，如：A、开转盘钻进时钻具与井壁摩阻大，钻具负荷大，易发生扭断；B、用螺杆钻进时钻具相对静止，易发生卡钻；C、井壁易垮塌而发生卡、阻；D、钻遇大面积裂缝发育带容易发生严重井漏、井喷等等。所以，综合录井现场服务应密切观察各项参数的异常变化，尤其是立管压力、套管压力、扭矩、悬重和钻井液量等变化，及时通知相关技术人员，以便迅速采取处理措施，确保施工安全，保护油气层，提高钻井时效，降低钻井成本。当然，水平井地质导向是一个复杂的研究课题，本文介绍的综合录井技术在水平井钻进中的导向作用只是现场实践经验的总结。在水平井钻进过程中，综合录井虽然对地层信息反应较快，但水平井的复杂性，需要更先进的录井技术设备作保证，同时加强对现场资料和区域地质资料对比分析和综合判断，才能实现真正意义上的地质导向。第二节欠平衡钻井的地质录井一、欠平衡钻井技术工艺简介1.欠平衡钻井技术及其发展欠平衡钻井是指钻井过程中钻井液液柱压力低于地层孔隙压力，允许地层流体流入井眼、循环出井并在地面得到有效控制的一种钻井方式。欠平衡钻井具有能提高硬地层的机械钻速，减少循环漏失和压差卡钻等优点，从而获得发展。推动欠平衡钻井技术的发展，其优越性是减轻地层伤害、解放油气层、正确评价储层、明显提高产能早期的欠平衡钻井所采用的循环介质为空气，后来相继发展了用氮气、天然气、雾、泡沫或空气的轻质低密度钻井液的欠平衡钻井技术，主要用于钻低压地层。随着欠平衡钻井技术进一步成熟及井控设备的发展（承受高压的旋转防喷器引入油田后），又发展了用液体钻井液（清水、盐水、油基、水基钻井液）对高压地层进行欠平衡钻井的技术，如FlowDrilling（国内译为边喷边钻）、钻井液帽钻井、不压井钻井等技术。九十年代得以充分发展的欠平衡钻井技术是旋转钻井的发展和继续，是钻井工作者经过长期实践针对中、低压油藏所采用的科学对策。由于减少了压差，阻止了滤液和固相进入储集层，因而能够最大限度地去发现和保护中、低压油藏，以获取比常规过压钻井高得多的经济效益。另外，欠平衡钻井还可以克服液柱的压持效应，提高破岩效率，解放钻速，缩短建井周期，减少钻井液对储集层的浸泡时间，可以安全钻过严重水敏性地层及漏失层，避免大量钻井液漏失而降低了钻井成本。这些优点，使得美国和加拿大的欠平衡钻井数已经占其总钻井数目的1/3或更多。在我国实施欠平衡钻井始于五、六十年代，当时由于控制设备及研究手段均未能达到现场生产的需要，人们很快对其失去了兴趣。进入八十年代后我国才真正开展欠平衡钻井工艺技术研究和现场应用。截止到去年底，大约有100多口井采用欠平衡施工欠平衡钻井技术。将平衡控制的概念应用于钻井施工中的井筒压力体系，采用钻井流体密度和井口回压叠加控制的方法达到使井底环空压力低于地层流体压力，从而达到保护和发现油气层的目的。对于地层压力系数大于1.08的地层，可采用泥浆欠平衡，对于地层压力系数在0.9～1.05～1.08的地层利用充气泥浆，对于地层压力系数小于0.9且井壁相对稳定、无高产水层的地层，则可采用泡沫，空气等钻井流体。这样欠平衡钻井具备了在很大地层压力系数范围内实施的条件。2.欠平衡钻井技术的种类欠平衡钻井技术经过几十年的发展，至目前，国外已经发展了空气钻井、氮气钻井、天然气钻井、雾化钻井、泡沫钻井、充气钻井液钻井、边喷边钻等多种欠平衡钻井技术。空气欠平衡钻井技术，是指空气作为循环介质进行欠平衡钻井，是最早发展的一种欠平衡钻井技术。由于该技术是直接使用大气中的空气，所以可较大地节约钻井材料费用。氮气钻井技术，在欠平衡钻井中，氮气能用作钻井液，或作为钻井液的一种组成成分。主要的优点胜过空气钻井，因氮气和烃气的混合物不易燃烧，这样，可消除井下着火的可能性。天然气钻井技术，在天然气钻井中，使用天然气如同使用氮气或使用空气一样，可用作欠平衡钻井的循环介质。在钻含油气地层时，使用天气然钻井或防止井下气体混合物着火。然而，不同于氮气或空气，天然气当它排放到大气中时，一定会形成一种易燃的混合物。这种固有的较高的地面着火的潜在危险。使用天然气的钻井方法与使用空气或氮气钻井有一些不同。雾化钻井技术，在空气钻井过程中，如出现少量的地层水流，通常作法是将空气钻井转变成雾化钻井。雾化钻井的具体作法是，在压缩的空气流未注入钻柱之前，向其注入少量的含有起泡剂的水。注入的这种液体与地层产出的水就会分散成不连续的（独立的）液滴的雾，这种雾流速度与气流速度相同。泡沫钻井技术，泡沫可用作钻井的循环流体，泡沫流体为气液两相构成的乳化液，它具有静液柱压力低、漏失量小、携屑能力强、对油气层损害小等特点。适用于低压、易漏、水敏性地层、欠平衡泡沫钻井技术是目前国外应用较为广泛的一项钻井技术。充气钻井液钻井技术，虽然充气钻井液很早就用于油气工业，但是，在50年代早期在美国犹他州的Emery县才第一次使用充气钻井液钻井。当时，是使用充气泥浆作为钻井液，主要用途是避免因使用泥浆钻井时的井漏，而不是特定用于欠平衡钻井，近年来，由于水平井钻井的迅速发展，为了避免水平钻井中的地层损害，在加拿大、美国及世界上其他地区，使用充气液体作为钻井液已被用于欠平衡钻井。充气钻井液的连续相通常为未稠化的液化，如水、盐水、柴油、或原油等，气相为氮气、空气或其它气体。充气钻井液一般不含有表面活性剂，在井下具有较高的液体体积分数。使用充气钻井流的井底压力通常高于用雾、泡沫等其它轻质钻井液的井底压力。充气钻井液的有效密度通常为4ppg～7ppg(0.48g/cm3～0.84g/cm3)。边喷边钻技术，随着欠平衡钻井技术的进一步发展成熟及能承受高压的旋转也喷器引入油田后，发展了使用液体钻井液对高压地层进行欠平衡钻井技术，这种技术国外称为FlowDrilling（国内译为边喷边钻）。严格地讲，欠平衡钻井都是边喷边钻，本部分所介绍的边喷边钻系指涉及到用液体钻井液进行的欠平衡钻井作业，另外的含意是利用自然欠平衡状态进行的钻井作业。3.欠平衡钻井技术的优点欠平衡钻井技术已经历了几十年的发展，但人们对欠平衡钻井的优点是逐渐认识的，早期，人们只认识到欠平衡钻井能提高硬地层的机械钻速，减少井漏及压差卡钻，而现在已进一步认识到，欠平衡钻井还能减少地层损害，提高产量，及时发现油气井地层等众多优点，这些均到现场证实。欠平衡钻井能提高钻井的机械钻速欠平衡钻井能提高钻头使用寿命欠平衡钻井可防止压差卡钻和减少井眼循环漏失欠平衡钻井能减少地层损害正由于欠平衡钻井技术的应用，特别是在水平井中的应用，可减少或消除钻井时的地层损害，增加油气产量，推动了美国和加拿大广泛开展欠平衡钻井的热潮。如Joseph1995年报道，在路易斯安中部的奥期丁的白垩地层采用欠平衡钻井方式钻了一口深水平井，该井天然气产量为该地区用常规过平衡钻的水平井的最高产量的7倍。在加拿大，一些公司应用欠平衡钻井技术钻水平井的产量，比用常规方法钻的井高10倍。欠平衡钻井，除上述优点外，还有利于环境保护和降低增产措施作业费用等优点。4.欠平衡钻井中钻井液种类有很多不同技术能确保达到预期的欠平衡条件，目前，主要的方法是控制用于循环的钻井液的密度，使钻井液在井筒内形成的静液液柱压力低于地层孔隙压力，而钻井液可以是单独的气相或液相，也可以是气液两相混合。气相和气液两相钻井液可人工诱导产生欠平衡条件，而液相钻井液可利用地层较大的压力而自然形成欠平衡条件。气态钻井液，在欠平衡钻井技术中，最简单最早的欠平衡钻井技术是采用干燥空气作为钻井液。后来选用天气然作为钻井液。当在产气区钻井或接近天然气管线的区域使用天然气钻井，成本是较低的。另一种选择的气体是用惰性氮气代替空气作为循环介质。氮气可以是液氮，或在现场用中空纤维膜制氮装备生产的氮气。现场制氮这种方法，目前国外普遍采用。液态钻井液，当地层孔隙压力通常超过同一深度的淡水或盐水静液压力时，使用常规液钻井液，控制钻井液的密度就可利用地层压力自然形成欠平衡条件。两相钻井液，从单一的气相和单一的液体的所液两相的混合就可获得任一所期望得到的钻井液密度。气体和液体的混合物，有时也称为轻质钻井液（低密度钻井液），按气相和液相的结构及相对体积数，轻质钻井液又分为雾、泡沫和充气钻井液，在通常的压力和温度情况下，它们的结构及性能取决了气相和液相的相对体积分数。不同的钻井液具有不同的密度。5.适合实施欠平衡压力钻井的储层1.有裂缝的碳酸盐岩，泥页式页岩2.有构造缺陷或压力衰竭的紧密砂岩3.多孔隙、高渗透白云岩，井漏严重4.某些趋向于多孔隙的火山岩6.实施欠平衡钻井的条件实施欠平衡钻井应具有一定的硬件条件，为了保证欠平衡钻井的安全实施，应配备完善的地层控制装备，其装备包括：①全套与地层压力相匹配的液压防喷器组；②工作压力不小于10MPa的旋转控制头，且其工作压力可随井口回压的大小自动调节；③工作压力不低于70MPa，且具有远程控制能力的节流管汇；④耐压1.6Mpa以上大处理量的泥浆液气分离器及燃烧管和自动点火系统；⑤泥浆和原油分离装置；⑥实施欠平衡钻井的记录及测试仪器；⑦应付特殊井喷条件下的压井设备及泥浆。实施欠平衡钻井除上述所提到的硬件外，还应当具备如下条件：①实施欠平衡钻井前应对目标井的基本地质条件（其中包括:储层岩性、储层物性、储层孔隙结构、储层压力、温度及地层水产量和性质）进行全面的了解，并根据目标井的地质条件，设计出目标井的井身，钻具组合及钻井液性能欠平衡钻井井口，地面控制设备工艺流程，井口回压的控制范围及目标井的完井措施。②应对各岗位上的技术人员进行专业培训，使他们明白各自岗位的职责及特殊情况的处理措施。③针对目标井制定出该井的施工技术措施，钻井参数及组织管理方式。④详细制定异常条件下的应急处理措施。⑤设备安装完毕后，应对参与井口回压控制的各部件进行额定工作压力试压，如达不到条件应在欠平衡钻井实施前进行彻底整改。满足上述条件后，方可实施欠平衡钻井。二、欠平衡钻井下的地质录井技术1.对录井作业的影响从欠平衡钻井工艺原理及施工流程来看，其对录井作业部分项目将产生不同程度的影响，或部分信息被弱化，或被叠加上干扰信息，或被混淆而不能准确归位，或有的信息根本无法采集。具体可分为三类影响，一是对出口工程参数的影响，二是对常规地质录井作业的影响，三是对气测录井作业的影响。(1)对工程录井的影响为了维持井底的动欠压值，对循环系统所做的改动是产生影响的直接原因。以液相作为钻井介质的欠平衡钻井中，通过人工控制节流阀的开启及关闭，保持动欠压值（一般1～3Mpa）达到井控目的，地面的节流管汇则在分离系统部分实现气液分离，为防止回火，液动平板阀在液体达到一定高度开启，液体流向缓冲罐，气体达到一定压力推开回火装置，流向点火管线，因此出口参数，如出口流量、出口温度、出口电导率、出口密度这些参数因钻井液返出的间歇性、流速不稳定性使得监测不能保持连续性，或监测的值可用性变低，甚至使一些参数无法安装，这些影响使得录井信息不得真实反映井筒情形，而加大了运用这些信息来判断井漏、井涌、产水等异常情况的难度，当然，因欠平衡钻井降低钻井液柱对地层的压力，井漏、井涌、产水可较明显地表现在立压及套压的变化上，对这些异常的预报只须转移信息权重即可，对于地层产水，利用出口电导率变化结合液位，氯离子变化、非烃监测变化、钻时变化可作综合分析，对钻具刺漏异常主要依靠进口泵冲、进口流量、立压变化，结合出口流量变化作分析。以气相为介质的欠平衡钻井中，因出口参数多数无法测量或测量无意义，因此对工程异常主要依靠监测进口参数的变化，出口参数可参考套压变化及放喷管线流量的变化作判断，对油气水发现则主要依靠立、套压变化、钻时变化（若可能可参考Dc指数或Sigma指数），以及出口气流量及火焰颜色和高度变化来作判断（如果产水，出口直接可以观察到）。总体来看，工程参数受影响部分，主要集中于出口参数，而对所表征的对象的判断可以依据其它参数来进行，对受影响的参数分析时可作为参考。(2)对常规地质录井的影响①对岩屑录井的影响以液相作为介质的欠平衡钻井主要针对地层压力较低地层（一般在静水压力之上），当钻遇孔缝发育段往往发生井漏，致使岩屑返出减少或无返出，弱化了岩屑录井信息，另外为实现欠平衡钻井而降低钻井液密度，往往加入带有有机质的处理剂，对岩屑的含油性分析带来难度，其次因为确定与捞取岩屑有关的迟到时间是用喷出量代替排量结合环空容积来计算，欠平衡钻井使处喷出量极为不稳定，直接影响所捞取岩屑的代表性。以气相作为钻井介质的欠平衡钻井主要针对地层压力低于静水压力的地层，岩屑在该种情况下目前还未找到合适的捞取方法。②对钻井介质录井的影响如上所述，以液相作为钻井介质欠平衡钻井时，钻井液密度、粘度、氯离子监测变得不连续，或变化不真实，或资料不能准确归位而使运用变得复杂；以气相作为钻井介质欠平衡钻井时，出口参数采集主要针对出口是否见水。③对荧光录井的影响主要表现在因工艺需要而向钻井液中加入有机处理剂，引起对真实岩屑荧光的干扰，或因采用气相钻进，根本无法进行荧光录井。(3)对气测录井的影响①对连续性的影响：因维持动欠压值，被监测对象变得不连续，使得反溯较困难。②对信息强度的影响：因目前常规安装脱气器的位置选在缓冲罐，而在之前的分离器对气液分离之后，脱气器能分离的气源已非常稀少，直接反映在监测量上的明显变化，不利分析异常。③对信息真实性的影响：在以液相作为钻井介质的欠平衡钻井中，液体呈间断返出，并因分离器中的气体不能充分排净形成的滞留气的影响，使得信息被混淆，或被干扰、叠加，同时因欠平衡钻井，上部地层流体源源不断地进入井筒，对新钻遇油气层的发现造成困难。而以气相作为钻井介质时，地面有机气体将直接影响气测监测，而其中的无机气体则将影响CO2，H2、N2的监测。综上所述，欠平衡钻井对工程录井参数特别是出口参数有不同程度的影响，对常规地质录井及气测录井影响较明显。2.应对措施要消除或降低欠平衡钻井对录井资料的影响，一是增加录取参数，二是对受影响的参数的使用权重要降低，三是改变录井方法，而依据现代录井发展状况，可分为常规录井条件下的应对措施及使用高、新录井工艺应对措施。(1)常规录井应对措施：主要指在常见录井设备、技术条件下能采取的措施。①工程录井：加强进口参数监测，结合套压、放喷气量、结合能监测到的出口钻井液参数等信息进行异常判断，若使用液相钻井介质时可改用电磁流量计，同时增设出口放喷气体流量测定。②常规地质a.岩屑录井：在能采集岩屑的情况下，首选要注意岩屑捞取时间，鉴定时可增设岩矿薄片分析，或采用双目显微镜鉴定岩性，提高岩屑鉴定准确性，及进发现储层并对其孔渗条件有初步认识，结合钻时变化（可能时结合Dc指数或Sigma指数）、出口钻井液变化、放喷口火焰变化来判断储层的存在。目前有人尝试在出口上装一细筛布做成的圆筒来收集岩屑，取得了比较好的成功。b.钻井介质录井：能录取钻井液性能时，要结合钻时（可能时结合Dc指数或Sigma指数）、岩屑录井、立、套压或放喷火焰强弱变化来判断异常，气体钻进时注意观察出口有否液体，发现液体及进停钻循环，取得液体进行分析。c.荧光录井：能捞取岩屑时，增设定量荧光录井，剥离地面干扰因素，及时发现真实荧光显示，同时结合钻时（可能时结合Dc指数或Sigma指数）等对其归位。③气测录井：首先改用QGM等类似定量、半定量脱气器提高脱气效率，其次是结合钻时（可能时结合Dc指数或Sigma指数），岩屑录井、荧光录井、立、套压或放喷火焰强弱变化对气测异常归位，若有条件，可增设一条管线，对分离器中的气体连续分析作为对比（有的仪器如国际录井公司的DLS有岩屑微气全烃分析单元）。若进口钻井液性能未变，上部地层流体浸出相对稳定（或缓慢爬升直至分离器回火装置被顶开），若使用天然气作钻井介质，注意进口天然气流量是否稳定，若稳定而出口流量变大，火焰变高，则表明钻遇新显示，可停钻停止注入天然气，关井观察，进一步落实显示，而针对滞留气则可从改变回火装置入手，减少其对异常判断的影响。(2)新方法探索：主要探索一些录井新工艺在欠平衡钻井中的作用，这些新工艺有的取代了传统方式获得录井信息的途径，有的改变了获取录井信息的传统方法，其主要工艺可分为井下及地面两个方面。①井下方面：主要针对地层流体压力、性质、储层物性、地层岩性而使用的方法和工艺。LWD技术的发展为及时监测井下情况、获取真实地层信息、随钻地层评价提供手段，井下气体检测技术的出现使得气测录井完全可以摆脱被干扰、被混淆的局面，同时突破迟到时间的限制，做到参数准确、及时录取，随钻地层压力测量系统对地层压力变化、油气浸、井漏等监测极具价值；核磁共振及其他测井项目结合随钻监测，对地层岩性、流体性质、储层物性评价摆脱了对一些传统途径的依赖。随钻地震技术是一项新兴的实时监测技术，其以钻头振动为震源，地面设计检波器收集信息，通过去噪处理，可得到即将钻遇地层的地质信息，其实时性很强、准确可靠、投资相对LWD少，是一条快速、准确获取录井信息的新途径。②地面方面：主要针对荧光录井、岩屑录井及气测录井。目前出现的三维定量荧光技术、荧光显微图象技术对岩屑少，轻质油层识别、地面有机物干扰情况下的岩屑含油性分析有重要价值。短周期色谱技术及热解色谱技术为更多获取气测信息提供技术保障。针对脱气效率低、无法定量等情况，除前面提到的QGM脱气器，法国地质录井公司在常规脱气器基础上加恒流泵，达到定量脱气目的，二者对欠平衡钻井时返出流体不稳，气体含量经分离器严重降低情况下准确录取气测资料有价值。针对缓冲罐中脱气，信息弱、干扰因素多、异常归位难等情况，天津兴国科技公司生产的AVMS（自动真空蒸馏脱气器）采用长引流钻井液装置将钻井液引入AVMS，其脱出气样由色谱分析，周期4min，在使用双套的情况下，可保证引流源在分离器之前，完全代替目前的气样获取方法，排除欠平衡钻井中残余气、叠加气对气测录井的影响（同时达到定量脱气目的），达到准确、连续监测气测值的目的。而加拿大Datalog公司开发的Gas～Wizard摆脱传统气体采集方法，采用浸于钻井液的气体渗透膜片，利用膜片两侧压差，使气体通过膜片，利用膜片中感应装置检测气体含量，即达到定量检测，检测点的选择相对自由，同时经校验，对水基、油基或欠平衡钻井介质（泡沫、气体）中的气体检测可达到同样效果。当然，上述一些方法或因成本高、或因使用推广不够，尚待实践进一步证实其实用性及使用中的规律性。(3)其它欠平衡钻井中，返出钻井介质中地层流体含量高，对现场防爆、防毒、防火提出更高要求，相应要求录井设备具备增压防爆功能，而定量荧光等辅助设备的应用，放喷口监测等录井监测点的增加，相应增加录井工作强度，提高了设备配置要求。欠平衡钻井对录井作业的影响是明显的，主要表现在对地质信息的影响，其次是对工程录井的影响。欠平衡钻井对录井作业影响部分部分可通过调整录井方法，改变录井位置、改变解释方法得以剔除，部分影响需要进一步找到合适的途径来消除，从长远看，发展适应欠平衡钻井工艺的录井设备、软件体系是非常必要的。工作量的增加，设备要求的提高将成为录井作业利润新增长点。从欠平衡钻井工艺对录井作业影响一事看，加快录井工艺研究、适应钻井工艺发展步伐，是现代综合录井必须长期努力的一个方向。第三节PDC钻头条件下的地质录井随着勘探对象的日趋复杂，钻井作业采用新的技术手段，录井技术面临着严峻的挑战。PDC钻头因其高效性和安全性而备受钻井家们青睐，同时因这种特性加快了油气开发速度、减少了储层污染，因此也越来越受到油公司的重视。然而，PDC钻头给录井出的难题也是前所未有的。录井技术是油田勘探开发活动中最基本的技术之一，是发现油气藏、评价油气藏最及时、最直接的手段，具有获取地下信息及时、多样、分析解释快捷的特点。PDC钻头由于快速、安全、使用时间长、井身质量好、低成本、高效益的特殊钻井优势成为钻井工程提高效率的主要措施，应用越来越广泛。但由于PDC钻头特殊的破岩机理，造成岩屑稀少、细小、甚至缺失，对地质录井的岩样采集、分析、鉴定、识别、评价带来重大技术难题。解决这些技术难题需要开展积极的探索，探索新的录井技术和岩性识别新手段或新方法。一、PDC钻头的发展及特征1.金刚石钻头的分类（国内）金刚石钻头由国外七十年代初研制成功，并于八十年代得到迅速发展，其显著的高钻速、低成本特点在实践中被钻井界证实和认可，因此获得广泛推广及普及。目前全国大部分油田都在使用PDC钻头，具备不完全统计，全国近50%探井,80%的生产井都不同程度当地使用了PDC钻头。引进该技术以来，得到了广泛的推广和使用，钻井时效提高了30-50%，不论给钻井公司还是给油公司均带来了显著的经济效益和社会效益。PDC钻头是人造聚晶金刚石复合片钻头（PolycrystallineDiamondCompactBit）的简称，它是用聚晶金刚石复合片与硬质合金齿柱结合成切削元件镶嵌在钻头钢体或胎体上的优质钻头。国内主要的金刚石钻头生产厂家有江汉休斯和四川克里斯坦森钻头厂，另外还有部分小规模的地方、油田钻头厂及大专院校（石油大学、中国地质大学等）生产的各类金刚石钻头。其钻头类型分类见表1。表1.几个主要厂家PDC钻头类型厂家江汉休斯四川克里斯坦森PDC（PolycrystallineDiamondCompact）B系列R系列TSP（ThermallyStablePolycrystallineDiamond）P系列S．M．Z系列天然金刚石（Diamond）ND系列D系列2.PDC钻头的主要特点(1)钻头无活动部分(牙轮)。钻进中无掉牙轮顾忌，可实现高转速安全钻进。(2)不同岩性适应性强。针对地层情况，PDC钻头有不同的设计，如用于软地层，其钻头冠部外型呈长形或锥形；用于硬地层其钻头冠部外型呈圆形或抛物线形状。所以，适应范围比较广。(3)使用时间长。采用聚晶金刚石镶齿，坚硬锋利，寿命长；一般一支PDC钻头入井的工作时间是普通钻头的五至八倍，减少了起下钻时间，降低了钻工的劳动强度，提高了钻井时效。(4)硬度高、破岩能力强。金刚石的硬度最高，钻头强度大，钻进速度快，钻时均匀。(5)破岩机理以切削和研磨为主。PDC钻头所钻的岩屑细小，甚至呈粉末状，尤其是疏松砂岩则往往呈颗粒状出现。钻屑颗粒细小，便于泥浆携带，保持井底清洁。(6)低钻压剪切均匀破碎，能够防斜、纠斜、稳斜。3.PDC钻头破岩机理PDC钻头按其切削原理分为F型钻头和R型钻头，其中常用的是F型。F型钻头冠部形状分为：浅锥形、短抛物线形、抛物线形和鱼尾形四种形态；齿形多为圆形齿或楔形齿，破岩方式主要有剪切、预破碎、梨削和磨削四种。剪切破碎：从岩石破碎强度可知，岩石抗剪切强度远低于岩石的抗压强度（为抗压强度的0.09-0.15倍），PDC钻头正是利用岩石的这一特征实现其高速钻进，其破岩机理见图-3。PDC钻头切削力受力分析（首先做出以下基本假设）：①地层岩石是塑性的；②井底大体上平行于钻头轮廓面；③单切削刃和全钻头之间有相似之处：钻速与切削刃吃入深度成正比，作用于单切削刃的法向力与钻压成正比；④切削角忽略不计；⑤PDC钻头切削刃的体积磨损与摩擦成正比；⑥切削刃侧面摩擦力忽略不计。在钻压P和扭矩力T的合力R作用下，生产一个沿剪切面由合力R产生的分力F（剪切力），当力F等于或大于剪切面积和岩石的抗剪切强度极限强度的乘积时，岩石就沿剪切面破碎。一般PDC钻屑颗粒大于其它类型金刚石钻头的钻屑，其钻头适合于中软——中硬地层。PDC钻头的切削刃是以切削方式来破碎岩石的，它在扭矩力的作用下，能自锐地切入地层、向前移动剪切岩石。在理想条件下，复合片刮切岩石时生成的岩屑会沿着金刚石表面上移，直至与复合片脱离，通过岩石在切削齿边缘处的破碎，钻头的切削能量得到高效释放。然而，在很多情况下，岩屑所承受的压力使其紧贴切削齿表面，从而生产阻碍岩屑移动的摩擦力。这种摩擦力往往可以积累到相当高的程度，以至于会造成岩屑在切削齿边缘的堆积。这种现象一旦发生，井底岩石的运移就不再是直接依靠切削齿的边缘，而是通过切削齿表面积累的岩屑自身来完成。这样，岩石的破碎和运移将需要消耗更多的能量，由此降低钻井效率。目前，PDC钻头制造工艺中采用了“黑冰”抛光切削技术（黑冰齿有高度抛光的外表面，其摩擦系数低得就象闪冰与冰的滑动一样），它是通过降低岩屑与切削齿表面之间的摩擦力，以避免岩屑在切削齿表面的堆积，以有效减少切削时的剪切力，显著改善岩屑的运移，提高钻井速度和钻井效率。根据PDC钻头镶齿形态和受力分析，楔形刀翼设计增加了钻头表面的流道体积，有利于改进钻头水力性能，新的刀翼布齿方式使钻头心部更开放，容屑空间更大，减少钻屑在齿部的淤积，有益于改善钻头的清洗条件。在钻井现场可根据岩石成岩性（致密程度）情况，合理选择PDC钻头类型，一般，中软地层适合长齿，硬地层适合小齿。当钻头选型与岩石硬度不匹配时，有时会造成井筒返出岩屑成粉末状。二、PDC钻头钻井条件下岩屑特征分析PDC钻头因其特殊的结构构造和独特的破碎机理，造成岩屑稀少、细小、甚至缺失，对地质录井岩样采集、分析、鉴定、识别、解释、评价带来重要技术难题。因此，解决这些技术难题首先要搞清PDC钻头与岩屑特征的关系。PDC钻头类型及岩屑特征：PDC钻头是由薄层人造金刚石和碳化钨基片组成的复合片钻头，根据复合片的大小又分为大复合片PDC钻头(φ>13.44mm)，岩屑特点呈片状或中细粒状；标准复合片PDC钻头(φ=13.44mm)，特点呈中细粒状至细粒状；小复合片PDC钻头(φ<13.44mm)，岩屑特点呈细粒至微粒状。PDC钻头与岩屑粒径的关系：研究中利用孔径为1mm、3mm、5mm的粒度筛将PDC钻头所钻20多口井的岩屑进行筛选，据此统计出不同类型的PDC钻头对岩屑粒径影响。统计结果表明:人造聚晶金刚石PDC钻头（如SM型）所钻岩屑最细，小于1mm岩屑占51%；其次是小复合片PDC钻头（如84FZ型），小于1mm岩屑占41%，再次是标准复合片PDC（如R428型），小于1mm岩屑占26-36%，影响钻屑粒径最轻的是大复合片PDC钻头（如R516型），小于1mm岩屑仅占28%。由此可以看出PDC钻头的齿数越多、越密，则所钻岩屑越细小，说明该型号钻头对岩屑录井影响越大。给地质录井主要带来了以下困难：岩屑采集困难，甚至采集不到岩屑；岩性识别困难，难于有效的划分储集层与非储集层，仔细识别岩性的难度更大；岩屑细小，现场挑样极为困难，进而影响地化和定量荧光分析化验结果；储集层中的油气显示信息大大减少，增加了油气显示和油气层评价的难度。根据钻井技术研究和现场经验得知，在较硬和极硬地层时需要使用人造聚晶金刚石PDC钻头或小复合片PDC钻头，在软—中硬地层时几种型号的PDC钻头都可以使用，并且对钻井速度的影响不大。因此在钻井作业过程，建议使用PDC钻头应选择齿数稀-中密结构的大复合片、标准复合片PDC钻头，减小对岩屑粒径的影响，从而最大限度地减少对地质录井的影响程度。三、对PDC钻头条件下录井的认识PDC钻头机械钻速快，使岩屑录井速度难以跟上钻头；岩屑颗粒细小，使岩屑定名困难；钻时变化不明显，岩性分层不准确。因此，传统的以岩屑实物定名、钻时分层归位的岩屑录井方法难以奏效。录井工作者必须对PDC钻头条件下的岩屑、钻时、气测及其它录井参数有一个全新的认识，掌握各种录井参数的变化规律，才能适应现代化录井的需要。1.钻时PDC钻头与牙轮钻头有着不同的破碎机理，因此对不同成分的岩石的敏感程度也不一样，但总的来说，PDC钻头条件下的钻时要比牙轮钻头下的钻时低得多。PDC钻头钻进时有下列几种情形：(1)砂、泥岩钻时一样，或有轻微变化，但无规律。这种情况主要发生在压实小、成岩性差的浅部地层。(2)砂岩钻时低，泥岩钻时高，这种情形主要发生在深部地层或成岩性好的地层中。(3)砂岩钻时高，泥岩钻时低。这种情况主要产生于砂质岩性较粗的地层中，或砂岩中石英含量高，或砂岩为硅质胶结。有时，同一种岩性，不同颜色岩性的钻时区别很大。2.岩屑PDC钻头的特殊破碎机理，多数时导致钻井岩屑非常细小。这种细小岩屑的形状和表观颜色与牙轮钻头下的特征也不一样。(1)颜色：牙轮钻头产生的岩屑个体大，颜色变化鲜明，象工笔画一样，棱角分明；而PDC钻头产生的岩屑细小，易受泥浆侵染，颜色变化不鲜明，呈渐变，象水彩画一样，有种朦胧模糊的感觉。(2)形状：一般在压实小、成岩性差的浅部地层，PDC钻头产生的岩屑特别细小，在泥浆中呈絮状，晒干后呈粉末状。有时不同层位的岩屑混杂在一起并重新粘结，甚至与钻井泥浆产生的泥饼混杂粘结在一起；在成岩性较好或较古老的地层中，岩屑呈小片状或呈粒状。有些特殊岩性，PDC钻头能把岩屑塑造成特殊形状。在塔里木盆地的S96井中发现，卡拉沙依组的黄灰色灰质泥岩，其岩屑一面呈光滑的镜面，另一面呈纹理状（如图4）。图4

PDC钻头产生的特殊岩屑形状3.气测一般在近平衡钻井中，气测仪所测的气体含量多为钻井岩屑的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。从广义上讲，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，不同的岩性具有不同的孔渗性，也就具有不同的气测值，因此气测值的变化在一定程度上反映了岩性的变化，地层含气性越丰富，气测值随岩性变化也越明显。东海西湖凹陷上花港组、平湖组和松辽盆地南部后五家户构造、孤家子构造上泉头组、登娄库组，地层含气性好，气测值的变化较好地反映了岩性的变化，为岩屑录井提供了良好的参考(如图5)。图5某井气测值与岩性的对应关系4.荧光显示荧光录井是发现油气最直接的手段之一，在正常钻进过程中，岩屑荧光显示的强弱，与岩屑所含的油气多少有关。而荧光显示是岩层被钻头破碎成岩屑后，由泥浆携带至井口，储集岩孔隙内残余油气经过钻头和泥浆处理后在荧光灯下的具体表现。因此，岩屑破碎程度影响了荧光显示级别。被PDC钻头破碎的岩屑明显偏小、偏细，荧光显示较弱，因此，PDC钻头钻进时，发现油气显示的难度会增大。5.钻井参数PDC钻头多采用高转速、小钻压方式钻进，而钻具扭矩对转速非常敏感，扭矩变化又引起一系列钻井参数的变化。在PDC钻头高速剪切地层过程中，不同的岩性所引起的钻井参数的变化程度也不一样，尤其是电动钻机，钻井参数随岩性的变化尤为明显。因此，钻井参数的变化在某种程度上反映了岩性的变化。某勘探钻井平台配置电动钻机、顶部驱动，承担录井服务的综合录井仪配备了电扭矩传感器和电顶驱转速传感器。施工数口井表明，在三开井段（12-1/4”钻头、5”钻杆），扭矩和顶驱转速变化能很好地反映了岩性的变化，砂质岩扭矩和顶驱转速曲线为高频率、高幅度的震荡曲线，而泥质岩曲线较平直或低频率、小幅度曲线。曲线的震荡频率和幅度越高，其岩性则越粗(如图6)。图6某井岩性与钻井参数对应变化曲线另外，在互层井段，如果组成互层的岩性间密度反差大，在钻遇岩性界面时，钻压参数常常发生变化，并且密度反差越大，钻压变化也越大。如在鄂尔多斯盆地石炭、二叠系煤系地层中，当钻头钻遇煤层或炭质泥岩时，钻压参数会突然变小。四、PDC钻头条件下录井方法实践表明，PDC钻头条件下的录井没有绝招、没有灵丹妙药、没有放之四海而皆准的经验。要搞好PDC钻头条件下的录井首先要重视常规录井和传统的录井方法，练就肉眼观察岩屑的真本领；其次是充分利用和挖掘综合录井参数，找出适合某地区或某井段的诀窍；第三是引进新技术新方法，开拓视野。1.重视常规岩屑录井PDC钻头条件下的岩屑录井方法与三牙轮钻头相比，既具有普遍性又具有特殊性，同样在“捞、洗、挑、照、描”五个环节上下功夫。(1)正确的捞砂方式采用正确的捞砂方式很重要，可根据不同地区、不同井段、不同设备而选择不同的捞砂方式。上部地层成岩性差、易造浆，PDC钻头破碎成的细小岩屑，经振动筛振动作用，不同层位的岩屑混杂在一起并重新粘结或与泥饼粘结，失去了岩屑本来面貌，因此上部地层多采用泥浆槽捞屑；而下部地层成岩性逐渐变好，岩屑多为小片状，不易沉淀在泥浆槽里，振动筛上的岩屑较真实，因此采用振动筛取样。(2)正确的洗屑方法大水冲洗的方法清洗岩屑在PDC钻头条件下一般不适用，一般用洗样盆清洗岩屑，缓慢漂洗、沉沙。岩屑并非洗得越干净越好，对于上部易造浆的岩性，清洗越厉害，岩屑越失真，并且对后期荧光检查也不利。从现场岩屑录井过程看，除不可抗拒的钻头和钻具结构因素外，对于振动筛的振动、岩屑清洗时的水冲、搅动力度、频度等也加重了钻屑的粉碎程度，尤其是对疏松的砂砾岩储层和含油砂岩，更减少了有效成分的含量，严重时可能会造成岩屑采集量不足、油气显示难以发