第一章 钻井地质

第一章 钻井地质（Chapter1 well drilling geology）学时：12 学时教学安排：讲授6学时，实验2学时，练习2学时，讨论2学时基本内容： 井的类型、命名 井身结构、斜井与定向井 单井钻井设计 地质和综合录井技术教学重点：地质录井技术 教学目标：明确油气井钻井设计的思路，掌握钻井地质录井资料的采集方法 教学内容提要：第一节 井位部署一、井的类别（本节重点）1 探井发现油气，解决有没有油气的问题，有多少油气？ 地质井：盆地普查阶段，为取得基础工业质资料而钻的井，在地震资料不能覆盖区主要 解决构造和地层。参数井：盆地区域勘探阶段，为了解一级构造单元地质情况而钻的井，了解地层层序、 厚度、岩性、生油、储油和盖层条件，并为物探资料的解释提供参数。预探井：圈闭预探阶段，以发现油气为目的而钻的井。 评价井：在已获得工业油流的圈闭上，为查明含油气规模而钻的井。 水文井：为了解水文地质问题或寻找水源而钻的井。定向井：为特殊的地质或工程需要而钻的规定了井眼轨迹的井。2开发井 评价井钻探后根据开发方案，按照一定的井网方式和井网密度而钻的井，以高效果科学 地采出地下石油为目的。采出油气油（气）井：采出油气的井 水井：向地层中注水，以保持地层压力验替油气的井。调整井（一、二、三次）：油气田开采一段时间后，根据开发动态和数值模拟资料，以 提高储量动用程度和采收率为目的而钻的井。检查井：为监测油、气藏开采动态而钻的井。 其它还有更新井、三采井等。二、井号编排与命名1探井地质井：以一级构造单元+“D ”命名。参数井：盆地名称的第一个字+ “参”字+序号，如江参1井、塔参1井预探井：二级构造名称+序号，如轮南1井、塔中1井，序号比较小 评价井：油气田名称+序号，如马101井，数字比较大水文井：以一级构造单元+ “S”命名定向井：在井号后加小定“X”，如柳1x2井：表示柳1井旁边钻的第2口斜井 2开发井油井和水井：按井排编号；用油气田名称第一个汉字+井排+井号。如东河11-2-1调整井（一、二、三次）：在原基础井网基础上加上标识：如南阳油田加J、H等字符， 大庆在原井排基础上加D或代表其期次的号等检查井：井号前“检”三、井位部署1探井布井原则1 不同阶段井位部署原则 参数井：勘探初期，1口井控制1个构造带，一般部署在隆起区， 预探井：一个局部构造带设计一口预探井，目的是发现油气 评价井：以出油的预探井为中心，向四周部署2 不同油藏井位部署原则 以高点为中心的放身状布井 以高产层系或含含油圈闭为基础，先肥后瘦，扩边连片布井 2开发井部署原则排状切割注水布井 面积井网部署注采井 环状布井不均匀点状布井第二节 钻井地质设计与完井一、单井地质设计1设计依据区域地质资料地层综合柱状图 构造图、构造剖面图 油、气、水层资料。邻井资料 地层剖面图、地层对比图以及钻时、钻井液、气测、电测等油、气显示和试油地层岩石的可钻性以及对钻井液性能的影响 开发区钻井，邻井采油、注水层位，压力等资料，了解油层连通情况及注水后的影响 地质、工程数据，预测本井可能出现的各种情况。2设计内容基本数据区域地质简介设计依据及钻探目的设计地层剖面及预计油、气、水层位置地层孔隙压力预测和钻井液性能使用要求取资料要求中途测试要求井身质量要求技术说明及要求地理及环境资料3设计流程附表、附图获取勘探区块目标预算 L定勘探区块厂I储量评估 诜井位地质资料完井测试要求钻井资料牛产设备核定单成本预测 预算核定单批准 制订计划井位和后勤压力预测钻井问题预测定向井计划环保和法规要求1套管下入深度和层次选择许可申请批准钻井液程序和固控套管和井口设计固井设计-钻井力学参数1水力程序测井、取心、测试稈序防喷设备和稈序I*1钻机要求I钻井程序、时间和费用预测后勤、应急程序完井和测试程序、费用预测二、定向井设计1定向井类型 斜井、大斜度井水平井、分支井、双台阶水平井 2定向井钻井目的（本节重点）A-海上平台丛式井；B海岸钻井；C断层油气藏；D-不可能进入地点； E-地层油气藏；F控制的救灾井；G纠直和侧钻；H、I、J盐丘钻井 3定向井地质设计设计原则：应能实现钻定向井的目的应尽可能利用地层的造斜规律应有利于采油工艺的要求 应有利于安全、优质、快速钻井地面井位与地下井位不一致；且有一定的方位、水平距要求。与直井设计类似的基础地质设计定向井井身剖面设计基本井身剖面类型 进行定向井设计时，首先要选择基本的定向井井身剖面类型及计算其井斜角度和方位 经常采用的有三类井身剖面。I 型井身剖面剖面中，初始造斜角位置深度相当浅，该井斜角一直保持到靶心;表层套 管下过造斜井段并注入水泥;该类剖面通常适用于：中深井和要求大水平位移的深井钻井中II型井身剖面（S形曲线井身剖面）井眼在相当浅的深度造斜，钻至水平位移达到要求时为止，然后减小井斜角或垂直，钻 进到深度要求为止。表层套管下过造斜井段并注入水泥； 技术套管下到第二个垂直井段中； 该类剖面适用于：地层相对复杂，需要下技术套管来控制的井身。III型井身剖面井眼的造斜部分很少下套管；造斜位置（造斜点）较深；井斜角大，水平位移小。 该类井身剖面特别适合于：钻穿断层或盐丘地区，重钻或再校准井眼的井底段等。斜井几个相关概念（本节难点）井斜角一指井眼轴线的切线与铅垂线的夹角，用a表示井斜方位角一指井眼轴线的切线在水平面上的投影与正北方向之间的夹角，用B表示。 全变化角（狗腿角，&）指某井段相邻两测点间，井斜与方位的空间角变化值。 二维定向井-指井眼轴线形状只在某个铅垂平面上变化的井（即井斜角变化，而井斜方 位角不变）。三维定向井-指井眼轴线既有井斜角的变化，又有井斜方位角的变化。CT值一水平位移与垂直井深比值。CT值I，井斜角f，难度越高，钻井要求也越高。三、完井（简介） 完井是指一口井按地质设计要求钻达目的层和设计井深以后，直到交井之前所进行 的一系列工作。1井壁结构表层套管、技术套管（可多层）、油层套管、人工井底井内工具2固向井的套管串表层 套管水泥返高技术 套管油层 套管变密度第一第二3完井先期完井： 完井、 防水泥占油常规油套管）、贯眼完井（油层带孔钻井）4完井报告编写参数井、预探井：各项录井、测井、分析化验和地层测试资料齐全并充分利用。对区域 含油气性和构造的含油气性详细评述分析，论据充分，图文并茂，对下一步钻探工作提出看 法和建议。详探井：内容侧重在对储层的分布、构造特征和油矿地质内容进行综合分析评价， 图表以简明实用为原则。开发井：只填写井史资料，保存井身结构图和全套地球物理测井曲线。四、井下作业类型（简介）1射孔2补孔3封堵4人工井底5压裂6酸化6洗井7修井第三节 录井技术（本章重点）录井：一、岩屑录井（本节重点）1岩屑及岩屑录井 岩屑：地下的岩石被钻头破碎后，随泥浆被带到地面上，这些岩石碎块叫岩屑，又常称 为“砂样”。岩屑录井：在钻井过程中，地质人员按照一定的取样间距和迟到时间，连续收集与观察 岩屑并恢复地下地质剖面的过程，称岩屑录井。主要作用：可以掌握井下地层层序、岩性；初步了解地层含油气水情况。 特点（优点）：成本低、简便、了解地下情况及时、资料系统性强等。2岩屑录井流程采集：定时、定位、定距、定量处理：洗、晒、装 描述：识别、描述（方法、内容） 资料整理：录井草图、实物剖面、综合柱状图 3迟到时间计算目的：获取代表性岩屑位置 常用的测定迟到时间的方法有：理论计算法实物测定法特殊岩性法4真假岩屑识别 观察岩屑的色调和形状 注意新成分的出现从各种岩屑的百分含量变化识别 利用钻时（对区别砂、泥岩、灰质岩比较准确）、气测（识别油、气层）等资料验证 色调新鲜，形状呈多棱角状或呈片状者，通常是新钻开地层的岩屑； 圆形、岩屑表面色调模糊或块较大者，一般为滞留岩屑或垮塌。5岩屑描述方法 大段摊开，宏观观察-大致找出颜色和岩性有无界线； 远看颜色，近查岩性-远看颜色易于区分颜色界线； 干湿结合，挑分岩性一岩屑颜色均以晒干后色调为准； 分层定名，按层描述-参考钻时曲线，进一步查清岩层顶、底界，卡出分层，对各层 代表岩样进行描述。内容： 岩性：颜色、岩性、矿物、结构、胶结特及程度、含有物 相标志：沉积构造、结构、化石储油物性：孔、渗、裂缝、溶孔（洞） 含油性：含油级别四级（选出砂样中含油样比例）：I富含油：三5%以上II油斑：1 %1%（含1%）III 油迹：1%W荧光：肉眼看不到，检测荧火6级以上显示6 综合柱状图编制校深：测井、岩性相互校正，确定岩层的准确位置 复查岩屑、落实深度：测井与录井岩性上的差异解决、井壁心对岩性的校正、确定岩性 段正确与否及录井的完整与否综合剖面解释：以岩屑为岩性基础、测井为深度标准、结合取心认识，解决： 岩性分层、储层、油气层及岩性特征综述二、岩心录井（本节重点） 1岩心及岩心录井 岩心：通过井下仪器在钻井过程中获取的大块连续岩样 岩心录井：2岩心录井流程 五个阶段：设计、取心、整理、描述、整理成图设计 取心井段设计原则 取心成本高、钻速慢、技术复杂，勘探开发过程中不可能布置很多取心井。在确定取心 井段时应遵循以下4条原则：（1）新探区第一批井，应适当安排取心，以便了解新区的地层、 构造及生储油条件。勘探阶段取心应注意点面结合（少数井或分段取芯），以获得全区地 层、构造、含油性、储油物性、岩电关系等资料。开发阶段的检查井则根据取心目的而 定。如注水开发井，为了查明注水效果，常在水淹区布置取心。 特殊目的取心井，根据 具体情况具体确定。如为了解决地层岩性、地层时代 临时决定取心等，为了解断层情况， 取心井应穿过断层；取心方法设计：油基、水基、密闭 取心 卡层定位、下钻取心、岩心整理岩心整理 取心资料收集：方如定钻进尺，为定位、切割、邻井对比判定岩心 丈量“顶空、底空”：底空推测余心；收获率 岩心出筒 岩心丈量 ：识、洗、量、画 计算岩心收获率 岩心编号：两类，自然或人工块编样号；编盒号记顶底。岩心描述整理成图：岩心综合柱状草图、综合柱状图 3含油级别划分以岩石颗粒骨架间分散孔隙为原油储集场所，以岩性层为单位，以新鲜面的含油情况为 准，分6级：I饱含油：95%截面含油，含油均匀、饱满II富含油：75%截面含油，含油均匀III油浸：40%截面含油，含油不均匀W油斑：40%5%截面含油，含油部分呈斑状、条带状V油迹：5%截面含油，含油呈零散斑点状 荧光：肉眼看不到原油，荧光检测有显示 缝洞性含油：以岩石的裂缝、溶洞、晶洞作为原油储集场所；岩心以缝洞的含油情况为 准，分为以下4级：I富含油：三50%以上的缝洞壁上见原油II油斑：50%10%（含10%）的缝洞壁上见原油III油迹：10%的缝洞壁上见原油W荧光：缝洞壁上看不到原油，荧光检测有显示4岩心描述内容及方法 岩心描述内容（5个方面） 岩性-颜色、岩石名称、矿物成分、胶结物; 相标志-沉积结构、沉积构造、生物特征等; 储油物性-、K、孔洞缝发育情况与分布； 裂缝统计：按小层统计，只统计张开缝和方解 孔洞统计：孔洞个数、连通性等。 含油气性-结合岩心油气水观察、确定含油 岩心倾角测定、断层观察、接触关系判断 方法：大段看概貌与序列 逐块看岩性与构造 全面看变化 断面看颜色 放大看细节 岩心描述流程： 整理：清洗、排序、 标出取心间断 分段、分层 基本岩性观察 基本物性含油性分析 沉积水动力分析 沉积环境认识 若是旧岩心需查阅资料定层位，确定观察岩心的分层情况及勘探开发状况。 5岩心录井资料整整与岩心综合柱状图编制岩心归位方法和步骤 四个步骤：A 校正井深B 岩心归位C 岩心位置的绘制D 样品位置标注 岩心综合柱状图 岩心综合录井图-是反映钻井取心井段的岩性、含油性、电性和物理化学性质的一种综 合图件，是将岩心录井取得的各种资料、数据，用规制而成。 绘制时需要注意4个方面问题： 岩心数据（-如岩心收获率、编号、分段，与原始记录完全一致）；深度比例尺与电测（放大）曲线比例尺一致一一般为1： 50或1： 100。 绘制岩性剖面时用筒界控制岩心收获率100%，由上一下绘制，底部留空再次取心收获率100% （套有前次余芯）；自下向上绘制（向上补充）； 套心一律画在前次取心之下部； 因岩心膨胀或破碎而收获率100%时，应根据实际情况，合理压缩。 分层厚度（长度）指岩性段的长度。 以黑框及白框表示不同次取心，框内斜坡指向位置为磨损面位置，框外标记样品位置-可采用5、10编号。化石及含有物、取样位置、磨损面等，用统一图例绘在相应深度。 岩心编号栏内根据分段情况写起止号。6 岩心找描成像7 井壁取心井壁取心- 指用井壁取心器，按指定的位置在井壁上取出地层岩心的方法。通常是在 电测完毕后立即进行。井壁取心目的：证实地层的岩性、电性、含油性，以及岩性和电性的关系，等等。 井壁取心的优点：井壁取心属于实物资料，直观性强、方法简便、经济实用。因此，在 现场工作中被广泛使用。三、钻时录井1 钻时与钻时录井钻时一每钻进一米厚度岩层所需要的时间，单位min/m。2 影响钻时的因素 岩性-松软地层较硬地层钻时低 钻头类型与新旧程度 钻井措施与方式钻压大、转速快时，钻时低； 涡轮钻较旋转钻钻时低 钻井液性能与排量-低粘度、低密度、排量大时钻进快，钻时低。 人为因素的影响3、钻时曲线的应用应用钻时曲线可定性判断岩性，解释地层剖面。其他条件不变时，钻时的变化可反映岩性的差别：疏松含油砂岩钻时最快普通砂岩较快泥岩、灰岩较慢玄武岩、花岗岩最慢对于碳酸盐岩地层，利用钻时曲线可以判断缝洞发育井段-钻时突然加快，钻具放空等。 注意：同一岩类，随埋深和胶结程度等不同，反映在钻时曲线上也各不相同。在无电测资料或尚未电测的井段，根据钻时曲线，结合录井剖面，可以进行地层划分 和对比。四、地化录井（简介）又称为热解色谱录井，其原理是： 按照油气生成演化的阶段性设计程序升温周期， 将岩样置入热解炉中，检测出不同温度下从岩石中热解出来的产物， 评价生油岩的热演化程度和储层的含油气性质五、泥浆录井（简介） 泥浆录井：根据泥浆性能的变化及槽面显示，推断井下是否钻遇油、气、水层及特殊岩性的录井方法。泥浆的类型水基和油基两大类型泥浆性能相对密度（比重）P泥浆粘度卩 泥浆切力 泥浆失水量和泥饼 泥浆含砂量泥浆酸碱值（pH值） 泥浆含盐量不同地质情况下泥浆录井响应特点 高压油、气、水层 盐侵 砂侵 粘土层 漏失层五、综合录井（简介）综合录井技术：一项随钻石油勘探技术，在钻井过程中应用研究电子技术、计算机技术 和仪器分析技术，对石油地质、钻井工程及其它随钻信息进行采集、分析、处理，目的是发 现油气层、评价油气层和实时监控钻井施工过程。国外一般称这泥浆录井（Mud-logging）特点：录取参数多、采集精度高、资料连续性强、资料处理速度快、应用灵活、服务广 泛综合录井仪：为石油勘探、找油、找气、科学钻井服务的机、电、计算机一体化的大型 综合仪器。在钻井过程中实时采集工程、泥浆、压力等参数，可连续监视油、气显示情况， 并作出评价，建立地层剖面；配套的20多种传感器。进口一台综合录井仪约50万美元，国产 综合录井仪约100万人民币，为进口仪器的1/4。DLS综合录井仪传感器标准配置工程参数传感器：3套相互独立的井深测量系统；3套扭矩传感器（一个液压扭矩传感器+2个电扭矩传感器AC/DC）； 1个套压传感器；1个转盘转速传感器；1个大钩负荷传感器；1个立管压力传感器；1个泵压传感器； 1个套管关闭压力传感器（可选）泥浆参数传感器：1个出口流量传感器； 6个超声波泥浆池液位传感器；2个泥浆电导率传感器（出口/入口）； 2个泥浆密度传感器（出口/入口） ；2个泥浆温度传感器（出口/入口）；2个泵冲传感器。气体检测部分：H2S检测器：探头5个（一个室内、4个室外），带有标定箱。