东濮凹陷PDC钻头录井岩性特征及识别方法 - 图文

东濮凹陷PDC钻头录井岩性特征及识别方法

一、前言

随着科学技术的进步，钻井工艺有了进一步的提高。复合钻进、PDC钻头钻进、大位移定向井、水平井等钻井新技术广泛地应用，给我们录井提出了新的技术要求。特别是PDC钻头特殊的破岩机理，导致钻井岩屑非常细碎（近似粉末状），钻井速度快，岩屑采集困难，甚至采集不到岩屑，造成岩性识别困难，难以有效地划分储集层和非储集层，加上挑样困难，严重影响了地化分析和地质取样，增加了油气识别难度，使岩屑描述符合率较低，给录井及时发现油气层带来很大困难。在这样的条件下如何提高岩屑录井的准确性，提高剖面符合率，已是摆在我们面前十分迫切需要解决的课题。在以前的研究课题中也得到了一些方法，但现场适用性不强。有的甚至从设备到人力都要求投入太高，分析一包岩屑甚至需要很长的时间，就目前的钻井速度是不能适用现场工作要求的。因此我们在实际工作中通过不断探索，总结出了一套适用于现场识别岩性特征的简单易行的新方法，实施后取得了很好的效果。

二、PDC钻头岩性特征分析

东濮凹陷是渤海湾含油气区的一个组成部分，也是一个多油气藏类型的复杂断块油气田，面积约5300km2。目前油田勘探开发进入中后期，钻井工程采用PDC＋螺杆＋转盘的复合钻井新工艺，虽然大大提高了钻井速度，但也造成了岩屑采集、分析、识别的困难。给我们地质录井工作带来了新的挑战，结合目前实钻情况，对PDC钻头岩屑特征进行分析如下：

PDC钻头因其特殊的结构构造和独特的破岩机理，造成岩屑稀少、细小（近似成粉状），并且改变了岩屑颗粒的原始形状，通过钻井液携带到地面的岩屑一般都是破碎后重新凝结而形成的，通常呈片状，或中细粒状，总的特征一般是一面光滑一面褶皱。见表1、图例一、二、三、四

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岩 性 特 征

表1 岩 性 砂岩 油砂 泥岩 盐层 膏层 油页岩 颜 色 灰白、浅灰、棕红色 灰褐色、灰色 暗紫红、灰、浅灰、深灰色 灰白色、白色 灰白（白里透红）、肉红色 深灰、褐灰、黄褐色 芳 香 味 无 有芳香味 无 无 无 有芳香味 手感（形状） 一面光滑一面褶皱（图例一） 同砂岩（图例一） 无砂质感（一面光滑，一面不光）片状、块状 见盐晶体（或盐垢）（图例二） 见盐垢 、盐质泥岩，手感润滑（图例三） 同泥岩（图例四）

图例一：

? 砂岩

2

? 油砂

图例二：盐层

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图例三：膏层

图例四：页岩

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三、岩性识别方法研究

根据在三牙轮钻头条件下的录井方法，结合PDC钻头下的岩性特征，通过录井技术的改进，我们总结采取以下几种方法，将有利于识别岩性，提出岩性剖面符合率。

1、直观（望、闻、切）鉴定法

大段摊开，宏观细挑，远看颜色，近看岩性，干湿结合，挑分岩性，分层定名，按层描述，是钻井地质工作者在长期岩屑描述工作实践中的经验概括和总结。同样适用PDC钻头条件下的岩屑描述。

望：远看颜色，观察岩屑色调新鲜度，其形状呈棱角状或片状，通常是新钻开地层岩屑，一般来讲，砂岩颜色浅，泥岩颜色深。近看岩屑砂泥混杂，难以区分，远观的结果就不一样，新成份的出现及同类岩屑含量的变化，从岩屑的颜色能反映出来，因而可以从颜色上进行卡层。近看岩样必须注意观察新成份的出现，对一些深层，有时仅出现数颗新成份岩屑，也表明进入新地层。见表1

闻：由于储集层和非储集层的差异，造成油气显示层一般均在砂岩储集层中，在实际工作中我们可将岩屑洗净后放在手中或滤纸上闻闻有没有油气芳香味（见表1），如果岩屑中含有油气显示，可闻到油气芳香；反之则没有，从而初步区分是否有油气显示。对于加入钻井液添加剂或磺化沥青也可以采用此法进行区分。

切：就是用手去感觉岩屑的特征，不同的岩性由于成分不同，硬度不同，被钻头破碎后岩屑的形状不同，因此在砂泥岩剖面中可依据手感来判断地层岩性。

这种方法可分两阶段进行，第一阶段是在采集清洗岩屑时，根据洗砂时的手感，记录岩性相对变化趋势，第二阶段是岩屑描述人结合第一阶段记录的变化趋势与岩性颜色变化趋势划分不同岩性后，依据手感及观察结果判定不同成分含量进而较为准确地描述岩屑。

根据以上三种分析法相结合，可初步判断其岩性，并描述定名。 2、氯仿点滴荧光分析法

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由于复合钻进、PDC钻头钻进岩屑磨损严重，砂样常呈细末状，如果不细翻砂样，很容易漏层。对于油气显示级别的岩屑肉眼不易发现，可进行荧光分析，确定其含油性。

当大斜度、大位移定向井砂样中存在包包都有荧光现象的，如何判断油气显示，辨别其真伪呢？可采取“多包同照荧光”来解决，在相邻2-3包岩屑中各取近似等量的一份洗净，同时放在荧光灯下观察，比较各自的荧光含量、发光、颜色等，如荧光发光颜色与上部井段有明显区别，应确定新显示层，发光岩屑百分比含量变化可判断是否为井内滞后岩屑，荧光分布状况不同则标志不同含油气产状岩层。

不同的含油砂岩具有不同的荧光色环，根据荧光色环、砂样发光斑痕、发光强度的不同确定其含油级别（见表2）。

不同含油级别荧光特征

表2 岩 性 白 砂 湿 照 无 干 照 无 滴 照 无 荧光砂 星点状荧光微弱 无 弱荧光环 乳黄色荧光，扩散较快，发光强度明显比荧光砂强 乳黄色荧光扩散迅速，发光强度亮 油迹砂 淡黄色，星点状，较弱星点状，明显 淡黄色荧光 油斑砂 淡黄色，星点状荧光 淡黄色荧光 7

3、区域标志层对比法

PDC钻头钻井条件下，岩屑呈粉末状，因此所有描述都只能粗略地划分砂泥岩，而很难准确判断岩性。解决这个问题，应采取区域标志对比法，然后对重要层位进行重点描述。

中原油田地层复杂，断层多，但不同的区块具有不同的地层特征其标志层也不同，录井技术人员必须对工区的地层沉积特征、构造、地层及岩性特征，结合设计要求做到心中有数。如东濮凹陷地层从沙一段~中生界地层颜色特征如下：沙一地层为灰色，沙二上红色，沙二下红色，沙三上灰色，沙三中灰色，沙三下灰色，沙四上灰色，沙四下红色，中生界为红色地层。东濮凹陷的北部地区卫城、濮城、文留地区标志层特征如下：

不 同 地 区 砂 层 组 划 分

层 位 S2上 S2下 S3上 S3中 S3下 S4 中生界

卫 城 6 4 4 7 10 5 有 濮 城 7 8 10 10 未分 未分 户部寨 8

文 留 未分 8 10 10 未分 未分 未见 文明寨 6 4 4 7 7 5 有 表3 胡 状 未分 未分 4 12 12 未见 有

卫城地区：

卫城油田位于山东省莘县与河南省濮阳县、清丰县的交界处，构造位置位于东濮凹陷中央隆起带北端，北与文明寨、古云集油田相接，南与文留油田相连，东临濮、卫生油次洼，南北长约15km，宽约2km-3km，面积约40km2。

构造特征：卫城构造是东濮凹陷中央隆起带北部的一个由一组断层活动所形成的隆起构造，构造东陡15°～30°，走向为NE30°左右。构造被走向NE而倾向相反的卫东、卫西两条断层切割，形成了一个垒、堑相间的上堑、下垒的复合断裂隆起构造，其内部又被次一级的断层切割，十分复杂。深、浅层构造符合程度差，浅层构造较为简单，而深层构造复杂。其主要含油区块为卫2、10、11、22、49、360块。

卫城地区标志层特征见图①、图②

沙一下属无盐膏剖面类型，厚度为100m左右，岩性为灰色泥岩、白云岩、浅灰色粉砂岩（局部见油气显示）、深灰色页岩不等厚互层，其电性特征为卫城区域电性标志层。

沙二上、下地层界面的划分原则：岩性为灰色含膏泥岩，厚度为40-60m。其划分方法将含膏地层一分为二，其电性特征明显，见图①。

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沙二下、沙三上地层界面划分原则：通常以见灰色地层为进入沙三上，其沙三上1砂组为厚层砂层，沙三上2砂组见厚层页岩或油页岩为标志层。

沙三上、沙三中地层界面划分原则：通常以见盐膏层或含膏泥岩为进入沙三中地层，上伏沙三上底见厚层油页岩明显。

沙三中地层共分为7个砂层组，岩性以灰白色盐膏层与灰色粉砂岩、黄褐色油页岩、灰色泥岩不等厚互层，厚度为450-600m。其发育成卫城地区上下二套盐膏层。沙三中1-3砂组为卫城上盐高阻，沙三中4-5砂组为盐间砂低阻，见油气显示，沙三中6-7砂组为卫城下盐高阻。其盐膏层向北盐层变薄，相变成砂泥岩地层且为主力油气层段。

卫城上下两套盐膏层为卫城地区沙三中标志层。

沙三中、沙三下地层界面划分原则：以盐膏层结束，见砂岩（顶部为气层）进入沙三下地层。

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濮城地区：

濮城油田位于河南省范县和濮阳县境内。区域构造位东濮凹陷中央隆起带北部，包括濮城、户部寨两个构造单元。构造南接文留构造，北连卫城陈营构造带，东临濮城洼陷，西与濮卫次洼相连，勘探面积120km2。

构造特征：濮城油田包括濮城、户部寨两个构造单元。是兰聊、濮城、卫西、卫东等大断层的作用形成的。濮城构造位于东濮凹陷中央隆起带北部，三面临洼，是一个NNE方向延伸的被断层复杂化的长轴北斜构造。户部寨构造位于濮城构造西侧，有文卫地垒带和濮卫地堑带两个次级构造组成。

濮城地区主要含油区块为濮65、67、85、98、文51、90块等。

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濮城地区标志层特征见 图③、图④。

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沙一下地层为一套完整的盐湖相沉积，以灰白色白云岩、盐膏层为主。濮城油田北部盐层上部分布着一组含油砂岩。

沙一下、沙二上地层界面划分原则：以盐膏层结束，见暗紫红色泥岩为进入沙二上地层，距盐底15-20m见沙二上1砂组显示层厚约15m，多为油层或气层。底界为含膏地层，是与沙二上2砂组划分界面。

沙二上、下地层界面划分原则：为一套灰色含膏泥岩，夹薄层粉砂岩地层，厚约为50m，将其一分为二划分其界面。

沙二下、沙三上地层界面划分原则：通常以见灰色岩性为进入沙三上

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地层，但应注意沙二下8砂组底见灰色地层，其底界厚层砂层结束，为沙二下底地层界面。沙三上砂组顶部有20m厚泥岩段。

沙三上4砂厚约25m的泥岩段，俗称“泥脖子”为本区标志层，沙三上5砂组以下见页岩或油页岩，沙三上6-9砂组为主力油气层段，其中沙三上8-9砂组为厚层砂层。

沙三上、沙三中地层界面划分原则：通常以见含膏地层或盐膏层为进入沙三中地层且沙三中1砂组砂层较薄，沙三中2-4砂组为主要含油段。

沙三中5-6砂组在构造中部发育二套盐膏层，向南、北方向相变成含膏泥岩、页岩，电阻为高值，其盐间夹一层砂层见显示，盐膏层为本区标志层。

沙三中7-10砂组岩性为深灰色泥岩、页岩、灰色粉砂岩不等厚互层，砂层发育页岩明显，本段为主力显示段，多为油气层。

濮城地区开发特征

濮1排： 主要开发沙一下或沙二上1砂组油层。 濮2排： 主要开发沙二上2-7砂组油层。 濮3排： 主要开发沙二下2-8砂组油层。 濮4排： 主要开发沙三上1-3、6-10砂组油层。 濮5、6排： 主要开发沙三中1-5砂组油层。 濮7排： 主要开发沙三中6-10砂组油层。

文留地区：

地处河南省濮阳县境内,区域构造位于东濮凹陷中央隆起带中部,文留构造亚带。北与濮城卫城构造亚带以鞍部相连，南至刘庄以南与桥口构造隔河（黄河）相望，长约37km，宽8km-10km，面积270km2。主要包括文东、文西、文中、文南、刘庄等构造。现仅将文东、文南地层特征进行叙述。

文东油田位于文留构造东翼，南北长20km，东西宽2km-4km，面积

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54.8km。文南油田位于东濮凹陷中央隆起带文留构造南部，北与文中油田相接，南与刘庄油田相邻，西与柳屯-海能集生油洼陷相连，东为前梨园洼陷。文东、文南油气田主要含油区块为：文13、14、16、33、72、88、95块，其地层岩性特征基本一致。

文留地区标志层特征见图⑤、图⑥

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沙一下地层为灰白色盐膏岩与灰色泥岩、白云质泥岩不等厚互层为明显高阻段。

沙一下、沙二上地层界面划分原则：以盐膏层结束，见暗紫红色泥岩，为进沙二上地层，沙二上地层岩性以暗紫红泥岩、灰色含膏泥岩不等厚互层，偶见粉砂岩。

沙二上、沙二下地层界面划分原则：通常以见砂岩进入沙二下地层，沙二下砂体发育为主力油气层段，视电阻率曲线呈“指状”跳跃，幅度中等。沙二段在全区具二分性，沙二下在全区均以粉砂岩，细砂岩与暗紫红色泥岩为特征。沙二上濮、卫地区为砂泥间互，而文南地区均为紫红色含膏泥岩，为良好盖层。

沙二下、沙三上地层界面划分原则：通常以见灰色岩性为进入沙三上地层，需注意的是沙二下8砂组底部见灰色泥岩，沙三上为一套深灰色泥岩与粉砂岩不等厚互层，下部页岩、油页岩发育（文东地区沙三上8-10砂组为含膏地层）。

沙三上、沙三中地层界面划分原则：通常以见盐膏层或含膏地层为进入沙三中地层，文东地区沙三中1-3砂组为灰白色盐膏层，而文33、72块南部相变为含膏地层及页岩。而沙三中5-10砂组为一套页岩一组砂层（沙三中5-6砂组除外）。

S3中① 见盐膏层，向南相变为含膏地层或页岩 S3中② 见厚层显示层(文72块)底部见红层 S3中①-④ 为盐膏层(文13块)

其中S3中⑦底为三个高阻尖厚约15-20m，S3中⑧底为一个高阻尖厚约5m，S3中⑨底为一个高阻尖厚约15m。S3下顶为厚层油页岩，并且含膏明显。根据其标志层特征和岩性组合特征分析判断其地层层位。

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4、综合利用多种录井资料分析法 a.利用钻时划分地层岩性 图⑦

由于不同岩性地层泥质含量、粒径、可钻性、硬度等各不相同，其钻头在对地层的破碎时必然引起钻时变化，一般情况下，泥岩钻时慢，盐膏层钻时最快，砂岩则介于泥岩和盐膏层之间，根据其钻时特征划分岩性界面（见图⑦）。

b.利用色谱资料进行剖面归位 图⑧

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气测录井是目前唯一于井口连续监测地层含油性的技术，它测量的是钻井液中油气相对量，其值取决单位时间地层渗入钻井液中的油气量，从而间接反映地层岩性。一般情况下泥岩钻时呈高值，全烃、甲烷呈基值；

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煤岩钻时呈低值，全烃、甲烷呈高值；油页岩钻时呈高值（较泥岩低），全烃呈高值，组份齐全近似油层；非显示层的砂岩钻时呈低值，全烃呈基值，低异常，组分为单一组份或仅有甲、乙烷；显示层砂岩钻时呈低值，全烃呈中高值异常，其组份齐全呈高值。

根据其气测曲线与岩性有很好的对应关系来进行剖面归位。 c.地化分析法 图⑨

地化录井技术是近年来发展起来的一种比较成熟的录井技术，在现场能对烃源岩和储集层进行快速定量评价。为了更好地识别储层流体性质，采用五峰热解谱图。根据原油性质与热解烃相关的参数判别储层含油气性质的特性对S0、S1-1、S1-2、S2-1、S2-3五个地化参数综合评价。如见：表4、图⑨。

热解地化原始参数据油气水层划分标准

热解参数 流体性质 表4

So （mg/g） S1-1+S2-1（mg/g） S2-2+S2-3（mg/g） ST （mg/g） Soil （％） 油层 低产油层 含油水层 干层 水层 >0.1 >0.1 >0.1 <0.1 <0.1 >10.0 3.0～10.0 1.5～3.0 <1.5 <1.5 >3.5 1.0～3.5 0.5～1.0 <0.5 <0.5 >13.5 4.0～13.5 2.0～4.0 <2.0 <2.0 >40.0 20.0～40.0 10.0～20.0 <10.0 <10.0 注：一般情况下地化孔隙度Φ＜12.0%为干层

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通过2004年在现场应用，取得了较好的经济效益：2004年共在294口井进行了应用，均卡准了完钻层位和完钻井深，层位卡准率由2003年的99%提高到100%；剖面符合率达到90.2%，比使用前提高了5个百分点。其中29口井节约钻井进尺919.00m，按单井平均钻井成本1187.5元/m计算，节约钻井投资109.13万元。另外有25口井，在目的层外加深钻探新发现油层44层129.2 m，差油层11层16.5 m，油水同层38层144.6 m。为油田增储上产作出了贡献，经济效益显著。（见2004年地质录井节约进尺统计表5）。

四、PDC钻头录井施工过程中的注意事项

由于PDC钻头造成岩屑细小，为了准确地进行岩层定名必须保证岩屑捞取准确，应注意以下几点：

1．岩屑采集

传统的岩屑采集是一把铁锨、一个盒子，按一定程序在振动筛前捞取。这种方法仍在使用中，为了适应岩屑细碎呈粉末状的现实，应结合工作实际加密振动筛网的方法来保证能够采集到足够的岩屑。或在1#振动筛和2#

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振动筛之间开孔用皮管连接专用振动筛网盒捞砂。

2．岩屑清洗

由于岩屑细小，如洗砂用高压水冲洗或快速搅动则砂样容易被冲洗掉。为了保证岩屑真实可采用小水，慢冲多次漂洗的方法，直到洗干净。

3．简易气测色谱分析

在井漏未开振动筛或其它复杂情况下，有条件时可以把一些简易气测色谱装置安装在钻井液出口处收集钻井液中的气体含量，根据其成分含量来分析判定油气层。

总之，在现场工作中，不要单一的采用一种方法，它可能带来一些片面性，导致岩屑录井定名不准，同时更要认真熟悉地质设计，掌握区域特征，对下部可能钻遇的地层大体上要做到心中有数，但也不要凭主观臆断，要从所有录取的资料来进行综合分析，找出共性，才能更准确的识别岩性。

二OO六年八月

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振动筛之间开孔用皮管连接专用振动筛网盒捞砂。

2．岩屑清洗

由于岩屑细小，如洗砂用高压水冲洗或快速搅动则砂样容易被冲洗掉。为了保证岩屑真实可采用小水，慢冲多次漂洗的方法，直到洗干净。

3．简易气测色谱分析

在井漏未开振动筛或其它复杂情况下，有条件时可以把一些简易气测色谱装置安装在钻井液出口处收集钻井液中的气体含量，根据其成分含量来分析判定油气层。

总之，在现场工作中，不要单一的采用一种方法，它可能带来一些片面性，导致岩屑录井定名不准，同时更要认真熟悉地质设计，掌握区域特征，对下部可能钻遇的地层大体上要做到心中有数，但也不要凭主观臆断，要从所有录取的资料来进行综合分析，找出共性，才能更准确的识别岩性。

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