1 PDC钻头特点及造屑机理
PDC钻头的主要特点:PDC全称为Polycrystalline Diamond Compact (聚晶金刚合金片) , 这类钻头是油气钻井中针对中软地层而开发的新型钻头, 采用聚晶金刚石镶齿, 无活动部分, 钻头强度大, 寿命长, 钻进速度快, 钻时均匀。PDC钻头破岩机理是利用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) 的特征, 钻头在钻压和扭矩的作用下, 以高速旋转切削和研磨岩石, 因此, 获得的岩屑整体细小。因其在钻井中对提高钻速具有明显的效果而获得广泛的应用, PDC钻头条件下的录井岩屑分辨较为困难, 直接影响到层位的判断和卡取。
2 PDC钻头条件下给卡层取心带来的问题和困难
常规地质录井条件下, 牙轮钻头因切削的岩屑断面明显, 块大, 岩屑的颜色、机理等特征明显, 滴照分辨率高而长期受到地质录井人员的喜爱。PDC钻头钻速快, 但岩屑细小给现场岩屑分辨和地层判断带来很大困扰, 一度受到地质人员的抵制。但如何在保证提高钻速的前提下, 研究PDC钻头条件下带来的一系列问题找到对应的解决方法才是根本。
2.1 钻时变化特征不明显。
钻时与岩性关系对应差, 通常认知的高低钻时对应的砂泥岩界面几乎分辨不出来。对卡层取心无法找到合理的循环点, 循环太多影响钻井速度, 循环少了容易钻掉取心层位。
2.2 迟到时间不易确定。
现场测定迟到时间一般采用轻物和重物来测定岩肩的迟到时间, 用轻物测定泥浆的上返时间用做气测的迟到时间, 用轻物测定泥浆的迟到时间几乎不受PDC钻头的影响, 能够比较准确的测定泥浆的迟到时间。但是, 在用重物测定岩屑的迟到时间过程中, 由于PDC钻头的水眼比三牙轮钻头的水眼小, 为了水眼的安全, 一般钻井施工方不让投样, 即便让投样所用的瓷片颗粒比较小, 投注量少, 另外还有PDC钻头在井底对瓷片研磨, 很难在震动筛上及清洗岩屑时发现瓷片碎屑, 影响迟到时间的准确性, 继而影响岩电差。
2.3
使用PDC钻头, 机械钻速快, 钻时较小, 受迟到时间制约, 如果等岩屑返出, 气测值有变化再确定, 则所需判定的取心层位早已钻穿。
2.4
使用PDC钻头钻进时, 所取得的岩屑细小、混杂, 现场识别岩性难度增加, 给岩性归位造成一定困难, 所录取的剖面准确率降低, 影响取心层位的判断。
3 PDC钻头条件下的卡层取心方法
根据PDC钻头条件下的不同特征, 在卡层取心时, 应充分考虑到各种复杂因素, 利用多种资料综合判断, 绝对不能单纯依赖单项资料或参数, 否则易造成严重判断失误。通过多年的现场经验, 总结出比较具有操作性的几种方法, 在现场卡层取心中取得了较好的效果。
3.1 充分利用邻井资料, 计算取心层段的海拔法。
准确卡层取心是建立在对区域及邻井资料深入了解的基础上, 即详细了解地层划分原则及依据。运用已钻地层反映的地层信息 (包括钻时、岩性、含油性、气测值) 来综合判断确定取心层位。在PDC钻头条件下钻进时, 钻时不能很好反应地层特征, 这就需要收集大量的邻井资料进行目的层对比, 进行海拔计算。比如在长庆油田陇东地区, 构造较平缓和单一, 利用相同沉积环境的邻井资料进行过井对比, 确定所钻井的目的层海拔和井深, 在临近计算和预测的目的层井段时, 由于PDC钻头钻进时钻时的无规律性, 不论钻时变大或是变小, 只要钻时有变化就停钻循环, 结合现场岩屑及气测显示, 就能成功完成卡层取心工作。
3.2 标志层对比法。
标志层是指具有明显的地质特征, 在一定区域内分布稳定的地层。大多是具有独特岩性, 也可以是易辨认的颜色或结构。比如在长庆油田陇东地区的延安组的煤层, 以及延长组长7底部的炭质泥岩、凝灰质泥岩等。PDC钻头在钻遇这些标志层时, 钻时能明显区别与该层段的砂、泥岩钻时, 岩性在PDC钻头破碎严重的情况下也相对易于辨认。通过准确确定标志层位置进行预测目的层位置。例如在陇东地区某井延长组长7底凝灰质泥岩的深度为2401米, 通过邻井对比发现周围邻井从延长组长7底凝灰质泥岩到长81油层间存在一段约10米厚的“泥岩脖子”, 虽然PDC钻头在钻该段泥岩脖子时钻时变化不明显, 但通过确定的标志层深度推算长8油层的顶部深度为2411米, 确定钻进至2412米进行定点循环, 在定点循环时发现油气显示, 成功卡取该油层。
3.3 降低钻压、控制钻时法。
此方法主要适用于不能准确预测和计算目的层深度, 存在一段误差, 因PDC钻头钻进时钻时较小, 且无规律性, 在目的层段无法找到循环点。在这种情况下需要录井现场和钻井队协调配合, 在预测井段内降低钻压、转盘转速等人为的增大钻时, 增强钻时曲线的参考价值, 按一般设计原则不揭开油气层2米的情况下, 在迟到时间较小时, 可以达到不停钻循环, 在揭开油气层不到2米时, 气测值发现异常, 再停钻循环, 就能确定取心层位, 利于地层对比和卡取层位。
3.4 利用钻时、微钻时放大法。
钻时、微钻时放大法是通过放大钻时比例而使钻时差异变得明显, 从而有利于层位卡取。通常情况下, 在现场录井草图中绘制的是每米的钻时, 1cm刻度代表10min/m或5min/m。由于PDC钻头条件下钻速快, 钻时小, 有的甚至不足1min/m, 以致在录井草图上很难发现钻时细小变化, 为了使钻时变化在录井草图上加以区分, 可以人为放大钻时曲线比例, 如用1cm刻度代表2min/m或1min/m, 人为把钻时曲线放大5倍或10倍, 直到放大到图中可以明显区别钻时变化, 可以借助自动钻参仪, 认为调整采集间距, 比如0.5m、0.2m等, 把微钻时进行放大。甚至采用对数进行微钻时曲线绘制, 微钻时有细小的变化在钻时曲线上就有显著变化。比例放大法并未改变钻时大小, 只是起到了培增效果。放大钻时比例后, 对层位卡取起到了一定作用。由PDC钻头的破岩机理可知, 且经过大量使用统计分析并验证, 对一些致密砂岩、含灰、灰质砂岩、含砾砂岩等岩性钻时都相应较大, 对一些均匀的粒度较细的粉砂岩、粘土岩钻时较小。根据这一特点, 在卡取钻井取心层位时, 利用人为钻时放大曲线与邻井测井曲线进行小层对比, 进行有效的层位卡取。
3.5 利用工程录井参数辅助法。
PDC钻头钻井中岩屑混杂, 钻时不能很好反映岩性的特性, 可考虑钻压、钻速、扭矩、钻时等, 几个参数一起考虑进行综合分析, 对及时发现油气层、卡准取心层位起到了一定作用。在现场录井时, 我们发现钻压有时是一个不可忽视的钻井参数, 有时由于司钻人为因素, 人为增加或减少钻压, 造成钻时相对于地层而异常, 这是人为造成钻时异常假象。有时钻时没有大的变化, 但钻压却有很大的变化, 在卡层取心时, 发现钻压增大或减小而钻时没有明显变化, 说明岩性有了变化, 可停钻循环进行确定。使用PDC钻头时, 扭矩曲线形态与岩性有着密切的关系。牙轮钻头扭距曲线较平直, 一般泥岩扭矩值低, 砂岩扭矩值高, 只是钻头使用后期出现高频高幅的振荡曲线。而PDC钻头则不同, 一般钻遇砂岩时出现高频高幅的振荡曲线, 并且曲线的震荡频率与幅度与岩性有密切的关系。泥岩表现为曲线平直或小幅度、低频率震荡, 砂岩表现为高幅的振荡曲线, 并且随着岩性的由细变粗, 其扭矩曲线的震荡频率和幅度也有增大的趋势。这些曲线特征都可帮助确定岩性识别和层位卡取。
4 结语
4.1 建立好地层剖面仍是卡层取心的基础, 特别是钻时等参数变化不明显时主要通过岩性变化来建立剖面, 提高剖面符合率。
4.2 PDC钻头条件下卡层取心方法还有很多, 在现场工作中, 文中提到的几种方法有其局限性, 在一定条件下可单独使用, 综合使用可提高卡层取心的准确率。
4.3 以上方法除可用于卡层取心外, 还可适用于岩性界面的划分、地层对比、卡准完井口袋工作等。
摘要：近几年, 随着钻井工艺水平的不断提高和石油钻井工程市场化脚步的加快, PDC钻头被越来越广泛地应用, 国内大多数油区也逐渐开放了在探井中的使用。PDC钻头条件下砂泥岩钻时变化不明显, 岩屑整体细小混杂等特点, 给探井卡层取心带来了较大困难。本文主要是对PDC钻头条件下岩心卡取方法进行探讨, 总结找出循环点的方法, 利用目的层海拔计算预测取心层位, 结合岩屑、气测、工程录井等手段准确卡取油层, 对在探井、取心井录井中能起到一定借鉴作用。
关键词：PDC钻头,地层对比,钻时,岩心卡取