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重晶石粉钻井液添加剂对岩屑录井的影响及应对举措
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重晶石粉钻井液添加剂对岩屑录井的影响及应对举措

浏览:1636次 发布日期:2018-08-23 字号:  
 为了提高钻井液密度,钻井液中常加入重晶石粉等加重材料添加剂,这虽然可以有效改善钻井液性能,起到抑制地层压力减少钻井事故、确保钻井顺利安全施工的作用,但对岩屑录井的岩屑捞取与清洗、选样与描述会增加一定的困难。在阐述钻井液加重材料主要类型以及其基本特佂的基础上,分析了重晶石粉钻井液添加剂对岩屑录井的影响,从岩屑捞取与清洗、选样与描述方面提出了具体的应对措施,尤其是针对岩性描述定名,提出了综合分析描述定名的五步法。现场录井实践表明,该举措不但可以有效消除其影响,确保岩性定名准确,而且对于使用其他类型钻井液加重添加剂的岩屑录井也具有一定的参考与指导意义。

随着钻井技术的快速发展,钻井过程中为了减少井下复杂情况及工程事故的发生,保障钻井安全、缩短建井周期、提高经济效益,在钻井液中常混入重晶石粉等用于提高钻井液密度的添加剂(钻井液加重材料),但这对录井,尤其是岩屑录井的影响较大。本文在阐述钻井液加重材料常见的几种类型及其特点的基础上,结合现场岩屑录井的具体情况,针对重晶石粉钻井液添加剂的影响进行了分析,并提出了解决岩屑录井过程中岩屑捞取与清洗和样品挑选与描述的应对举措。

1、钻井液加重材料

钻井液加重材料又称加重剂,由不溶于水的惰性物质经研磨加工制备而成。它具有密度大、研磨性差、易粉碎、不溶于钻井液和不与其他矿物及烃类组分发生相互作用的特点。钻井施工中常通过添加加重材料提高钻井液密度,控制地层压力,以达到防塌、防喷的目的。除此之外,对某些类型的井漏也能起到有效抑制作用。常用的钻井液加重材料包括以下5种。

(1)重晶石粉(Barite)。一种以硫酸钡(BaSO4)为主要成分的天然矿石,经过机械加工而制成的灰白色粉末状物质,密度为4.3~4.5g/cm3,主要应用于加重密度不超过2.3g/cm3的水基和油基钻井液,遇酸不发生反应,适用于一般高压地层,是目前应用最广泛的一种加重剂。

(2)石灰石粉(Limestone)。主要成分是碳酸钙(CaCO3),颜色为灰白色,密度为2.7~2.9g/cm3。由于密度相对较低,一般只能用于配制密度不超过1.68g/cm3的钻井液和完井液,易与盐酸等发生反应,因而适用于非酸敏性、需酸化的产层。

(3)铁矿粉(Hematite)。主要成分是氧化铁(Fe2O3),颜色为棕色及黑褐色,密度较大,一般为4.9~5.3g/cm3,主要应用于高密度钻井液,适用于需酸化的产层,应用较为广泛,仅次于重晶石粉。

(4)钛铁矿粉(ilmenite)。主要成分是钛铁化合物(TiO2与Fe2O3),主要特征与铁矿粉相似,颜色为棕色及黑褐色,密度为4.5~5.1g/cm3,主要应用于高密度钻井液,适用于需酸化的产层。

(5)方铅矿粉(Galena)。主要成分为硫化铅(PbS)的天然矿石粉末,一般呈黑褐色,密度高达7.4~7.7g/cm3,可用于配制超高密度的钻井液。该加重剂成本高、货源少,且毒性较大,一般仅限于孔隙压力超高的地层应用。

2、对岩屑录井的影响

钻井过程中,重晶石粉作为一种经济实惠的钻井液加重材料得到了广泛使用,但其对常规岩屑录井的岩样采集与描述分析影响较大,造成岩性难以准确识别,进而无法准确反映井下地层真实情况,在一定程度上会影响地层的准确判断。加入重晶石粉后,钻井液性能发生较大变化,对岩屑录井的影响主要表现为:

(1)重晶石粉附着物使岩屑样清洗难度增大。

(2)易造成假岩屑返出量增大、真岩屑所占比例减少的现象,导致岩屑捞取困难,地层岩性的代表性变差。

(3)易导致井壁形成泥饼,造成井眼不规则现象,使得岩屑滞留,上返岩屑混杂,真实岩屑代表性差,选样与描述困难。

(4)重晶石粉钻井液添加剂密度高、粘度大,易造成钻时等参数异常,导致结合钻时岩性定名结果不准确。

鉴于存在上述多方面的影响,若不能捞取到具代表性的岩屑并对其有效清洗,则难以挑选到真实岩屑样进行针对性的描述定名,显然会造成岩性识别准确率降低,可能会使根据岩屑岩性定名建立的岩性剖面与区域地质认识存在偏差,从而给后续钻井以及邻井作业的优势层位选取带来困难。

3、应对举措

为了有效消除重晶石粉钻井液添加剂对岩屑录井的影响,针对岩屑录井的岩屑捞取与清洗、选样与描述的具体措施分别进行分析。

3.1 岩屑捞取与清洗

(1)监督并确保工程在加入该添加剂后须经充分循环后再重新钻进。

(2)更换大目数的振动筛,一般可换120目筛布的振动筛,增加捞取到真岩屑的数量。

(3)及时记录添加剂加入情况,并据此适时加密迟到时间的测量间隔。

(4)若捞取岩屑样时间未到而砂样盒已满,采用二分法或四分法取样,垂直切去砂样盒内岩屑的1/2或1/4,然后将岩屑搅匀取样。

(5)取样之后及时清空砂样盒,以便进行下一次岩屑的捞取。

(6)清洗时用清水缓缓冲洗、充分搅动、慢慢倾倒,防止将质量较轻的岩屑冲洗掉,洗至岩屑显出本色为止。

3.2 岩屑选样与描述

3.2.1岩屑选样

(1)根据岩屑色调、颗粒、形状挑选。

真岩屑表现为色调新鲜、颗粒小、棱角明显,同一层随钻厚增大新岩屑百分含量呈现出不断增加的特征;而假岩屑色调模糊、颗粒较大、多呈圆状,同一层随钻厚增大假岩屑含量呈现出不断减少的特征。

(2)依据物理特性区分真岩屑与重晶石粉。

砂岩的主要组成成分为石英、长石及岩屑,其中石英平均含量可达66.8%。据此,分辨砂岩的主要成分石英与重晶石的不同特佂可实现砂岩与重晶石粉的有效识别。由物理特征分析可知,石英与重晶石粉在颜色、光泽及条痕等宏观特征上差别不明显,难以明显辨别,而在晶体形态等微观特征上具有较大差异,可通过镜下观察进行区分。

 

在钻井施工中,粗-中-细颗粒的石英与重晶石粉的典型差异为:石英硬度较大、稳定性较好、抗风化能力强、抗研磨且难分解,是母岩风化后经过远距离动力搬运的产物,通常颗粒大小不一,磨圆较好,呈次圆状-圆状,是碎屑岩中分布最广的一种矿物。重晶石为不稳定的重矿物,抗风化能力较弱,且分布不广。一般情况下,重晶石粉表现为颗粒大小极其均一(分选好)的特点,由于机械破碎呈末状,在双目镜下表现为磨圆差、棱角状的特征。此外,重晶石比石英硬度低重晶石粉中的大颗粒成分极易用手指碾碎,而石英难以碾碎。

3.2.2岩屑描述

岩屑描述的目的是定名或确定岩性,基于理论分析与现场实践,通过岩屑描述确定其岩性的方法可归纳为五步法。

(1)结合钻时、气测等资料。

重晶石粉添加剂的加入会使真实岩屑返出比例减小,单纯根据岩屑观察进行定名易造成定名错误。结合钻时、气测等资料可在一定程度上确保岩屑描述定名准确。

(2)加强地层对比。

处于相同构造区块且具有相同沉积层序的邻井资料可用于地层对比,参考邻井已知岩性剖面可对作业井层的岩屑进行准确描述定名并建立岩性剖面。

(3)借助辅助手段。

应用双目镜、碳酸盐岩分析、岩矿鉴定等手段进行辅助描述。多种岩屑在宏观上表征相似,用肉眼无法较好识别。基于此,可使用双目镜对其微观特征进行进一步区分;或通过碳酸盐岩分析、岩矿鉴定等实验测试方法对其组成及化学成分进行分析鉴别。

(4)结合测井与迟到时间校正。

测井自然电位、自然伽马曲线能较好地区分砂泥岩地层,对岩性的落实具有指导意义。测井井径曲线能够准确指示井下井眼规则情况,为判定岩屑是否滞留提供依据。除此之外,还可通过迟到时间的实际测量与邻井同井深迟到时间的对比判断井眼的规则情况,当实测迟到时间大于邻井时,说明井眼扩径严重,易造成岩屑滞留。

(5)依据区域地质确认。

根据岩屑描述定名所建立的岩性剖面须符合区域地质认识,反之则应根据区域地质资料对岩性剖面进行校正。例如:某井自井深3360.00m至井底间断出现特征为散粒细砂岩的岩屑,通过对粒度及胶结程度观察,发现返出岩屑粒度非常均匀,胶结过于疏松,与粉细砂岩特征不相符,表现为重晶石粉特征,与区域相邻层段发育大段泥岩不吻合;在此基础上参考钻时发现,钻时很大,平均为60min/m,与返出物物性不吻合;进一步核实发现该井在3320.00~3410.00m井段累计加入重晶石粉41t,经与重晶石粉细致对比发现,与重晶石粉基本一致,判断为重晶石粉。

 

4、应用分析

济阳坳陷东营凹陷中央断裂背斜构造带营11洼陷主力含油气层段为古近系沙河街组沙三下亚段。由于地层压力较大,钻井过程中加入大量加重材料重晶石粉来平衡地层压力,普遍造成了岩性落实困难的问题。应用本文所述的相关应对举措,较好地消除了对岩屑录井的影响,岩性剖面符合率得到了显著提升。以下针对该区典型井YX1井进行应对举措的应用效果分析。

YX1井为该区用于了解沙三下亚段含油气情况的一口评价井,该井完钻井深3510.67m(斜深,下文所涉及井段或深度均为斜深),自上而下钻遇:新生界第四系平原组,新近系明化镇组、馆陶组,古近系东营组、沙河街组。

自井深3236.00m进行三开作业,为提高钻井液密度、平衡地层压力,至井深3424.00m循序加入重晶石粉230.0t,受加入重晶石粉的影响,部分井段返出的岩屑含量极低,岩屑样品选取与描述、油气显示落实与层位卡取非常困难。

 

晾晒之后所得的岩屑样品混杂,基于真岩屑表现特征,挑取岩屑样进行初步识别,根据岩屑描述基本原则初步判定3258.00~3300.00m井段表现为砂岩特征。然而,经落实发现该井段加入了大量钻井液添加剂重晶石粉,所获岩屑是否为真实地层岩屑有待确认。由于采用PDC钻头钻进,岩屑极为细碎,无法用莫式硬度对岩屑进行判断,且由于镜下观察岩屑多表现为板状,表明岩屑样品重晶石粉含量相对较高,无法根据岩屑样品准确确定该井段地层的真实岩性。

通过邻井地层对比可知,该井段岩性剖面表现为大段泥质岩夹薄层砂岩。岩屑录井过程中,普遍认为砂岩钻时较低,有油气时气测明显异常;而泥岩钻时较高,无气测显示;碳酸盐岩分析可用于确定岩石灰质含量,以此为依据对该井段部分岩性剖面进行校正。