中国石油塔里木油田分公司 新疆 库尔勒 841000
摘要：随着钻井工艺及信息化技术的进步，录井技术也需要与时俱进，通过元素录井在塔里木油田库车山前钻井方面的运用，可以有效的减少钻井事故，更好的辅助现场地质工作者的工作，对于库车山前的地质卡层以及新的钻井工艺下的地层识别具有重要意义，同时元素录井技术在钻井复杂处理、钻井新工艺等方面也有广阔的运用前景。
关键词：元素录井；地质卡层；库车山前；钻井复杂
塔里木盆地位于新疆南部，北接天山山脉，南邻昆仑山脉，是中国最大的含油气盆地，面积约为56万km2。库车坳陷位于该盆地北部，地质条件复杂，施工探评价井较多，钻井深度多在6000m以上，地层压力高、工程风险大，经常遇到井喷、井漏、卡钻等复杂问题，造成钻井速度慢，成本高。因此在塔里木油田的勘探开发过程中，必须实施钻井施工技术措施，分析影响钻井施工安全的各项因素，采取必要的应对策略，合理解决安全钻进的问题，提高钻井施工全过程的安全系数。
元素录井是一种识别井下地质岩性的手段，是近年来才运用于塔里木油田勘探开发中的一项录井技术。元素录井即X射线荧光（XRF）岩屑分析技术是对岩屑样品中的Mg、Cl、K、Si、Ca、Ti、Mn、Ba、Al、P、S、Fe等多种元素的含量进行分析检测，通过微观层次的元素分析，辅助地质工作者识别岩性、判断地层，绘制地质录井岩性剖面图。通过元素录井反应的微观世界，现场地质工作者可以提前发现地层的变化情况、更好的预知下部地层的变化情况，真正实现地质指导钻井，对于异常复杂的库车山前安全快速钻进具有重要意义。库车山前的钻井难点主要在于盐层底界深度的卡取，但是盐底没有固定沉积模式，没有统一的标志层，膏盐岩段的厚度变化大、厚度难以准确预测，井与井的差别巨大，盐下高钻时褐色泥岩薄厚不一，极易发生井漏。通过元素录井技术的运用，为盐底卡层提供了新的思路。
1 塔里木油田钻井工艺
塔里木油田位于沙漠戈壁地带，所处的地理位置相对比较特殊，为整个石油钻井施工带来严重的负面影响。为提升塔里木油田的钻井施工效率，不断对钻井技术进行优化，借助欠平衡的准进技术，不断提升钻探质量，最大程度上迎合塔里木油田勘探过程的各项需求。勘探人员在塔里木油田工程勘探开发中应不断对油田钻井新工艺进行开发与创造，最大程度上降低钻安全风险等，切实提升塔里木油田钻井施工质量，积极迎合塔里木油田开发工作的各种需求。
塔里木油田库车山前的钻探施工过程中，直井占据钻井施工的主流。优化钻井地质设计和施工设计，选择最佳的钻具组合形式，适应塔里木油田区域钻井施工的需要。保证井眼质量，使井眼达到设计的质量标准。针对塔里木油田的钻井施工的实际情况，优化钻井技术措施，钻探出更多优质的井筒，提高油田开发的效率。
钻井速度直接影响油田开采进度，对油田企业提高市场竞争力有着举足轻重的作用。如何有效的提高塔里木油田深井钻井速度是目前加速开采、降本增效的核心。通过元素录井运用于现场指导工作，为减少井下事故，快速处理复杂问题，提供了新的思路和技术手段。
2 元素录井技术
以塔里木油田地质资料作为基础，通过对油田的精细地质研究，获取邻井的地质资料，结合塔里木油田的地质特征，确定和控制井眼轨迹，实施地质导向钻井施工。精确控制井下的钻具，命中最佳的储层目标，保持井眼轨迹钻穿油层，在井下控制的自动化钻井施工的基础上，应用随钻测井仪器，增加地层评价参数的管理，实现随钻的测量，随钻地质评价，适应钻探薄差储层，水平井的钻探施工，优化井眼轨迹，不需要事先设计井眼轨迹，依据地质资料信息，保证井眼轨迹最佳，提高钻井施工的效率，满足塔里木油田钻探的技术要求。
元素录井作为一种可以量化的数据性资料，伴随数字化油田发展的进程，塔里木油田不断研究和开发钻井的新工艺技术措施，自动化钻井技术措施的研究和应用，提高钻井施工的效率。应用自控手段，缩短石油钻井施工的周期，降低钻井施工人员的劳动强度，使塔里木油田的勘探开发进入数字化管理的阶段。将井下的自动化和地面钻机的自动化结合起来，实现自动化钻井施工。井下的闭环自动控制系统，应用旋转导向钻井系统，应用钻头、旋转导向设备、随钻测试仪器结合起来，合理控制井眼轨迹，通过传感器的作用，将井下的钻探施工情况，传递给地面系统，依靠井下传递的信息，对钻井施工参数进行分析，通过计算机和人工智能技术的结合，实现控制和管理目标，达到了自动化钻探施工的技术要求。钻探出高质量的井筒，满足塔里木油田钻井施工的需要。不断研究和优化自动化钻井技术措施，将地面系统与井下系统进行更新改造，使其适应油田钻井施工的需要。优选最佳的钻具组合，使其适应塔里木油田岩石的结构，提高机械钻速，延长钻头的使用寿命，相应地降低钻井施工的成本，高油田钻探施工的效率。
元素录井的原理是每一个稳定的原子其核外电子都在各自的固定轨道上运行，受到X射线的高能粒子束轰击时，内层电子在足够能量的X射线照射下将脱离原子核的束缚释放出来，导致该电子壳层出现相应电子空位。这时处于高能量电子壳层的电子会跃迁到低能量电子壳层，能量以二次X射线的形式释放出来。每种元素所释放出来的二次X射线分别具有特定的能量特性，因此二次X射线又叫特征X射线，或叫X射线荧光。不同元素的荧光X射线具有各自的特定波长，根据荧光X射线的波长可以确定被测物品的元素组成。元素录井仪分析就是利用这个原理，用X射线照射岩屑、岩心样品，由于岩样中含有多种元素，元素的原子内层电子被X射线逐出，当外层电子补充内层电子时，会放出该元素的原子所固有能量的特征X射线（X荧光）。利用计算机软件把混合的X射线按波长分开，分别测量不同波长的X射线的强度，则可以实现对岩屑元素的定性、定量分析。
工作操作方法如下：一是岩屑采集按照时间或是根据现场情况加密取样，要求选取具有代表地层真实情况的岩屑样品，取样量约为2g；二是岩屑干燥，将样品放入微波炉或烘箱中干燥；三是粉碎样品，用研钵对岩屑样品进行粉碎；四是粉末压片，用压片机将样品粉末压力成片；五是样品分析，将样品放入分析仪中，进行分析，要求在真空条件下分析，避免空气等外界条件的影响；六是解释评价，通过解释软件及图版对岩性进行准确地解释评价。
3 元素录井运用于现场地质卡层
塔里木油田库车山前地质条件复杂，钻井作业中井漏具有普遍性、多变性和复杂性等特点。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据实钻统计，目前遇到的井漏类型较多，漏速小到轻微，大到严重；常见的漏失通道有孔隙性漏失、裂缝性漏失、孔隙－裂缝性漏失和溶洞性漏失。引起井漏的原因有压差性漏失、诱导性漏失和压裂性漏失，如一般砾岩、粗中砂岩地层表现为压差渗透性漏失；山前构造带采用中低密度钻井液钻进时深井段砂岩、泥砂岩、泥岩地层表现为地质构造天然裂缝性漏失；山前构造带深井段砂岩、泥砂岩、复合盐膏层及高压气水层钻井过程中多压力系统下采用高密度钻井液钻进多表现为诱导性和压裂性漏失；库车坳陷地表浅层欠压实粗砾岩、粗砂岩等地层表现为大裂隙贯通性漏失。
塔里木盆地库车前陆盆地在古近系上部广泛分布一套复合盐层，主要为盐岩、膏盐、泥岩、含膏泥岩夹粉砂质泥岩或泥质粉砂岩呈等厚或不等厚互层。通常库车地区复合盐层上覆地层压力系数低于1.90，盐层压力系数高于2.20，下伏地层压力系数在低于1.90，盐层上下存在相差较大的3套压力系统，其顶底界是套管的必封点，尤其是盐底，如果卡层失误，会造成井漏，卡钻，甚至该井报废的风险。因此，卡准盐底层位是该井顺利钻探的关键点，同时也是该区钻探的难题。
常规的卡层方法是落实灰质泥岩、石膏、白云岩标志层组合，然后钻穿该组合见高钻时，最后确定高钻时岩性为褐色泥岩。因此卡准底界深度的关键是识别高钻时泥岩是否是盐底泥岩。由于钻井工艺的进步，盐底泥岩高钻时不明显并且盐间也有可能出现高钻时褐色泥岩，这就使得使得依靠经验和简单光学仪器的常规卡层方法难度加大。采用元素录井技术，通过检测多种元素来识别岩性，用微量及特征元素来地质卡层，降低人为的主观因素，提高盐底卡层的准确率。
应用元素录井技术针对该区地质层位预测难题，发现元素录井有两个特征：一是接近盐底部出现Sr、Zr异常高值，利用这一特征可以对卡层起到预警作用；二是盐底泥岩Cl元素含量明显低于盐间泥岩。发现了这两个特征，对盐底卡层有明显的作用，现场地质工作者卡层有了更明晰的依据，特别是对于出现多套标志层以及缺失标志层的情况有着独到的优势。确保了深部膏盐层段的安全钻进，对大幅度降低钻井事故复杂、提高钻井速度起到了极大的支撑作用。另外，该技术在薄层交互段并不能有效区分，有待在钻遇薄互层、重点层时加密取样，以便提高岩性识别的准确性和及时性。
4 元素录井运用于地质导向
以塔里木油田地质资料作为基础，通过对油田的精细地质研究，获取邻井的地质资料，结合塔里木油田的地质特征，确定和控制井眼轨迹，实施地质导向钻井施工。精确控制井下的钻具，命中最佳的储层目标，保持井眼轨迹钻穿油层，在井下控制的自动化钻井施工的基础上，应用随钻测井仪器，增加地层评价参数的管理，实现随钻的测量，随钻地质评价，适应钻探薄差储层，水平井的钻探施工，优化井眼轨迹，不需要事先设计井眼轨迹，依据地质资料信息，保证井眼轨迹最佳，提高钻井施工的效率。
地质导向主要运用于水平井或者大斜度井，可以大大增加井眼在产层中的长度和产层的泄油面积，其成本略高于直井，但单井产量却是直井的数倍，在薄层、低渗透、稠油、页岩气等油气藏及底水和气顶活跃的油藏中得到广泛使用。当前，致密砂岩油气藏、页岩油气藏正成为中国油气勘探开发的主流和热点，这些非常规油气资源运用地质导向技术能获得更好的经济效益。在水平井钻井过程中，随钻地质导向具有非常重要的作用，加强对水平井地质导向技术难点及对策研究具有重要意义。
5 元素录井运用于钻井复杂处理
钻井井下复杂问题的内容涉及到井下复杂情况、井下事故等。石油钻井中，通常把井斜超标填井、井漏、井涌、起下钻遇阻划眼、钻头泥包等井下问题称为钻井井下复杂情况，钻（管）具仍然保持连接状态并且具有活动能力。这类问题通过实施针对性的工艺和技术措施即可解除，处理相对较为简单。通常把卡钻、井喷、钻（管）具及工具落井、卡电缆及仪器以及固井水泥留在套管内等井下问题称为钻井井下事故，钻（管）具失去连接或不能活动、或失去对井眼的控制能力等。这类问题必须采用专门技术和工艺、使用专用工具和设备以及多方技术配合处理，才能恢复到正常状态。井喷等重大钻井井下事故需成立专门抢险指挥机构、组成专门抢险队伍处理才能完成。一般情况下，只要处理措施和方法正确得当，钻井井下复杂情况将逐步好转并恢复正常状态。如果处理方法不当，将使问题更加复杂甚至转化为钻井井下事故。如井漏就可能引起井塌，井塌就可能引起卡钻；井身质量不好就可能产生键槽，键槽就可能造成卡钻；钻具刺漏就可能导致钻头泥包或干钻，甚至会造成钻具断落或卡钻。在井喷与卡钻、钻具断落与卡钻、井塌与卡钻都可能同时存在。井下复杂情况往往是井下事故的先导，井下事故往往是井下复杂情况继续恶化的必然结果。一切形式的其他卡钻都可能引起粘吸（压差）卡钻，都会产生连锁反应。一旦钻具失去了活动自由，就陷入十分被动的局面，所以在钻井工作中，要注意井下出现的各种变化，把精力放在消除复杂问题上。钻井井下复杂问题虽然不能直观，但通过各种现象，可以查其端倪，寻其规律。传统的手段是利用现有的条件，根据泵压、悬重、钻井液进出口流量、机械钻速的变化，以及钻具上下活动转动时的阻力变化情况，可把钻井井下复杂问题分析判断出来。
元素录井的运用为判断井下情况提供了侧方的支持，元素录井是对地下返出物的分析，增加了可量化的数据手段，传统的手段并不能够提供精确的数据指引，往往只能够依靠经验进行判断，元素录井提供了新的思路。在库车山前的某井，井眼缩径严重，划眼循环完毕后的返出物肉眼难以判断其成分，创新性的运用元素分析手段，识别返出物的元素含量，判断出返出物性质，为下步针对性的处理复杂创造了有利条件。
6 结论
塔里木油田库车山前深井钻难度大、风险高，合理运用元素录井技术可以辅助现场地质工作者判断地层、卡取盐顶底。对确保深部膏盐层段的安全钻进，对大幅度降低钻井事故复杂、提高钻井速度起到了极大的支撑作用。在钻井技术日新月异的今天，地质工程也要运用新的技术，元素录井在岩屑定量分析、特殊工艺下岩屑识别等难题方面取得了良好效果。在运用特殊钻井工艺的情况下，取得足够的元素录井数据，往往可以事半功倍，减少钻井周期，为加快油田的勘探开发具有较为明显的作用。
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论文作者:王豪,李刚
论文发表刊物:《文化时代》2019年15期
论文发表时间:2019/10/28
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