陳穎，徐高軍

■質量

塔河油田風化殼卡取難點及方法應用

陳穎，徐高軍

中國石化西北油田分公司石油工程監(jiān)督中心（新疆輪臺841600）

塔河油田奧陶系風化殼中完卡取過程中，若風化殼以上地層預留過多，對目的層鉆進和后期采油造成不利影響；若揭開目的層過多，可能導致井漏、井壁垮塌惡性事故，污染油氣層等問題。通過塔河區(qū)塊近4年奧陶系風化殼卡層情況的統(tǒng)計，對風化殼卡取類型、特征及卡取難點進行梳理、分析，總結歸納塔河油田奧陶系風化殼中完卡取5種技術方法：科學預測精細對比、碳酸鹽含量分析、控時鉆進技術、元素錄井技術及三維地質模型技術。通過對各項技術方法的現(xiàn)場應用與推廣，4年內推進奧陶系風化殼中完卡取符合率上升5.25%，2016年符合率98.55%，創(chuàng)下了工區(qū)內新高，達到技術服務現(xiàn)場、全面提升地層卡層優(yōu)良率及錄井現(xiàn)場施工便利化、精準量化的目的。

塔河油田；風化殼；卡層；元素錄井；三維地質模型

塔河油田位于新疆維吾爾自治區(qū)輪臺縣和庫車縣境內，地處塔里木盆地塔東北坳陷沙雅隆起阿克庫勒凸起南部。阿克庫勒凸起沉積地層發(fā)育齊全，勘探實踐證明，塔河地區(qū)是以奧陶系為主包括石炭系、三疊系在內的3套含油層疊合連片含油氣田[1]。塔河油田奧陶系潛山風化殼上下存在著兩套壓力系統(tǒng)。中完卡層時，如果風化殼以上地層預留過多，對目的層鉆進和后期采油造成不利影響；如果揭開目的層過多，可能導致井漏、井壁垮塌惡性事故，污染油氣層等問題。因此卡準奧陶系風化殼是塔河油田錄井工作重中之重。

1 近3年奧陶系風化殼卡取概況

近3年針對奧陶系風化殼卡取技術上革新，極大限度地推進了卡層工作的進一步順利開展，2013年至2016年，塔河油田共完成中完井深卡取515井次，2013年中完井深卡取符合率為93.30%，2016年中完井深卡取符合率達到98.55%，再一次創(chuàng)下了工區(qū)內新高。地質人員在現(xiàn)場不斷總結卡層難點，拓展技術革新，推動卡層設計認識上的變更，4年內推進奧陶系風化殼中完卡取符合率上升了5.25%。

2 地質特征及卡層難點

2.1風化殼卡取類型

塔河油田針對奧陶系風化殼卡取主要關注“奧陶系鷹山組～石炭系巴楚組”地層。塔里木盆地塔河油田奧陶系至石炭系，先后經歷了加里東中期Ⅰ幕、Ⅱ幕、Ⅲ幕、加里東晚期和海西早期等5次關鍵構造運動[2]，形成了5個重要不整合界面（圖1）及塔河油田4種類型風化殼，其對應8種卡取要求（表1）。

2.2塔河油田卡層難點分析

通過統(tǒng)計塔河油田近4年風化殼卡取，其中奧陶系風化殼卡取不符合井20口，塔河12區(qū)13井次，占不符合井的65%；塔河10區(qū)4井次，占不符合井的20%；其他區(qū)3井次不符合，因此塔河油田奧陶系風化殼卡取難度較大的區(qū)塊主要集中在塔河10區(qū)、12區(qū)。其中“東河塘組預留”、“巴楚組預留”以及“恰爾巴克組進入”3種風化殼卡取類型卡取符合率最低，卡取難度、風險最大。不同風化殼類型對應著不同地層接觸方式，對風化殼卡取要求也不一樣，各種風化殼類型其分布范圍如表1、圖2所示。

圖1 塔河油田地層、構造運動綜合柱狀示意圖

下面針對塔河油田4種接觸類型的風化殼卡取難點進行梳理。

2.2.1 C1b/O2yj或C1b/O1-2y接觸型卡層

該類型風化殼時間偏移剖面上位于T56-T57反射波組間，缺失泥盆系、志留系及奧陶系上統(tǒng)地層。C1b地層巖性上分為三段：上段C1b3為“雙峰灰?guī)r段”，為塔河油區(qū)的標志層，代表一期海進事件，該層作為標志層，可以標定遲到時間、標定測井曲線，分析卡層準確與否。

“雙峰灰?guī)r”的上峰一般灰?guī)r的純度比較高，可達到98%左右，一般與下峰相比灰質含量高、發(fā)育完整，部分地區(qū)，下峰不是灰?guī)r為膏鹽巖；中段C1b2為下泥巖段；下段C1b1為砂泥巖互層段。各段沉積環(huán)境不一，逐層超覆。根據(jù)當今潛山構造頂面及C1b1段巖性組合特點分析其為辮狀河三角洲相沉積[3]。其難點為：

1）C1b覆蓋的構造位置處于阿克庫勒凸起西部巖溶高部位，古潛山受風化淋濾作用，其頂面高低起伏變化大且規(guī)律性差，導致鄰井之間地勢差異大，資料對比差，設計預測卡層位置與實鉆深度相差較多。

2）C1b1砂礫巖、棕褐色泥巖互層段在單井上砂泥比變化大，單個巖性層橫向不穩(wěn)定，導致地層可對比性較差。

表1 塔河油田12區(qū)、10區(qū)風化殼地層分布范圍及卡取要求表

3）C1b1底部局部區(qū)域存在灰?guī)r礫石層，其厚度、礫石直徑變化大（一般在5～40 m之間），在單井鉆取出的巖屑上表現(xiàn)為泥晶灰?guī)r的巖性特征，很難對灰?guī)r巨礫層與一間房組或鷹山組從巖性特征上進行區(qū)分。

2.2.2 D3d/O2yj接觸型卡層

該類型風化殼時間偏移剖面上位于T57-T60反射波組間，缺失志留系與奧陶系上統(tǒng)地層。D3d地層巖性上分為兩段：上段為石英砂巖段，下段為砂泥巖互層段，各段沉積環(huán)境不同，逐層超覆。潛山剝蝕后期海平面上漲，水體侵入，接受沉積，根據(jù)本組巖性組合特點分析下段為潮坪相沉積，上段為濱-淺海相沉積。其難點為：

1）D3d覆蓋的構造位處于阿克庫勒凸起西部巖溶緩坡，古潛山地面整體較為平緩，但由于受水體侵蝕作用強烈，溝壑、溝谷較發(fā)育，導致設計與實鉆誤差較大。

2）局部區(qū)域砂泥巖互層段發(fā)育單層或多層淺黃灰色泥灰?guī)r夾層，厚度一般在0.5～5 m之間，與下伏一間房組頂部過渡帶巖性相似，與一間房組頂部過渡帶巖性不易區(qū)分。

圖2 塔河油田12區(qū)、10區(qū)風化殼類型分區(qū)

3）局部區(qū)域風化殼巖性現(xiàn)場識別困難，東河塘組底部砂巖或泥巖層突變至目的層灰?guī)r，巖屑觀察灰?guī)r無明顯風化特征。

4）D3d尖滅線附近地層缺失，易造成判斷失誤。2.2.3 S1k/O2yj接觸型卡層

該類型風化殼時間偏移剖面上位于T63-T70反射波組間，缺失奧陶系上統(tǒng)地層。S1k地層巖性分為三段：上段為瀝青質砂巖段，中段為灰色泥巖段，下段為砂泥巖互層段。

難點：主要針對預留井，由于志留系在部分區(qū)域橫向展布差異大，規(guī)律性不易把握，容易造成該種類型風化殼卡取預留過多，造成地層卡取失誤。

2.2.4 O3q/O2yj接觸型卡層

該類型風化殼在構造位置處于阿克庫勒凸起西部巖溶洼地，古潛山發(fā)育平緩。O3q地層巖性上分為兩段：上段為一層灰色、灰紅瘤狀灰?guī)r夾棕紅色瘤狀灰質泥巖，部分地區(qū)為灰色灰質泥巖；下段為泥晶灰?guī)r。沉積厚度較穩(wěn)定，一般在20～25 m。其難點為：

1）O3q上部典型的“紅層”作為標志層，給卡層帶來便利，但部分區(qū)域“紅層”不發(fā)育，為灰色含泥質灰?guī)r與下部泥晶灰?guī)r從巖性上不易區(qū)別，現(xiàn)場盲目追蹤紅層而導致卡層失敗。

2）部分區(qū)域因O3l組地層厚度變化差異大，鄰井資料對比性差，使得該類型風化殼卡取難度大。

3 風化殼卡取技術

影響風化殼卡取的成功的關鍵主要包括以下幾個因素：地層對比情況、風化殼附近的機械鉆速和風化殼附近標志性的巖性及元素，在風化殼卡取過程中往往要采取一些必要的手段。

3.1科學預測精細對比

在進行風化殼卡取之前，需要對鄰井資料進行充分分析及地層對比，以便達到提前預測，提前制定卡層方案的目的。對鄰井資料的熟悉和綜合分析包括以下幾點：鄰井的地層埋深情況、地層厚度、巖性的組合特征、地層巖性電性特征等。通過精細對比，有利于推測所卡界面的井位點的地貌樣式，以及發(fā)育趨勢，對風化殼位置做出科學預測。

塔河油田下奧陶統(tǒng)，各組段的巖性特征相對明顯，而且區(qū)分性較強，如桑塔木組則以泥巖、灰質泥巖和泥質灰?guī)r為主；良里塔格組以下地層則以灰?guī)r為主。在這些組段又有一些典型的巖性段作為標志層，如良里塔格組較純的泥晶灰?guī)r、恰爾巴克組的“紅層”等標志層（圖3），這些標志層在地層對比過程中能起到關鍵性作用。

圖3 塔河油田O3l純灰?guī)r與O3q紅層標志層

同時通過鄰井的電性曲線可以了解到巖性組成特征，依據(jù)鄰井地層的巖性特征來推測實鉆井可能發(fā)育的巖性組合及巖性特征，據(jù)此繪制鄰井資料的井柱對比圖。綜合以上對于鄰井資料的全面分析，使得卡層前對該區(qū)域的地層展布特征有一定認識，并且在卡層過程中有一目標性思路，在井下情況不清楚的基礎上，防止地層因為資料認識不透徹而造成卡層失敗。

3.2碳酸鹽含量分析

塔河油田上奧陶統(tǒng)各組地層雖然在巖性上進行區(qū)分有一定難點，但由于不同沉積環(huán)境中的地層，其碳酸鈣含量有一定的差異（如：海相地層巖性主要為碳酸鹽巖，碳酸鈣含量高；海陸交互相，碳酸鈣含量較純灰?guī)r低）。

鹽酸與方解石和白云石的反應方程如下：

目前流行的碳酸鹽巖分析儀是將一定質量的巖屑和鹽酸放在密封的反應池中反應，碳酸鹽與鹽酸反應,不斷生成CO2氣體,造成密封池壓力不斷變化,通過測量壓力的變化，從而確定碳酸鹽巖的含量[4]。地質錄井現(xiàn)場利用這些元素的種類、含量的比值來劃分和對比地層、判斷沉積環(huán)境和研究巖石成因，并進一步劃分地層，有效解決了“PDC鉆頭+螺桿鉆井”巖屑細碎，不易識別的巖性鑒定技術難題，為卡取中完井深提供依據(jù)。

塔河區(qū)塊根據(jù)“巴楚組不同巖性段、奧陶系各組段碳酸鈣含量的不同，接近風化殼碳酸鈣含量逐漸升高”這一特點，利用碳酸鹽含量分析技術劃分地層。特別是針對下述幾個難點可以有效的解決：一是部分區(qū)域恰爾巴克組上部“紅層”不發(fā)育，為灰色含泥質灰?guī)r與下部泥晶灰?guī)r從巖性上不易區(qū)別。如TH12542井部署在12區(qū)阿克庫勒凸起西部斜坡。風化殼卡取要求為設計要求進入奧陶系中統(tǒng)一間房組2 m結束二開；風化殼之上地層為恰爾巴克組。本井自井深6 261.0～6 374.0 m見灰色泥質灰?guī)r（灰質含量明顯下降，含量在62.4%～78.4%之間），現(xiàn)場判斷已經入恰爾巴克組，根據(jù)設計恰爾巴克組厚度26.0 m，預測本井一間房組頂面深度為6 387.0 m。實鉆鉆至井深6 388.00 m循環(huán)，巖屑碳酸鹽巖含量6 387 m、6 388 m分別為81.3%、93.8%，巖屑顏色變化明顯，現(xiàn)場判斷已進入奧陶系中統(tǒng)一間房組（圖4）。后經測井驗證，恰爾巴克組底界為6 387 m，揭開O2yj1 m，滿足設計要求。本井在O2yj較設計提前63 m的情況下，通過碳酸鹽巖分析的變化，準確確定恰爾巴克組的頂部“泥灰?guī)r段”，僅揭開O2yj 1 m，完成了風化殼的卡取任務。二是針對東河塘組底部存在泥灰?guī)r夾層，實時碳酸鹽巖含量分析可以有效跟蹤判斷該類夾層的發(fā)育（表2）。

圖4 TH12542井鉆時、巖性、氣測及碳酸鹽巖含量分析數(shù)據(jù)

表2 TH12542井實鉆與設計及鄰井地層對比表

3.3控時鉆進技術

控時鉆進技術提出之前，鉆井施工始終以高鉆時、高效率、節(jié)約工時為目的進行鉆進，而錄井方則在設計預測深度5～8 m位置通知鉆井施工方進行“地質沖孔”，根據(jù)沖孔循環(huán)上來的巖屑進行判斷。這種施工卡層模式會帶來以下幾種影響。

一是“地質沖孔”需往復停鉆循環(huán)，而塔河區(qū)塊風化殼卡取深度平均都在6 500 m左右，循環(huán)一周需要時間約在120～180 min，直接影響施工進度；二是平均在6 500 m以上的井深加上快鉆時鉆進會帶來嚴重的巖屑返出滯后現(xiàn)象，易導致發(fā)現(xiàn)巖屑出現(xiàn)變化時已誤入目的層過多的失誤；三是停鉆循環(huán)會導致井下巖屑混雜，特別是塔河區(qū)塊新三級結構，裸眼段長達4 000 m，上部掉塊夾雜著井底未返出的數(shù)米新巖屑，導致循環(huán)上來的一手資料可識別性、依據(jù)性下降。

以上問題直接制約著風化殼卡層準確性及工程施工的連續(xù)性，因此，提出了控時鉆進技術。該技術在現(xiàn)場應用時，要先對新井周圍區(qū)域地層進行精細對比，結合設計深度，對風化殼位置有一個預測，在此基礎上設立警戒范圍，該范圍一般為15～20 m，進入警戒范圍時進行控時鉆進，保障井下只有3～4包的巖屑，用以保障地層卡取。

該技術在2013年提出，先后經歷了討論和測試階段，目前已在外圍區(qū)塊及塔河主體區(qū)推廣應用了96余井次，其卡層符合率達95.83%。如順南6井是部署在塔中北坡順南斜坡區(qū)的一口探井，其風化殼卡取要求為三開進入奧陶系上統(tǒng)恰爾巴克組5 m中完，后經申請同意鉆穿恰爾巴克組泥巖見2 m純灰?guī)r結束三開；風化殼之上地層為卻爾卻克組。本井自井深6 570.00 m出現(xiàn)卻爾卻克組底部巖性特征見灰色泥灰?guī)r，考慮鄰井底部巖性特征最薄厚度90.00 m計算，自井深6654.00 m進行控時鉆進?？貢r鉆進至井深6 697.00 m，巖屑返深至6 691.00 m，巖性為棕褐色灰質泥巖，現(xiàn)場判斷可能為恰爾巴克組“紅色標志層”，控時鉆進至井深6 706.50 m時通知鉆臺停止鉆進地質循環(huán)，井段6 704.00～6 706.50 m返出巖性為灰色泥晶灰?guī)r，確定已進入一間房組2.50 m，滿足批復要求。與常規(guī)卡層比較，控時卡層較其節(jié)約鉆井時效60 min，有效提升鉆井速度。

該技術不僅有效保證了巖屑質量，使巖屑滯后的問題得到了解決，同時改善了“地質沖孔”造成的施工時效浪費，在保障卡層符合率的基礎上有效提高鉆井效率，為工程施工創(chuàng)造經濟效益。

3.4元素錄井技術

鉆井過程中，通過對巖屑的X射線熒光分析獲得地層巖石元素含量，并通過地層巖石元素和元素組合特征的變化進行巖性識別和地層評價[5]。各組段的元素特征、巖性特征以及電性特征明顯，多條元素曲線在界限附近均發(fā)生較大幅度的拐點，與電測曲線具有可對比性，因此，利用元素曲線可以對該區(qū)地層具有較好的識別效果。同時將元素錄井技術與鉆時相結合，參照該區(qū)地層的一些巖性標志層和元素標志層，根據(jù)不同風化殼的卡取要求，可以針對性地形成了該區(qū)的風化殼的卡取工藝流程[6]。

該技術自2013年提出以來，通過在塔河區(qū)塊的調研、試驗，已形成塔河12區(qū)風化殼附近的元素剖面及一套基于元素錄井的風化殼卡取技術。目前在塔河12區(qū)進行了17口井的元素錄井，并對其進行了元素錄井資料的解釋與各種指數(shù)的計算，總結了該區(qū)地層的元素特征。達到了風化殼識別吻合率100%，卡取符合率90%以上的佳績。

圖5 TH12535井元素錄井綜合柱狀圖

如TH12535井是部署在12區(qū)阿克庫勒凸起西北斜坡的一口開發(fā)井，其風化殼卡取要求為距奧陶系中統(tǒng)一間房組頂面之上5～8 m結束二開；風化殼之上地層為恰爾巴克組。本井自井深6 509.50 m進入恰爾巴克組（圖5），井深6 509.50～6 514.00 m灰色泥灰?guī)r（Ca元素含量在17.4%～20.8%之間，折合碳酸鹽巖含量39.9%～49.6%之間，Al、Fe、Si元素平均含量分別是3.94%、1.82%、16.65%，泥質平均含量為34.44%，巖性定名為泥灰?guī)r，為區(qū)域標志層），6 523.00～6 528.00 m黃灰色泥晶灰?guī)r（Ca元素含量在26.3%～32.7%之間，折合碳酸鹽含量62.9%～80.1%，Al、Fe、Si元素平均含量分別是2.05%、0.98%、7.90%，泥質平均含量為20.26%，巖性定名為含泥灰?guī)r）。判斷已進入恰爾巴克組18.50 m，O2yj之上預留1.50 m，結束二開。后經實鉆驗證O2yj之上預留厚度為2.50 m，滿足設計要求。本井在恰爾巴克組頂部“紅層”顏色特征不明顯的情況下，通過元素錄井Ca、Al、Si、Fe等元素的變化，準確地落實了恰爾巴克組的頂部“泥灰?guī)r段”，完成了風化殼的卡取任務。

3.5三維地質模型技術

通過利用petrel建模軟件，有效整合各項地質原始數(shù)據(jù)，對已測數(shù)據(jù)點進行克里金插值預測地質變量，建立了塔河主體10區(qū)、12區(qū)塊三維地質模型。通過三維建模軟件，將地質資料數(shù)字化、建立數(shù)據(jù)庫，構建研究區(qū)地質模型。地質模型的構建分三大部分：建立井、層面以及建立地質體。地質建模與以往的二維構造編圖相比較，在三維空間內考慮各構造面之間在地層厚度、構造趨勢、構造形態(tài)等方面的合理性和相互關系，構造認識更為準確、可靠，而且更有效率。

三維地質模型能夠有效地對地質數(shù)據(jù)體進行空間分析，總結地質規(guī)律，進而為錄井現(xiàn)場施工前的地質卡層、工程預報等工作預先提供地質依據(jù)，降低地質卡層及工程事故風險，提高地質卡層優(yōu)良率。三維地質建模數(shù)據(jù)來源于現(xiàn)場應用于現(xiàn)場，為錄井現(xiàn)場施工提供準確預測依據(jù)，同時三維地質建模可以預測地層深度與鉆井地質設計預測深度相結合，綜合制定卡層措施，有效避免卡層事故。如TH12557X井部署在12區(qū)阿克庫勒凸起西北斜坡。風化殼卡取要求為設計要求進入良里塔格組地層8 m結束二開。風化殼之上地層為恰爾巴克組。通過模型預測，卡層關鍵層位O3l、O3q設計較實鉆深度分別提前了54 m、40 m,而模型預測深度與實鉆深度相差只有4 m、1 m(表3)。最終以鉆至井深6 530 m，進入O3l地層11 m結束二開，完成設計要求。通過三維地質模擬后的層位數(shù)據(jù)給現(xiàn)場提供了一套新的地層界限依據(jù)，在與設計誤差較大的情況下提供信息預警，加密監(jiān)控現(xiàn)場巖屑質量，對巖屑進行準確的判定，保障地質卡層順利完成。

表3 TH12557X井模型、設計與實鉆地層深度對比表

4 結論

1）塔河油田奧陶系風化殼卡取難度較大的區(qū)塊主要集中在塔河10區(qū)、12區(qū)。其中“東河塘組預留”、“巴楚組預留”以及“恰爾巴克組進入”3種風化殼卡取類型卡取符合率最低，卡取難度、風險最大。

2）塔河油田近3年奧陶系風化殼中完卡取技術方法包括科學預測精細對比、碳酸鹽含量分析、控時鉆進技術、元素錄井技術及三維地質模型技術。不同區(qū)塊的技術應用實例，進一步說明不同技術方法的創(chuàng)新與相互結合，能夠有效為錄井現(xiàn)場施工前的地質卡層、工程預報等工作預先提供地質依據(jù)，降低地質卡層及工程事故風險，提高地質卡層優(yōu)良率，使得錄井現(xiàn)場施工便利化、精準化。

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In the process of determining the location of Ordovician weathering crust in Tahe Oilfield,too much reservation of the formation above the weathering crust is not favorable to the drilling of target stratum and the later oil production,but too much uncovering of target stratum may lead to the malignant accidents such as well leakage,borehole collapse and oil/gas reservoir pollution.Based on the statistics of the Ordovician weathering crust determination events in Tahe block in recent 4 years,and the analysis of the types, characteristics and difficulties of weathering crust determining,5 technical methods for Tahe oilfield Ordovician weathering crust determining are summaried:scientific prediction and fine correlation,carbonate content analysis,timing drilling technology,element logging and 3D geological modeling.The application of these techniques makes the coincidence rate in the Ordovician weathering crust determination increased by 5.25%in 4 years,and the coincidence rate in 2016 was about 98.55%,which is the highest coincidence rate in the study area.

Tahe oilfield;weathering crust;layer determination;element logging;3D geological model

王梅

2017-02-21

陳穎（1988-），女，碩士研究生，主要從事石油地質方面工作。