李山昌

(大慶鉆探工程公司錄井一公司，黑龍江大慶163411)

魯邁拉地層巖性認(rèn)識及鉆井地質(zhì)潛在風(fēng)險分析

李山昌*

(大慶鉆探工程公司錄井一公司，黑龍江大慶163411)

伊拉克魯邁拉油田油氣儲量豐富，隨著近幾年來的不斷勘探和開發(fā)，鉆井技術(shù)不斷取得新的進展，錄井技術(shù)也不斷積累新的經(jīng)驗。但由于魯邁拉油田特殊的地層和巖性特點，在鉆井過程中，經(jīng)常發(fā)生較復(fù)雜施工情況。根據(jù)已鉆井實物資料，通過鏡下觀察等手段和方法，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對所鉆井的巖性進行識別，并對不同地層巖性特點進行歸納和總結(jié)，對特殊地層及巖性給鉆井施工帶來的潛在風(fēng)險進行分析，將對今后在該地區(qū)的鉆井施工、地質(zhì)錄井等工作都具有重要意義。

魯邁拉油田；巖性識別方法；地層巖性特征；鉆井地質(zhì)潛在風(fēng)險分析

伊拉克魯邁拉項目自啟動以來，截至目前已經(jīng)成功鉆井42口。但由于伊拉克魯邁拉地區(qū)特殊的地質(zhì)構(gòu)造及巖性特征，在鉆井施工過程中多次遇到了不同程度的井漏、井斜偏大、井內(nèi)含硫水溢出等復(fù)雜施工情況，給鉆井工程帶來了不利影響和損失，也給施工人員和設(shè)備的安全帶來隱患。因此，在第一口生產(chǎn)井R-504井順利完鉆，又相繼完成42口井生產(chǎn)任務(wù)后，根據(jù)實際錄井過程中對巖性的不斷認(rèn)識，對魯邁拉油田不同地層巖性特征進行總結(jié)，并依據(jù)實鉆資料對不同地層和巖性特點所帶來的潛在鉆井地質(zhì)風(fēng)險進行探討和分析，對今后在該地區(qū)的鉆井施工、地質(zhì)錄井等工作都具有指導(dǎo)性意義。

1 伊拉克魯邁拉油田簡介

魯邁拉油田位于伊拉克南部城市巴士拉以西50km，其儲量位居世界第6，是一個超巨型油田。油田分南魯邁拉油田和北魯邁拉油田，油田面積1800km2。南魯邁拉油田探明儲量為19.6×108t，北魯邁拉油田探明儲量為11.2×108t，含油儲層主要分布在Mishrif地層（高點海拔-2140m）和Zubair地層（高點海拔-3020～-3040m）。

2 巖性的識別方法

現(xiàn)場對巖性的認(rèn)識主要通過把鉆井過程中返出的巖屑仔細清洗后，用不同目數(shù)規(guī)格的分選篩分選出代表實鉆地層深度的巖屑，然后通過在顯微鏡下仔細觀察，依照標(biāo)準(zhǔn)對地層巖性進行識別和鑒定，以達到認(rèn)識地層巖性的目的。

2.1 雙目顯微鏡的選擇

雙目顯微鏡是巖性鑒定識別的關(guān)鍵性設(shè)備，顯微鏡的性能直接影響到巖性認(rèn)識的準(zhǔn)確程度，經(jīng)過我們在現(xiàn)場反復(fù)地對比試驗及篩選，我們發(fā)現(xiàn)Leica EZ4D型顯微鏡的性能完全能夠達到現(xiàn)場對巖屑鑒定識別的要求（圖1）。

（1）該型顯微鏡目鏡:10X 20mm 16X15mm，變倍比4.4∶1，放大倍率8～35X（使用10X目鏡），提供的圖像質(zhì)量、顏色和細節(jié)保真度高，非常適合對巖屑的微觀結(jié)構(gòu)進行觀察。

（2）其獨特的長壽命LED多種反射光照明系統(tǒng)，具有照射角度可選，方便多角度觀察巖屑樣品，其反射、透射光強可調(diào)，可對巖屑成分的透明度進行透徹觀察（圖2）。

（3）顯微鏡的物鏡可調(diào)范圍大，便于較大巖屑樣品的清晰觀察。

（4）其內(nèi)置一款300W像素CMOS攝像頭，可通過數(shù)據(jù)線與電腦相連，可直接在電腦上對巖屑的顯微結(jié)構(gòu)進行觀察，通過Leica專用軟件對所觀察到的圖像進行拍攝、測量和存儲。

2.2 巖性的識別

目前，現(xiàn)場主要是依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從巖石類型、顏色、硬度、粒度、分選性、磨圓性、膠結(jié)特征、孔隙度、含有物、結(jié)晶度及油氣顯示等方面，對巖屑巖性進行鑒定識別。確定巖性的物性參數(shù)必須在顯微鏡下進行，為了使在鏡下觀察到的物性參數(shù)不受顯微鏡放大倍數(shù)的變化而受到影響，比如：在鏡下顯微鏡放大倍數(shù)的增大巖屑的顆粒直徑也隨之增大。所以我們必須選用一種標(biāo)準(zhǔn)圖版，在顯微鏡下用它和地層巖屑進行對比觀察，以消除放大倍數(shù)變化對物性參數(shù)的影響，在實際工作中我們選用了美國石油學(xué)會的碎屑巖粒度、圓度、分選、百分比圖版及顏色卡，以保證在顯微鏡下觀察到的巖屑各項物性參數(shù)準(zhǔn)確、標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一。

圖1 Leica EZ4D型顯微鏡

圖2 LED多種反射光照明系統(tǒng)

（1）顏色：用美國石油學(xué)會的顏色卡來確定，把顏色卡放在顯微鏡下與巖屑進行對比觀察，從而確定巖屑的顏色。

（2）硬度：用硬度探針來確定巖屑的硬度，一般可分為以下幾種：極軟、軟、較硬、中硬、硬、極硬。

（3）粒度：把標(biāo)準(zhǔn)粒度圖版放在顯微鏡下與巖屑進行對比，以確定巖石骨架顆粒的粒度大小，用于對比觀察的粒度圖板見圖3。

（4）圓度：把圖4放在顯微鏡下與巖屑進行對比，以確定巖屑顆粒的圓度級別。一般可以分以下幾種：尖棱角狀、棱角狀、次棱角狀、次圓狀、圓狀、極圓狀。

（5）分選：把圖版四放在顯微鏡下與巖屑進行對比，可以確定巖屑顆粒的分選級別。一般可分為以下級別：分選極差、分選差、分選中等、分選好、分選極好。

（6）巖屑百分含量：依據(jù)百分比含量圖（圖4）可以確定巖屑的百分含量。

圖3 巖屑粒度圖版

圖4 巖屑圓度、分選、百分比圖版

（7）孔隙度：結(jié)合鏡下觀察，并根據(jù)巖屑顆粒的分選性、磨圓度及膠結(jié)物充填情況、巖屑孔洞縫隙的發(fā)育情況，來確定孔隙度的級別，一般可分為：極差、差、中等、好和極好。

（8）膠結(jié)物：一般根據(jù)巖石的硬度及滴酸的反應(yīng)情況來確定膠結(jié)物類型，常見有以下幾種膠結(jié)類型：泥質(zhì)膠結(jié)、鈣質(zhì)膠結(jié)、鐵質(zhì)膠結(jié)和硅質(zhì)膠結(jié)。

（9）含有物：在特殊地層往往含有指示性礦物及含有物，在鏡下通過仔細觀察可以見到。一般常見的含有物有：黃鐵礦、海綠石、云母、碳屑、瀝青以及生物化石碎片等。

（10）結(jié)晶度：對于石灰?guī)r（CaCO3含量90%～100%）白云質(zhì)石灰?guī)r（CaCO3含量50%～90%）石灰質(zhì)白云巖（CaCO3含量10%～50%）白云巖（CaCO3含量＜10%）等碳酸鹽，還要根據(jù)組成巖屑顆粒的晶體大小對結(jié)晶程度進行識別和鑒定，結(jié)晶度一般可分為：結(jié)晶好、結(jié)晶中等、粗粒結(jié)晶、隱晶等。

通過以上手段和方法，可以對所鉆遇的地層巖性進行準(zhǔn)確的定名和鑒定識別。

3 魯邁拉地層巖性認(rèn)識及鉆井地質(zhì)潛在風(fēng)險分析

通過地震及實鉆資料證實，魯邁拉油田地層巖性結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，例如Dammam地層巖性包含白云巖、裂縫性石灰?guī)r，容易誘發(fā)鉆井液循環(huán)漏失；而Tayarat層組存在含硫水地層，Shiranish地層由泥灰?guī)r組成，泥質(zhì)含量高，在這類地層鉆進中經(jīng)常發(fā)生鉆頭泥包問題，進而導(dǎo)致鉆速降低等不利情況發(fā)生，并且地層巖性軟硬程度頻繁交錯，局部含硫化鐵礦物，給井身質(zhì)量及井斜控制都帶來了不同程度的困難。因此，地層巖性因素對整個魯邁拉鉆井施工的影響很大，根據(jù)實鉆資料，進一步加深對該地區(qū)地層巖性的認(rèn)識，及時對各地層巖性特征進行歸納總結(jié)，對不同地層巖性對鉆井地質(zhì)造成的潛在風(fēng)險進行分析和提示，對該地區(qū)的鉆井施工和地質(zhì)錄井都具有重要指導(dǎo)意義。

以下按地層順序，對該地區(qū)地層巖性特征及鉆井地質(zhì)潛在風(fēng)險進行總結(jié)和探討分析：

Dibdiba層組（晚中新統(tǒng)—上新統(tǒng)）：該層組巖性為雜色砂礫巖夾灰白色泥巖、砂質(zhì)灰?guī)r薄層，砂礫巖分選性差，成巖性差，較松散，磨圓程度差，魯邁拉油田內(nèi)平均厚度大約為235m。潛在鉆井地質(zhì)風(fēng)險：Dibdiba層組存在疏松的砂礫巖層，鉆井施工中易引起井壁坍塌剝落，進而影響到井眼的穩(wěn)定性和套管水泥環(huán)的整體性能。

Lower Fars層組（中中新統(tǒng)）：該層組巖性主要包括石膏、砂質(zhì)石灰?guī)r、泥灰?guī)r。泥灰?guī)r性軟，具可塑性，石膏呈半透明，性較軟，砂質(zhì)灰?guī)r呈綠灰色，中等硬度，壓實、結(jié)晶程度好。該層組底部有重油顯示，局部地層巖屑含硫化鐵礦物。潛在鉆井地質(zhì)風(fēng)險：由于Lower Faris層組的泥灰?guī)r可塑性強，容易造成縮徑，引起卡鉆。局部含硫化鐵礦物可能對鉆頭磨損較嚴(yán)重，鉆井施工中應(yīng)注意預(yù)防鉆頭掉牙輪等工程事故發(fā)生。

Ghar層組（中中新統(tǒng)）：該層組自南向北方向延伸，巖性逐漸由砂礫巖轉(zhuǎn)變?yōu)樯百|(zhì)石灰?guī)r，砂礫巖雜色，易碎，分選差，磨圓程度較差，夾淺褐色砂質(zhì)石灰?guī)r，可鉆性強，結(jié)晶差。潛在鉆井地質(zhì)風(fēng)險：由于疏松的砂礫巖層夾薄層砂質(zhì)石灰?guī)r，施工中井壁易坍塌剝落造成卡鉆事故。

Dammam層組（早—晚期始新統(tǒng)）：該層組巖性以淺黃棕色白云巖為主，頂部為致密黑灰色石灰?guī)r，中下部白云巖及石灰?guī)r裂縫及孔洞極其發(fā)育。潛在鉆井地質(zhì)風(fēng)險：該層組由于裂縫性、孔洞性白云巖及石灰?guī)r十分發(fā)育，在該層組鉆進時易發(fā)生嚴(yán)重鉆井液漏失事故。

Rus層組（始新統(tǒng)）：該層組巖性為厚層的白色硬石膏與淺黃色白云巖互層，為孔隙和裂縫較發(fā)育的地層。潛在鉆井地質(zhì)風(fēng)險：Rus層組由于硬石膏層和白云巖層呈互層，兩者硬度差別大，鉆進過程中如果鉆壓不穩(wěn)，極易造成井斜偏大，進而嚴(yán)重影響井身質(zhì)量。

UMM ER-RAD地層（古新世—早始新統(tǒng)）：該層組巖性主要包括淺黃色、淺褐色白云巖，與白色硬石膏互層，局部含硫化鐵礦物。潛在鉆井地質(zhì)風(fēng)險：UMM ERRAD層組為含硫水地層，R-506井在實鉆過程中，鉆至1235.36m時發(fā)生井內(nèi)有含硫水溢出并伴有H2S氣體出現(xiàn)。因此在鉆井施工中應(yīng)注意防止含硫水溢出事故發(fā)生，預(yù)防隨含硫水出現(xiàn)的H2S有毒氣體對人員和設(shè)備造成的危害，另外，局部所含硫化鐵礦物可能對鉆頭磨損較嚴(yán)重。

Tayarat層組（上白堊統(tǒng)）：該層組巖性主要為淺黃棕色白云巖與白色硬石膏、淺灰色泥灰?guī)r互層，頂部被一薄層黑色泥巖分隔為明顯的局部不整合面。潛在鉆井地質(zhì)風(fēng)險：該層組為含硫水地層，當(dāng)上部的Dammam地層或下部的Hartha、Tayarat層組本身或下部地層發(fā)生循環(huán)漏失后，如果鉆井液靜液柱壓力不足以平衡地層壓力時，會導(dǎo)致地層中的含硫水發(fā)生流動，從而引發(fā)H2S溢出事故發(fā)生，因此在施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制好鉆井液密度，確保鉆井液柱壓力與環(huán)空地層壓力保持平衡，防止H2S溢出事故發(fā)生。

Shiranish地層（中—上白堊統(tǒng)）：該層組巖性上部以淺灰色泥灰?guī)r為主，下部為淺灰色白云巖，該層組是典型的盆地沉積環(huán)境。潛在鉆井地質(zhì)風(fēng)險：由于該層組石灰?guī)r含泥重，巖性塑性大，鉆井過程中要防止鉆頭泥包和井眼縮徑給鉆井施工帶來的不利影響。

Hartha層組（上石炭統(tǒng)—早白堊統(tǒng)）：巖性以碎屑質(zhì)石灰?guī)r為主，夾多孔性白云巖薄層，局部含硫化鐵礦物。潛在鉆井地質(zhì)風(fēng)險：由于Hartha層組下部白云巖孔隙發(fā)育，局部地區(qū)下部甚至發(fā)育大的裂隙及溶洞型地層，因此在該層組鉆進時，極易發(fā)生嚴(yán)重的井漏事故。

Sadi層組（早坎帕階）：該層組巖性主要包括淺灰、黑灰色石灰?guī)r和多孔的石灰?guī)r。潛在鉆井地質(zhì)風(fēng)險：Sadi層組石灰?guī)r為白堊質(zhì)、泥質(zhì)，塑性強，因此在鉆井施工過程中，應(yīng)重點預(yù)防因井眼縮徑導(dǎo)致的下鉆遇阻、卡鉆事故發(fā)生。

Tannuma層組（科尼亞克階）：巖性主要為黑灰色頁巖和棕灰色層狀多孔性的灰泥巖。潛在鉆井地質(zhì)風(fēng)險：由于頁巖性脆容易剝落，鉆井施工時容易發(fā)生井眼不規(guī)則和引發(fā)井壁坍塌等問題。

Khasib層組（晚土侖統(tǒng)—科尼亞克階）：巖性以淺灰色石灰?guī)r（白堊質(zhì)的和泥質(zhì)的）為主。潛在鉆井地質(zhì)風(fēng)險：由于Khasib地層巖性軟硬頻繁交錯，易造成井斜偏大，在鉆井施工過程中應(yīng)注意控制鉆井參數(shù)以保證井身質(zhì)量。

Mishrif層組（中—晚森諾曼階—早土侖統(tǒng)）：Mishrif層組巖性主要為灰色石灰?guī)r，較硬—硬度中等，孔洞裂隙發(fā)育，多孔性石灰?guī)r為油氣聚集創(chuàng)造了良好的條件。潛在鉆井地質(zhì)風(fēng)險：Mishrif層組為魯邁拉油田主要含油層之一，油氣顯示井段氣測顯示值較高，因此在起鉆前應(yīng)進行充分的鉆井液循環(huán)，控制起鉆速度，避免起鉆過程中發(fā)生井噴事故。

Rumaila層組（早—中森諾曼階）：該層組巖性以淺灰色石灰?guī)r（白堊質(zhì)的和泥質(zhì)的）為主，局部夾頁巖薄層，平均厚度為100～135m左右。

Ahmadi層組（早森諾曼階）：巖性頂部為黑灰色頁巖，中部為黃棕色灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r，底部為黑灰色頁巖與淺灰色泥質(zhì)灰?guī)r互層。

Mauddud地層（晚阿普特階—早森諾曼階）：該層組巖性主要為淺黃棕色石灰?guī)r和灰色泥質(zhì)石灰?guī)r，下部灰?guī)r含泥重并見較多硫化鐵礦物。發(fā)現(xiàn)的化石有：小粟蟲科、伊拉克石等。

潛在鉆井地質(zhì)風(fēng)險：由于Rumaila、Ahmadi、Mauddud地層巖性泥質(zhì)含量高，塑性強，局部發(fā)育易剝落的頁巖，在鉆井施工過程中應(yīng)預(yù)防井眼縮徑、井壁坍塌及卡鉆等工程事故。

Nahr Umer地層（阿普特階）：該層組巖性主要為黑灰色頁巖、黑棕色砂巖、黑灰色泥質(zhì)粉砂巖、淺棕色石灰?guī)r不等厚互層。砂巖粒度好，次圓狀，分選性、孔隙性好，各別砂巖見好的油氣顯示，向沉積盆地的中心向處頁巖含量不斷增加。潛在鉆井地質(zhì)風(fēng)險：由于Nahr Umer層組泥頁巖較發(fā)育，如鉆井液性能控制不好，易發(fā)生地層巖性剝落，導(dǎo)致在鉆井施工過程中發(fā)生嚴(yán)重遇阻或卡鉆等工程事故。

Shuaiba層組（晚阿普特階—早阿普特階）：巖性主要為淺黃色、淺褐色白云質(zhì)石灰?guī)r和泥質(zhì)石灰?guī)r，其頂部的石灰?guī)r與Nhar Umer層組底部的黑色頁巖層區(qū)分明顯，頂部具明顯的局部不整合面。潛在鉆井地質(zhì)風(fēng)險：由于該層位的破裂壓力梯度為0.78～0.8psi/ft，鉆入該地層后會可能會發(fā)生循環(huán)漏失。因此在鉆入該層時，應(yīng)先在井眼內(nèi)進行滲漏和地層壓力試驗，避免由于施工過程中鉆井液柱壓力過大而壓漏地層。

Zubair層組（巴列姆階—阿普特階）：該層組巖性主要為淺灰、棕色砂巖與棕灰色頁巖、灰色泥質(zhì)粉砂巖呈不等厚互層。砂巖較疏松，硬度中等，分選性和磨圓度均較好，孔滲性好，砂巖層的厚度向西和北西方向變薄。潛在鉆井地質(zhì)風(fēng)險：由于該層組是魯邁拉油田的主力產(chǎn)油層之一，其主力油層Main pay層，油氣顯示好，油氣層單層厚度大，錄井氣測顯示值高，地層壓力大。因此，在鉆開油層后，當(dāng)鉆遇好的油氣顯示和起鉆前，都要進行充分的鉆井液循環(huán)，以避免由于地層壓力過大或起鉆速度過快而引起井噴事故發(fā)生。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合在該地區(qū)施工完鉆的R-504井實鉆地層及巖性資料，以及其他完鉆井實際施工情況，通過采用對巖性進行鏡下觀察識別等手段和方法，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對實鉆地層的巖性進行鑒定識別，對魯邁拉地區(qū)的巖性特征進行了總結(jié)，對不同地層和巖性特點給鉆井施工帶來的潛在風(fēng)險進行了分析和探討。概括地總結(jié)了該地區(qū)地層巖性特征及變化規(guī)律，掌握了這些規(guī)律，特別是多孔性及裂縫較發(fā)育地層的分布規(guī)律、地層巖性硬度變化規(guī)律、地層含硫水層及含硫化鐵礦物等巖性分布規(guī)律，便能在今后的鉆井施工中通過嚴(yán)密監(jiān)測和認(rèn)真分析實鉆數(shù)據(jù)，對潛在鉆井地質(zhì)風(fēng)險提前做出預(yù)測和提示，并針對不同地層巖性特點提前制定相應(yīng)的鉆井施工技術(shù)措施，避免發(fā)生井下事故，保證鉆井施工順利進行。

[1]徐耀鑒.巖石學(xué)[M].地質(zhì)出版社，2007.

[2]高峰,張書桐,滕玉明,何道勇.PDC鉆頭條件下錄井巖性的識別方法[J].石油地質(zhì)與工程，2007(01).

[3]馮增昭,趙澄林.沉積巖石學(xué)[M].石油工業(yè)出版社，1982.

TE21

A

1004-5716(2015)06-0019-04

2014-05-28

李山昌（1966-），男（漢族），黑龍江哈爾濱人，工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)錄井工作。