王 海，張 瑋，田 磊，譚俊平，李浩平中石油塔里木油田分公司勘探事業(yè)部，新疆 庫(kù)爾勒

2中石油塔里木油田分公司庫(kù)車油氣開發(fā)部，新疆 庫(kù)爾勒

X射線熒光錄井技術(shù)在克深區(qū)塊鹽底界面的卡層應(yīng)用

王 海1，張 瑋2，田 磊1，譚俊平1，李浩平11中石油塔里木油田分公司勘探事業(yè)部，新疆 庫(kù)爾勒

2中石油塔里木油田分公司庫(kù)車油氣開發(fā)部，新疆 庫(kù)爾勒

塔里木油田庫(kù)車坳陷古近系庫(kù)姆格列木群發(fā)育著巨厚的膏鹽巖層，準(zhǔn)確的卡取鹽底界面，下入技術(shù)套管,封隔該段具有高壓力系數(shù)的地層，是安全鉆開油氣層的關(guān)鍵。利用X射線熒光錄井技術(shù)確定元素標(biāo)志層，利于地層對(duì)比區(qū)分鹽底泥巖與鹽間泥巖，解決了鹽底界面卡取困難的問題，確保鉆探目的的實(shí)現(xiàn)。

X射線熒光錄井，膏鹽巖地層，鹽底卡層，元素標(biāo)志層

AbstractIn Palaeogene Kumugeliemu Group in Kuqa Depression of Tarim Oilfield, there developed a gypsum salt rock formation. The key for safe drilling of oil and gas layer there was to identify salt bottom accurately and seal this section with high pressure coefficient. The X-ray fluorescence logging technique is used to identify the element marker layer and is beneficial for stratigraphic correlation, and distinguishing the mudstone at the bottom of the salt layer and between the salt. The method solves the problem for identification of salt on the bottom, ensues the realization of target zone drilling.

KeywordsX-Ray Fluorescence Logging, Salt Formation, Identification of Salt Layer, Element Marker Layer

1. 引言

克深區(qū)塊位于塔里木盆地庫(kù)車坳陷的克拉蘇構(gòu)造帶上，目的層白堊系蘊(yùn)藏著豐富的天然氣資源。其上部古近系庫(kù)姆格列木群(E1-2km)發(fā)育著巨厚的膏鹽巖,為油藏提供了優(yōu)質(zhì)蓋層，是形成大型超高壓氣藏的關(guān)鍵因素之一。而超深、超厚的膏鹽層與下覆地層(目的層)存在著相差巨大的壓力系統(tǒng)，給鉆井工程帶來巨大的施工風(fēng)險(xiǎn)。為了確保鉆井施工安全，目前在庫(kù)車坳陷山前井的膏鹽巖地層主要采用油基鉆井液鉆進(jìn)，保持井壁穩(wěn)定，并用技術(shù)套管封住膏鹽巖層。如果未鉆穿，提前下入套管，造成目的層小井眼鉆進(jìn)，難以達(dá)到鉆探目的；而在鉆穿膏鹽巖層后，又極易發(fā)生井漏和卡鉆事故，因此卡準(zhǔn)鹽底界面成為確保鉆井正常施工的關(guān)鍵。

常規(guī)的卡層方法是通過肉眼觀察巖屑，結(jié)合綜合錄井儀器采集工程參數(shù)(如鉆時(shí)、扭矩、鉆壓等資料)來判斷是否鉆穿膏鹽巖[1]。隨著鉆井工藝的發(fā)展，如PDC鉆頭的應(yīng)用，鉆時(shí)快慢的差異變得不明顯；由井底返出的巖屑也十分細(xì)碎，使得巖屑錄井對(duì)巖性難以識(shí)別,也不利于地層對(duì)比，因此卡取鹽底界面仍然很困難。筆者利用 X 射線元素錄井技術(shù)分析巖屑中的 Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ba、Ti、Mn、Fe、V、Ni、Sr、Zr等17種元素含量，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，可以識(shí)別巖性及鹽底卡層；并提出了一套現(xiàn)場(chǎng)操作性強(qiáng)的鹽底卡層的方法，使用該方法極大地提高了鹽底卡層的成功率，保障區(qū)內(nèi)膏鹽巖地層安全快速鉆進(jìn)。

2. X射線熒光錄井技術(shù)

X射線熒光錄井技術(shù)(XRF)利用 X射線錄井儀來檢測(cè)和分析巖屑中的元素的種類和含量。該項(xiàng)技術(shù)是在 X射線熒光分析原理與巖石地球化學(xué)理論基礎(chǔ)上發(fā)展而來。目前，塔里木油田采用的是 HB-X100型X射線錄井儀，它具有分析速度快、工作穩(wěn)定、儀器體積小、對(duì)巖屑需求量小、巖屑樣品粒度要求低等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于現(xiàn)場(chǎng)巖性識(shí)別和卡層。

3. 元素錄井識(shí)別巖性

E1-2km主要巖性為泥巖、石膏巖、鹽巖、白云巖、灰?guī)r等。目前，巖性的識(shí)別主要是通過肉眼觀察來定名、受制于巖屑客觀條件和錄井隊(duì)的鑒定水平，X射線熒光錄井技術(shù)則是一種全新的，定量化識(shí)別巖性的技術(shù)手段，能夠解決巖屑細(xì)碎、人為主觀因素等造成的巖性識(shí)別困難。

眾所周知，元素是構(gòu)成所有巖石最基本的化學(xué)單元，不同類型的巖石具有不同的元素組成，X射線熒光錄井技術(shù)就是通過元素地球化學(xué)成分分析進(jìn)行巖性識(shí)別。砂巖的主要成分是SiO2，因此Si元素在砂巖中富集；A1、Fe等元素的含量在富含黏土礦物的泥巖中很高；純石灰?guī)r的化學(xué)成分為CaCO3，Ca元素在灰?guī)r中富集；純白云巖(白云石)的化學(xué)成分為 MgCa(CO3)2，Mg、Ca在白云巖中富集；石膏巖的主要化學(xué)成分為CaSO4,石膏巖中富集Ca、S元素；鹽巖的主要化學(xué)成分為NaCl，鹽巖中富集Na、Cl元素。利用上述富集規(guī)律并通過圖譜法、數(shù)值法、曲線法、XRF分析數(shù)據(jù)處理法、曲線交會(huì)法等巖性解釋方法[2]，可以準(zhǔn)確地區(qū)分巖性(圖1)?？偠灾?，通過現(xiàn)場(chǎng)使用證明元素錄井解釋巖性是一種有效巖性識(shí)別方法。

Figure 1. The sectional view of lithologic interpretation of X-ray fluorescence logging圖1. X射線熒光錄井巖性解釋剖面圖

4. 鹽底界面的卡取

庫(kù)車坳陷經(jīng)歷了多期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，膏鹽巖層受擠壓變形嚴(yán)重，縱向和橫向都難以對(duì)比，無法準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)鹽底深度。通過 X射線熒光元素錄井技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)鹽底卡層并不是無跡可循，可以利用元素標(biāo)志層進(jìn)行地層對(duì)比，確定是否進(jìn)入最后一套膏鹽巖層，并通過鹽底泥巖與鹽間泥巖的區(qū)別來準(zhǔn)確地卡取鹽底界面。

4.1. 元素標(biāo)志層

通過對(duì)克深區(qū)塊多口井分析發(fā)現(xiàn)，Sr質(zhì)量濃度會(huì)出現(xiàn)一個(gè)異常高值段(圖2)，預(yù)示著該段為最后一套膏鹽巖層，即接近鹽底。Sr的X射線熒光錄井的異常高值是海侵的一個(gè)重要特征[3]。庫(kù)車盆地古近紀(jì)早期發(fā)生過一次較明顯的海侵[4]，氣候持續(xù)的干燥炎熱，Sr通過生物化學(xué)作用沉淀下來。Sr對(duì)沉積環(huán)境具有重要的指示意義，筆者利用Sr質(zhì)量濃度的異常高值段作為標(biāo)志層，在地層對(duì)比中也起著至關(guān)重要的作用。

Figure 2. The diagram of formation contrast in the studied area圖2. 研究區(qū)地層對(duì)比圖

4.2. 鹽底泥巖與鹽間泥巖對(duì)比分析

標(biāo)志層下的膏鹽巖厚度分布不均，井與井之間差別巨大，準(zhǔn)確地識(shí)別鹽底的褐色泥巖和鹽間的褐色泥巖是卡層的另一關(guān)鍵點(diǎn)。

巖石中各種所含礦物多以單質(zhì)礦物、氧化物和氫氧化物等形態(tài)存在，如組成泥巖的黏土礦物主要以SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等為主[5]，而這些化合物又以Al、Fe、Si等為主要元素。為了便于對(duì)比鹽間泥巖與鹽底泥巖，對(duì)克深區(qū)塊的8口井，分析了Na、Mg、Al、Si、S、Cl、K、Ca、Fe共9種主要元素(表 1)。

通過表1可以看出，Mg、Cl元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)在鹽間泥巖與鹽底泥巖中差異具有一定的規(guī)律。鹽間泥巖Mg平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.26%～3.92%之間，鹽底泥巖Mg平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4.34%～7.20%之間，鹽底泥巖的Mg平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于鹽間泥巖。鹽底泥巖Cl平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.01%～4.98%之間，鹽底泥巖Cl平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.43%～1.81%之間，鹽底泥巖的Cl平均含量低于鹽間泥巖。而Na、Al、Si、S、K、Ca、Fe幾種元素的平均平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)在鹽間泥巖與鹽底泥巖中差異不大。

Table 1. The average mass fractions of major elements in the salt interbed and salt on the bottom layer in Keshen Block表1. 克深區(qū)塊鹽間泥巖與鹽底泥巖的主要元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)

利用鹽間與鹽底泥巖元素含量差異開發(fā)出了三角圖版(圖 3)和交會(huì)圖版(圖 4)。圖中藍(lán)色代表鹽間泥巖，粉紅色代表鹽底泥巖。通過圖版法可以更直觀地判斷是否是鹽底泥巖。

Figure 3. The tran-angular chart board of mudstone elements between the salt interbed and salt on the bottom圖3. 鹽間與鹽底泥巖元素三角圖版

Figure 4. The cross-plot of mudstone elements between salt interbed and salt on the bottom圖4. 鹽間與鹽底泥巖元素交會(huì)圖版

5. 應(yīng)用實(shí)例

克深504井卡層分析：

1) 井深6347 m，ρSr為14067 mg/L；6348 m，ρSr達(dá)到13504 mg/L (圖5)。ρSr異常高值是一個(gè)元素標(biāo)志層，預(yù)示著接近鹽底，鉆穿鹽巖段見泥巖可能為鹽底泥巖。

2) 鉆進(jìn)至井深6405 m時(shí)，巖屑見少量褐色泥巖，元素錄井分析wCl為9.75%，wMg為2.31% (表2)，且泥巖中的鹽質(zhì)成分較多(圖5)，不符合鹽底泥巖特征。

3) 現(xiàn)場(chǎng)錄井認(rèn)為該段見褐色泥巖，且?guī)r性組合關(guān)系與鄰井一致，認(rèn)為該段為鹽底褐色泥巖，決定在井深6419 m (圖5中紅線)中完下套管作業(yè)。元素錄井認(rèn)為本段無鹽底泥巖特征，下部地層可能有鹽巖，建議繼續(xù)鉆進(jìn)。

4) 鉆進(jìn)至井深6421 m，巖屑中wCl上升至15.13%；6421～6435 m，wCl為8.86%～15.85%，巖性主要為鹽巖。

5) 鉆進(jìn)至井深6436 m時(shí)，wCl下降至0.55%，wMg上升至3.79% (表2)，巖性為泥巖，元素錄井認(rèn)為6436 m符合鹽底泥巖特征。

6) 圖版驗(yàn)證，6138～6212 m 段中的泥巖(藍(lán)色)落入三角圖版和交會(huì)圖版中的鹽間泥巖區(qū)域，6405～6416 m (黃色)也落入三角圖版和交會(huì)圖版中的鹽間泥巖區(qū)域，6436～6445 m (粉紅色)落入三角圖版和交會(huì)圖版中的鹽底泥巖區(qū)域(圖6、圖7)。

綜合以上的特征，判斷已經(jīng)進(jìn)入鹽底泥巖。通過下步鉆進(jìn)證實(shí)鹽底界面卡取準(zhǔn)確，確保了鉆井施工正常進(jìn)行。

Figure 5. The sectional view of lithlogic interpretation of X-ray fluorescence logging圖5. X射線熒光錄井巖性解釋剖面圖

Table 2. The data of Mg and Cl element mass fraction in Well Keshen 504表2. 克深504井Mg、Cl元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)表

Figure 6. The tranangular chart board of mudstone elements between salt interbed and salt on the bottom in Well Keshen 504圖6. 克深504井鹽間與鹽底泥巖元素三角圖版

Figure 7. The cross-plot of mudstone elements between salt interbed and salt on the bottom in Well Keshen 504圖7. 克深504井鹽間與鹽底泥巖元素交會(huì)圖版

6. 結(jié)論

1) X射線熒光錄井技術(shù)通過元素地球化學(xué)成分分析識(shí)別巖性，為巖性定名提供依據(jù)。

2) 元素錄井分析出的微量元素的異常高值符合成巖時(shí)期的沉積環(huán)境，可作為元素標(biāo)志層，利于井間橫向?qū)Ρ取?/p>

3) 利用元素定量化分析，區(qū)分鹽間泥巖與鹽底泥巖，并建立相應(yīng)圖版，準(zhǔn)確地卡取鹽底界面。

References)

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[編輯]鄧?yán)?/p>

The Application of X-Ray Fluorescence Logging in Defining Salt Boundary in Keshen Block

Hai Wang1, Wei Zhang2, Lei Tian1, Junping Tan1, Haoping Li11Exploratiion Division of Tarim Oilfield Company, PetroChina, Korla Xinjiang
2Kuqa Oil and Gas Development Division of Tarim Oilfield Company, PetroChina, Korla Xinjiang

王海(1976-)，男，碩士，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事油氣地質(zhì)評(píng)價(jià)與勘探。

2017年3月13日；錄用日期：2017年7月8日；發(fā)布日期：2017年8月15日

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Received: Mar. 13th, 2017; accepted: Jul. 8th, 2017; published: Aug. 15th, 2017

文章引用: 王海, 張瑋, 田磊, 譚俊平, 李浩平. X射線熒光錄井技術(shù)在克深區(qū)塊鹽底界面的卡層應(yīng)用[J]. 石油天然氣學(xué)報(bào), 2017, 39(4): 129-137.

10.12677/jogt.2017.394046