萬利，佘明軍，邢允杰 (中石化中原石油工程有限公司錄井公司，河南 濮陽 457000)

長井段水平井是提高頁巖氣勘探開發(fā)效率的有效途徑，為確保鉆井施工安全，避免井壁坍塌，在進入水平段后通常使用油基鉆井液體系。油基鉆井液的應(yīng)用保護了地層，提高了鉆井時效。但是，鉆遇的地層巖屑在隨油基鉆井液上返地面的過程中，由于浸泡時間過長，受到嚴重污染，給現(xiàn)場地質(zhì)錄井技術(shù)人員準確識別鉆遇地層巖性、建立地層巖性剖面帶來嚴峻挑戰(zhàn)。為此，筆者提出了油基鉆井液條件下基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜(laser induced breakdown spectroscopy，LIBS)信息的激光巖屑錄井技術(shù)，解決了頁巖氣勘探開發(fā)中巖屑錄井技術(shù)難題。

1 油基鉆井液對巖屑錄井的影響

油基鉆井液含有大量柴油、氧化瀝青等物質(zhì)，會使巖屑樣品特征發(fā)生較大變化，不利于準確識別巖性。

圖1 油基鉆井液巖屑樣品 圖2 清洗后的巖屑樣品

1)污染巖屑樣品，不易清洗。油基鉆井液條件下，鉆遇的地層巖屑在上返地面的過程中，鉆井液中的部分油質(zhì)成分吸附并浸入到巖屑樣品內(nèi)部，巖屑樣品表面包裹的鉆井液難以快速清洗干凈，給現(xiàn)場錄井技術(shù)人員及時采集、清洗巖屑樣品帶來不利影響。圖1是YYP3井撈取巖屑樣品的砂樣盆，盆內(nèi)接取的巖屑受油基鉆井液污染十分嚴重，清洗困難。

2)油質(zhì)浸入巖屑內(nèi)部，熒光錄井可靠性降低。由于油基鉆井液具有熒光特性，巖屑熒光特征包含油基鉆井液及其自身的熒光信息，熒光錄井數(shù)據(jù)失真，難以準確描述巖屑特征。

針對上述問題，現(xiàn)階段主要采用2種錄井技術(shù)進行處理：①通過對比不同有機溶劑，結(jié)合施工現(xiàn)場工況和環(huán)境保護要求，優(yōu)選出柴油作為清洗劑替代清水用于清洗撈取的巖屑樣品，提高了油基鉆井液巖屑的清洗效果。但是，清洗后的巖屑仍然呈現(xiàn)黑色，失去了本來的顏色(見圖2)，真實的巖性描述仍然存在困難。②利用X射線熒光錄井技術(shù)檢測樣品特征，識別樣品巖性。該方法排除了部分巖屑樣品污染物的影響，提高了巖性識別符合率。

上述技術(shù)方法消除了油基鉆井液對巖屑錄井的部分不利影響，但也為巖屑樣品的巖性識別增加了勞動強度，延長了分析時間，并未真正有效解決油基鉆井液給巖屑錄井帶來的系列問題。

2 激光巖屑錄井技術(shù)及其特點

激光巖屑錄井技術(shù)是利用激光巖性分析儀檢測分析巖屑樣品LIBS信息，實現(xiàn)樣品中元素信息的量化檢測，利用樣品中元素組合關(guān)系及譜圖特征，實現(xiàn)自動識別巖屑樣品巖性的一種錄井新技術(shù)[1～3]。該技術(shù)具有明顯的技術(shù)特點和技術(shù)優(yōu)勢。

1)無損檢測巖屑、巖心樣品。在合適的激光器光源功率工作過程中，利用激光轟擊巖屑樣品表面可以誘導(dǎo)產(chǎn)生等離子體，而不損害樣品表面結(jié)構(gòu)。

2)高精度檢測樣品中元素含量信息。該成果實現(xiàn)了巖屑樣品中元素含量的定性與定量檢測，最小分辨率達到10mg/m3，為準確識別樣品巖性奠定了基礎(chǔ)。

3)樣品巖性識別周期短，具備實時分析特點。根據(jù)LIBS檢測技術(shù)特點，巖屑樣品LIBS信息檢測時間為毫秒級，每個樣品的巖性識別時間不超過5s，能夠滿足施工現(xiàn)場快速識別巖性技術(shù)需求。

4)具備剝蝕樣品表面污染物特點。激光巖性分析儀的光路系統(tǒng)固定后，激光器發(fā)射出的高能激光經(jīng)過準直聚焦后匯聚在巖屑樣品表面，可實現(xiàn)無損檢測巖屑樣品；通過調(diào)整光譜系統(tǒng)，增大光路匯聚焦距，使匯聚光斑位置處于巖屑樣品表面以下的位置，高能激光照射到巖屑樣品表面時，能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生擊穿光譜，產(chǎn)生剝蝕作用。

圖3是利用激光巖性分析儀對油基鉆井液巖屑樣品進行的剝蝕試驗數(shù)據(jù)對比圖。

圖3 巖屑樣品相同位置剝蝕前后LIBS強度相關(guān)性對比圖

由圖3可以看出，經(jīng)過第1次剝蝕后，測量的巖屑樣品激光誘導(dǎo)擊穿光譜數(shù)據(jù)與其表面數(shù)據(jù)之間的相關(guān)系數(shù)R2=0.8430；第2次剝蝕后，測量的巖屑樣品激光誘導(dǎo)擊穿光譜數(shù)據(jù)與第1次剝蝕后檢測點數(shù)據(jù)之間的相關(guān)系數(shù)R2=0.9445；第3次剝蝕后，測量的巖屑樣品激光誘導(dǎo)擊穿光譜數(shù)據(jù)與第2次剝蝕后檢測點數(shù)據(jù)之間的相關(guān)系數(shù)R2=0.9599；第4次剝蝕后，測量的巖屑樣品激光誘導(dǎo)擊穿光譜數(shù)據(jù)與第3次剝蝕后檢測點數(shù)據(jù)之間的相關(guān)系數(shù)R2=0.9650。剝蝕試驗數(shù)據(jù)表明，巖屑樣品表面與其剝蝕后的LIBS信息之間相關(guān)系數(shù)R2=0.8430，剝蝕后同一位置相關(guān)系數(shù)R2均大于0.9445，巖屑樣品表面被油基鉆井液污染，經(jīng)過一次剝蝕后，利用激光巖性分析儀可以檢測到巖屑樣品的真實LIBS信息，提高巖性識別符合率。

3 應(yīng)用分析

圖4 JY3HF井激光巖屑錄井剖面與人工錄井剖面對比

結(jié)合油基鉆井液條件下的巖屑樣品污染情況，利用LIBS的剝蝕性技術(shù)特點，一方面提高激光巖性分析儀激光器功率至30mJ，提高剝蝕效率；二是優(yōu)化光路系統(tǒng)，匯聚焦距在原來的基礎(chǔ)上增加1mm，調(diào)整匯聚光斑深度，實現(xiàn)樣品表面被污染層的快速剝蝕(剝蝕時間≤2s)。

利用該技術(shù)先后在YYP-1井、FY4井、JY3HF井進行了應(yīng)用，累計完成2560m井段油基鉆井液條件下的巖屑巖性識別，與現(xiàn)有巖屑錄井方法對比，激光巖性錄井技術(shù)不需要對樣品進行清洗處理，可以直接檢測樣品，縮短了巖屑樣品的處理時間，降低了操作人員的勞動強度，可快速準確識別巖屑樣品巖性。

圖4為JY3HF井激光巖屑錄井剖面與人工錄井剖面對比圖，可以看出，相較于人工識別方法，激光巖屑錄井技術(shù)可以更加精確地識別地層巖性。

4 結(jié)論

1)激光巖屑錄井技術(shù)的應(yīng)用為油基鉆井液條件下的巖性識別提供了新的技術(shù)手段，可以幫助現(xiàn)場地質(zhì)錄井技術(shù)人員更加快速、準確地識別鉆遇地層的巖性；同時，有利于加強油基鉆井液的推廣應(yīng)用，推動頁巖氣勘探開發(fā)工程技術(shù)的進步，提升油氣勘探開發(fā)效益。

2)激光錄井技術(shù)不能對巖屑樣品顏色進行客觀分析，因此該技術(shù)可以作為補充完善巖屑錄井的技術(shù)手段，尚不能完全替代人工識別巖性技術(shù)。