武衛(wèi)平

（大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井二公司錄井分公司，吉林松原138000）

1 概述

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，石油的需求量與日俱增，越來越大。石油產(chǎn)量已成為制約國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個瓶頸。縮短鉆井周期，節(jié)約鉆井成本，盡快找到新的油氣資源，支援經(jīng)濟(jì)建設(shè)，迫在眉睫。在此情況下使用PDC鉆頭成為必然趨勢。然而，由于PDC鉆頭特殊破巖機理及高鉆速，使得傳統(tǒng)的錄井方法不適應(yīng)新的鉆探要求，因此，積極探索采用科學(xué)的錄井技術(shù)手段或方法勢在必行。

2 PDC鉆頭的特點及破碎巖石的機理

人造聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭，國外稱之為Polycrystalline Diamond Compact Bit，簡稱PDC鉆頭。是20世紀(jì)80年代鉆井工業(yè)技術(shù)的重大突破，對石油鉆井業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。

實踐證明，軟到中等硬度的地層鉆井用PDC鉆頭具有以下特點：

（1）機械鉆速快，進(jìn)尺多，壽命長。

（2）工作平穩(wěn)，井下事故少，井身質(zhì)量好。

（3）起下鉆次數(shù)少，勞動強度低。

（4）建井周期短，鉆井成本低，經(jīng)濟(jì)效益高。

由此，備受青睞。近年來在松遼盆地鉆井中得到廣泛的推廣使用。

PDC鉆頭之所以具有以上優(yōu)點，是與其特有結(jié)構(gòu)構(gòu)造及破巖機理分不開的。其破碎方式主要有4種，即：剪切、預(yù)破碎（開槽效應(yīng)）、犁削及磨削。

（1）剪切：復(fù)合片切削齒在鉆壓和扭矩作用下克服地層應(yīng)力吃入地層并向前滑動，巖石沿其剪切方向破碎并產(chǎn)生塑性流動。應(yīng)用于軟到中硬地層。

（2）預(yù)破碎：其結(jié)構(gòu)為“尖圓”齒交替布置，隨鉆頭不斷旋轉(zhuǎn)，尖齒先行吃入地層，使巖石產(chǎn)生破裂碎紋，并切出一條條的螺旋狀“卸荷槽”，緊隨其后的圓齒則以剪切方式切削大塊巖石，達(dá)到破巖目的。應(yīng)用于中硬到硬地層。

（3）犁削：鉆進(jìn)中切削齒使其內(nèi)部破碎，并向表面?zhèn)鬟f，堆積齒前的巖屑被切削齒推向兩邊，由泥漿帶出井底。應(yīng)用于塑性地層。

（4）磨削：其切削結(jié)構(gòu)以磨削方式破碎巖石。應(yīng)用于極硬地層。

3 PDC鉆頭鉆井對地質(zhì)錄井的影響

由于PDC鉆頭具有特殊的構(gòu)造和獨特的破巖機理，因而所鉆巖屑非常細(xì)碎，并且鉆進(jìn)速度極快，它給地質(zhì)錄井工作的樣品采集、識別、選樣、分析、鑒定、解釋、評價等帶來了重重困難。

（1）巖屑特別細(xì)小，采集困難，且有一部分真巖屑（粉末狀）隨泥漿流走。

（2）巖屑特別細(xì)小，真巖屑混雜在假巖屑中，導(dǎo)致巖性識別、分層、定名、描述困難。

（3）巖屑特別細(xì)小，現(xiàn)場的挑樣極為困難，直接影響定量熒光、地化分析的精度，并對PK及核磁共振錄井造成極為不利的影響，直接反映在傳統(tǒng)的解釋圖版及模型失去了共性、準(zhǔn)確性，因而帶來了解釋及評價的困難。

（4）巖屑特別細(xì)小，在鉆井液沖刷、浸泡及巖屑清洗時，油氣逸失嚴(yán)重，造成常規(guī)地質(zhì)錄井油氣顯示級別偏低，不能真實反映地下油氣情況。

（5）鉆進(jìn)速度快，現(xiàn)場采樣頻度驟增，加大了勞動強度，有時甚至難以承受。

（6）鉆進(jìn)速度快，而傳統(tǒng)的色譜分析周期長，給薄油氣層的發(fā)現(xiàn)及解釋帶來了困難。

（7）鉆進(jìn)速度快，而PDC鉆頭在軟—中硬砂泥巖地層鉆進(jìn)中，鉆時幾無差別，甚至常出現(xiàn)反鉆時，不但造成巖性界面劃分及歸位困難，同時，也影響到地層壓力的監(jiān)測與檢測。

4 PDC鉆頭鉆井條件下地質(zhì)錄井的應(yīng)對措施

4.1 優(yōu)選鉆頭類型，合理使用震動篩布

通過對PDC鉆頭破巖機理的研究以及實驗證實，PDC鉆頭齒數(shù)越多、越密則所鉆巖屑越細(xì)小，對地質(zhì)錄井影響越大。據(jù)松遼盆地DA、HG、QA地區(qū)PDC鉆頭使用情況的統(tǒng)計，除在較硬—極硬地層需要使用小復(fù)合片密齒PDC鉆頭外，在軟—中硬地層，大復(fù)合片和標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合片PDC鉆頭都可以使用，并且對鉆井速度影響不大。松遼盆地多為軟—中硬地層，因此在鉆井作業(yè)中，選擇齒數(shù)稀—中密結(jié)構(gòu)的大復(fù)合片和標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合片PDC鉆頭，減小巖屑的破碎程度，進(jìn)而減小對地質(zhì)錄井的影響。

同時，根據(jù)鉆頭類型及巖屑的破碎程度，合理選用震動篩布。筆者通過在QA、YT地區(qū)多口井的現(xiàn)場實驗發(fā)現(xiàn)：大復(fù)合片PDC鉆頭可選用40～60目震動篩布；中密結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合片PDC鉆頭可選用60～80目震動篩布；密齒小復(fù)合片PDC鉆頭可選用80～120目震動篩布，防止細(xì)小巖屑隨泥漿流走。如表1所示。

表1 松遼盆地大安、紅崗、乾安地區(qū)PDC鉆頭類型及其破碎巖屑特征統(tǒng)計表

4.2 改進(jìn)傳統(tǒng)的取樣方法

松遼盆地傳統(tǒng)的錄井取樣方法是用笊籬在震動篩下按設(shè)計要求定點取樣，然后在水箱內(nèi)漂洗。對于牙輪鉆頭所鉆巖屑，因其顆粒較大，這種方法比較有效且簡便易行。但對于PDC鉆頭破碎的細(xì)小或粉末狀的巖屑，其弊端就特別明顯，其一是所取樣品量少且多為掉塊；其二是細(xì)小的粉末狀的巖屑在漂洗中隨水流走，易丟失。因此要根據(jù)實際情況采用不同的取樣方法。

例如：在松遼盆地B系上統(tǒng)M組至S組地層中，泥巖性軟，造漿；砂巖成巖性差、疏松。在PDC鉆頭高度破碎下，泥巖呈團(tuán)狀，砂巖呈細(xì)?；蚍勰铍S鉆井液返出井口，其中一部分泥巖和粉末狀砂巖溶于鉆井液當(dāng)中，成為鉆井液固相。而巖屑在震動篩上震動過程中，細(xì)碎砂巖被松軟泥巖粘附或包裹在一起，在清洗巖屑、巖性識別及分層時及其困難。對于該地層的巖屑樣品在架空槽上撈取效果較好。

對于白堊系下統(tǒng)青山口組地層，在PDC鉆頭條件下因其砂巖含鈣被破碎成細(xì)粒狀；泥巖堅硬，被破碎成塊或片狀，其體積比砂巖大得多，另外該套地層厚度大（300～650m）裸眼段長，掉塊多，傳統(tǒng)的取樣方法不能夠有效地清除假巖屑，不利于薄層砂巖的發(fā)現(xiàn)、分層及描述。因此取樣時應(yīng)可用帶有6mm、4mm、2mm三層粒度篩的取樣筐在震動篩下取樣，然后用水漂洗，分層過濾，去偽存真。

4.3 選擇多種錄井技術(shù)手段

隨著科技的進(jìn)步，當(dāng)今的勘探領(lǐng)域涌現(xiàn)出多種多樣的錄井技術(shù)，然而，由于其側(cè)重點不同，采用的分析介質(zhì)不同，因而在解決不同問題時各有其優(yōu)缺點。在PDC鉆頭條件下，只有將這些錄井手段有機地結(jié)合起來，優(yōu)勢互補，才能有效地識別巖性、發(fā)現(xiàn)油氣顯示、進(jìn)而準(zhǔn)確評價儲層。

（1）以常規(guī)地質(zhì)錄井為基礎(chǔ)，通過巖屑錄井，遠(yuǎn)觀顏色、近觀巖性，追蹤巖屑百分含量的變化，進(jìn)行分層、區(qū)分巖類和初步定名，然后選取代表性樣品在雙目鏡下細(xì)致觀察，描述其成分、結(jié)構(gòu)、粒度、分選、膠結(jié)類型、含有物等，同時結(jié)合熒光、氣測錄井直接捕獲地層中的油氣信息，初步建立起地層剖面；穿插巖芯錄井，深入認(rèn)識重點層位的巖性、物性、含油性、沉積特征等；加強井壁取芯工作，由于其不受鉆頭類型的影響，不僅可以校正巖屑錄井的偏差，而且還可以獲取大量的重點層、可能層、可疑層的巖性、物性及油氣信息，為地化錄井、定量熒光分析、PK及核磁共振錄井提供較為客觀反映地層地質(zhì)情況的巖石樣品，實現(xiàn)準(zhǔn)確分析、評價儲層的目的。

（2）運用地化錄井技術(shù)，通過分析樣品中的各項參數(shù)，認(rèn)識儲層性質(zhì)，尋找油氣的同時，利用其中的S1（液態(tài)烴參數(shù)）和S2（固態(tài)烴參數(shù)）的比值，即S1/S2值越小，泥巖含量越高；即S1/S2值越大，泥巖含量越低的特點，將各點的S1/S2分析值繪制成對應(yīng)深度的曲線，結(jié)合鉆時、DC指數(shù)、氣測全烴曲線就可用來劃分砂巖類與非砂巖類，再將巖屑錄井剖面與其擬合歸位，進(jìn)行修正，即可建立起較為準(zhǔn)確的地層剖面，從而有效地克服PDC鉆頭的不利影響。

5 結(jié)束語

通過對PDC鉆頭的特點及其破巖機理的研究，明確PDC鉆頭對地質(zhì)錄井的影響因素，在現(xiàn)場的鉆探錄井作業(yè)中，有的放矢地優(yōu)選PDC鉆頭類型，合理使用震動篩布，改進(jìn)傳統(tǒng)的取樣方法，選擇多種錄井技術(shù)，綜合分析各項參數(shù)及實物資料，運用到先進(jìn)的科研成果及工作方法中，最大限度地減小PDC鉆頭的不利影響，實現(xiàn)準(zhǔn)確地識別巖性、判斷地層、發(fā)現(xiàn)油氣顯示、科學(xué)評價儲層的目的。同時，要廣泛地開展技術(shù)交流工作，大力加強PDC鉆頭條件下的錄井技術(shù)攻關(guān)以及錄井技術(shù)前瞻性研究工作，推動錄井技術(shù)的發(fā)展，以適應(yīng)油氣勘探開發(fā)的新需要。