楊弼政 李 剛 劉 寧 馬騰飛 周鵬遙 王景辰 譚俊平

(中國石油塔里木油田分公司安全環(huán)保與工程監(jiān)督中心)

0 引 言

庫車坳陷是塔里木油田油氣勘探開發(fā)的重要區(qū)塊。鉆井揭示，庫車坳陷從上至下依次鉆遇新生界新近系庫車組、康村組、吉迪克組，古近系蘇維依組、庫姆格列木群；中生界白堊系巴什基奇克組、巴西改組。其中白堊系巴什基奇克組為該區(qū)目的層[1]，其上部的古近系庫姆格列木群發(fā)育了巨厚的膏鹽巖地層，該套膏鹽巖地層屬于封閉性極強的區(qū)域蓋層，具有厚度大、分布廣、巖性致密、地層壓力高、破裂壓力高等特點，將下部超高壓氣藏牢牢地封住。庫姆格列木群膏鹽巖層的壓力系數(shù)為2.10～2.30，最高達2.45，而其下部的目的層巴什基奇克組壓力系數(shù)僅為1.55～1.81，二者相差巨大[2-3]，導(dǎo)致在鉆穿膏鹽巖層底界面時易發(fā)生井漏、卡鉆等復(fù)雜情況，給鉆井安全帶來巨大風(fēng)險，且極易對儲層造成傷害。因此，準(zhǔn)確卡取膏鹽巖層底界面(鹽底卡層)，明確技術(shù)套管合理下井深度，是確保安全鉆井的基礎(chǔ)，也是實現(xiàn)鉆井地質(zhì)目的的關(guān)鍵。但該套膏鹽巖層巖性復(fù)雜、巖性組合模式多樣，導(dǎo)致卡層中存在諸多困難。本文基于研究區(qū)域內(nèi)多井次的鹽底卡層經(jīng)驗，從關(guān)鍵巖性識別著手，歸納鹽底巖性組合特征和組合模式，以碳酸鹽巖分析、元素錄井分析技術(shù)為主，結(jié)合鉆時、扭矩等工程參數(shù)及巖屑形狀等數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出一套庫車坳陷膏鹽巖層底界面卡層技術(shù)方法，以期為該區(qū)域鹽底精準(zhǔn)卡層提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶位于塔里木盆地庫車坳陷北部(圖1)，為南天山山前第二排構(gòu)造帶，東西長約200 km、南北寬約20 km，具有垂向分層變形特征，以古近系膏鹽巖層為界，垂向上劃分為鹽上構(gòu)造層、鹽構(gòu)造層、鹽下構(gòu)造層及基底構(gòu)造層四層結(jié)構(gòu)[4-7]。受鹽巖分層作用的影響，克拉蘇構(gòu)造帶鹽下發(fā)育一系列沖斷構(gòu)造，形成背斜及斷背斜構(gòu)造圈閉，導(dǎo)致該區(qū)域膏鹽巖層巖性復(fù)雜、鹽底巖性組合模式多樣。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置

1.1 膏鹽巖層巖性特征

根據(jù)大北、克深地區(qū)已鉆井的鉆井、錄井和測井資料，從巖性、電性、聲波速度和工程參數(shù)四個方面歸納總結(jié)得出，該區(qū)域內(nèi)膏鹽巖層巖性復(fù)雜，主要有鹽巖類、石膏巖類、軟泥巖類和硬泥巖類，以及區(qū)域性標(biāo)志層白云巖段。各大類巖層主要巖性特征如下：鹽巖類有純鹽巖、膏鹽巖、泥質(zhì)鹽巖；石膏巖類有純石膏巖、泥膏巖；軟泥巖類有含鹽泥巖、鹽質(zhì)泥巖；硬泥巖類有含膏泥巖、膏質(zhì)泥巖、純泥巖；白云巖段有灰質(zhì)泥巖、云質(zhì)泥巖、灰?guī)r和白云巖，該段形成原因是多次海泛，是接近鹽底的標(biāo)志。

1.2 鹽底巖性組合模式

通過對已鉆井的鉆井、錄井、測井資料進行分析得出，研究區(qū)鹽底巖性組合模式多樣，主要存在以下6種巖性組合模式：一是單套白云巖(灰?guī)r)有鹽模式，單套石膏巖夾白云巖，石膏巖以下為鹽巖，再往下出現(xiàn)高鉆時褐色泥巖；二是單套白云巖(灰?guī)r)無鹽模式，單套石膏巖(泥膏巖)后為白云巖，白云巖以下無鹽巖，立即出現(xiàn)高鉆時的褐色泥巖；三是多套白云巖(灰?guī)r)有鹽模式，最后一套石膏巖和白云巖組合模式下出現(xiàn)鹽巖后，再出現(xiàn)高鉆時泥巖；四是多套白云巖(灰?guī)r)無鹽模式，即存在兩套及以上白云巖(灰?guī)r)，最后一套石膏巖和白云巖組合模式下即為高鉆時泥巖，無鹽巖；五是無鹽模式，主要為褐色泥巖與石膏不等厚互層，鉆時較高，沒有沉積膏鹽巖層；六是鹽刺穿模式，主要為鹽巖，底部沒有石膏巖夾白云巖組合，沒有沉積膏鹽巖，后期由于構(gòu)造擠壓形成鹽刺穿。

2 鹽底卡層難點及思路

2.1 鹽底卡層的難點

庫車坳陷膏鹽巖層巖性復(fù)雜、鹽底巖性組合模式多樣，鹽層底界深度的卡取存在如下難點：一是鹽底沒有固定沉積模式，沒有統(tǒng)一的標(biāo)志層；二是膏鹽巖段的厚度變化大、厚度難以準(zhǔn)確預(yù)測，井與井之間的差別巨大；三是鹽下高鉆時褐色泥巖薄厚不一(氣藏頂板)，極易鉆穿并發(fā)生井漏；四是隨著鉆井工藝的進步，常規(guī)的“高鉆時、區(qū)域組合、褐色泥巖”卡層方法遇到難題；五是常規(guī)卡層需要專家駐現(xiàn)場協(xié)助，對專家的現(xiàn)場卡層經(jīng)驗依賴性較大。

2.2 鹽底卡層的基本思路

通過對多口井鹽底卡層的分析，總結(jié)出庫車坳陷鹽底卡層基本思路如下[3]：首先根據(jù)地質(zhì)設(shè)計結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料及鄰井資料進行地層對比，預(yù)測鹽底深度；其次判斷確認標(biāo)志層白云巖段；再次結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料、鄰井資料預(yù)測鹽底巖性組合模式，對巖性進行準(zhǔn)確的識別；最后結(jié)合碳酸鹽巖分析、元素錄井分析綜合判斷鹽底位置。鹽底最具代表性的巖性為高鉆時的褐色泥巖，因此要特別關(guān)注鉆時的變化情況。發(fā)現(xiàn)高鉆時后要及時落實巖性是否為鹽底泥巖，能否準(zhǔn)確識別鹽底泥巖是卡層成功與否的關(guān)鍵。

3 庫車坳陷鹽底卡層技術(shù)

3.1 關(guān)鍵層位常規(guī)錄井方法識別

3.1.1 區(qū)域性標(biāo)志層白云巖(灰?guī)r)層識別

根據(jù)研究區(qū)實鉆資料分析認為，鹽底上部地層從上到下主要可以分為三段：膏鹽巖段、白云巖段以及膏泥巖段。其中白云巖段是區(qū)域性標(biāo)志層，一般為厚層狀灰色、深灰色白云巖，厚度一般為6～10 m，其巖性特殊、分布廣泛、厚度穩(wěn)定，可主要依據(jù)碳酸鹽巖含量分析識別白云巖。

3.1.2 鹽間和鹽底泥巖層識別

對膏鹽巖底部中完層位的卡取，主要是以一套褐色泥巖為標(biāo)志，準(zhǔn)確判斷分辨鹽底和鹽間的褐色泥巖是鹽底卡層的重點?，F(xiàn)場在鹽底卡層過程中一般通過以下3方面來識別鹽底泥巖。

(1)泥巖層巖屑特征:庫姆格列木群的鹽巖間泥巖/含鹽泥巖均為褐色，性軟-較硬，吸水性、可塑性好-中等，巖屑呈塊狀、厚塊狀、團塊狀；在鉆進過程中一般表現(xiàn)為低鉆時、低鉆壓；而膏巖鹽層底部褐色泥巖，形成于庫姆格列木群沉積早期的一次大范圍的湖進，此段褐色泥巖性脆硬，吸水性、可塑性差，巖屑呈碎片狀或略微卷曲條狀，相對鹽間泥巖塊小、薄，與鹽巖間泥巖差異性明顯(圖2)。

圖2 研究區(qū)鹽巖底和鹽巖間泥巖巖屑特征

(2)工程參數(shù)特征:現(xiàn)場工程參數(shù)可在第一時間反映井下情況。在鉆進中，鹽底泥巖與鹽間泥巖/含鹽泥巖鉆井工程參數(shù)相比較，前者鉆壓、鉆時大于后者，而扭矩小于后者。在鹽底卡層恒定鉆壓鉆進中，當(dāng)鉆遇鹽底泥巖時，一般都表現(xiàn)為鉆時和鉆壓同時升高、扭矩降低的趨勢。

(3)碳酸鹽含量特征:通過區(qū)塊內(nèi)多口井的鹽底泥巖碳酸鹽含量統(tǒng)計，鹽底泥巖碳酸鹽含量為13%～30%，一般都能達到15%或更高，平均為20%左右；鹽間泥巖碳酸鹽含量為3%～12%，平均為8%左右。兩者碳酸鹽含量差異明顯。

3.2 元素錄井技術(shù)巖性識別

卡準(zhǔn)膏鹽巖層底界深度的關(guān)鍵是識別高鉆時泥巖是否為鹽底泥巖。但是由于鉆頭技術(shù)的進步，鹽底泥巖高鉆時不明顯并且鹽間也有可能出現(xiàn)高鉆時褐色泥巖，這使得依靠經(jīng)驗和簡單光學(xué)儀器的常規(guī)卡層方法卡層難度加大。采用XRF元素錄井技術(shù)，通過檢測17種元素來識別巖性，用微量元素(Sr、Zr)及特征元素(Mg、Cl)來識別卡取層位，降低人為主觀因素的影響，提高鹽底卡層的準(zhǔn)確率[8-9]。通過對大北、克深地區(qū)21口井的XRF數(shù)據(jù)分析，結(jié)合研究區(qū)的巖性特征，總結(jié)出適合該區(qū)塊的元素錄井鹽底卡層規(guī)律。

3.2.1 區(qū)域性標(biāo)志層白云巖(灰?guī)r)層識別

鉆遇區(qū)域標(biāo)志層白云巖，地層中的元素(Sr、Zr)含量出現(xiàn)異常高值變化，這一異常高值的出現(xiàn)預(yù)示著接近鹽底。利用這一特征可以對卡層起到預(yù)警作用。

3.2.2 鹽間和鹽底泥巖層識別

通過元素錄井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計分析，不同層位泥巖Mg、Cl元素含量出現(xiàn)差異，鹽間泥巖和鹽底泥巖Mg、Cl元素含量明顯不同，鹽底泥巖Mg元素含量明顯高于鹽間泥巖、Cl元素含量明顯低于鹽間泥巖。據(jù)此可有效區(qū)分鹽間泥巖和鹽底泥巖。

4 鹽底卡層技術(shù)應(yīng)用實例

KS 2-2-20井為KS 2井區(qū)的一口開發(fā)井，構(gòu)造位置位于KS 2井區(qū)西部邊緣鼻狀構(gòu)造，設(shè)計鹽底井深為6 680 m。鄰井主要有KS 2-1-14、KS 2-2-18等井，由于鄰近鉆井較多，可控性較好，在地震剖面上，鹽底地震同相軸追蹤性良好。

4.1 KS 2井區(qū)鹽底巖性組合特征

本次統(tǒng)計了KS 209井、KS 208井、KS 207井等KS 2井區(qū)內(nèi)多口井的實鉆數(shù)據(jù)，建立了東西向、南北向兩條地層剖面進行分析對比發(fā)現(xiàn)，在縱向上KS 2井區(qū)鹽底巖性組合為：泥巖+石膏+灰質(zhì)/云質(zhì)泥巖+膏夾白云巖+鹽巖+泥巖，在厚度上有所差異。

通過對多口井白云巖下部鹽巖的統(tǒng)計可知，研究區(qū)內(nèi)白云巖下部鹽巖的厚度變化較大，部分區(qū)域不存在鹽巖，KS 2井區(qū)膏泥巖段鹽巖的分布為以KS 2-1-6井-KS 206井-KS 2-2-8井-KS 2-2-12井為界，界線以東不存在鹽巖，以西發(fā)育鹽巖，且厚度變化大。整體而言，KS 2井區(qū)鹽底巖性組合特征總體穩(wěn)定，但存在局部差異，主要表現(xiàn)在白云巖下部是否存在鹽巖，石膏巖在南北兩翼厚度較大。KS 2-2-20井位于KS 2井區(qū)以西，鄰井KS 2-1-14井、KS 2-2-18井白云巖之下存在鹽巖，故判斷本井為有鹽模式。

4.2 鹽底卡層過程

根據(jù)上文分析的鹽底巖性組合模式，提出了以下鹽底卡層原則：根據(jù)實鉆和區(qū)域?qū)Ρ惹闆r，預(yù)測中完井深，結(jié)合鹽底巖性組合特征，若鉆穿白云巖下部鹽巖后，見到高鉆時片狀泥巖建議中完，若不符合則建議采取小鉆頭試探性鉆揭下部地層。

首先，進行地層對比，KS 2-2-20井最近的兩口鄰井KS 2-1-14井、KS 2-2-18井白云巖之下的石膏厚度分別為8 m、4 m，并分別存在厚度為25 m、3 m的鹽巖。由此推測本井白云巖的下部可能存在4～8 m的石膏巖，并且存在鹽巖的可能性極大，卡層時應(yīng)優(yōu)先考慮按照有鹽模式進行操作，現(xiàn)場經(jīng)過精細地層對比預(yù)測認為，將在井深6 665 m左右鉆遇白云巖，鹽底深度在6 680 m左右。

在卡層鉆進過程中，巖屑返至井深6 664 m時，顏色及巖性都發(fā)生明顯變化，由白色石膏變?yōu)榛疑自茙r，現(xiàn)場根據(jù)巖屑形狀及碳酸鹽分析，明確了白云巖深度為6 664～6 671 m。在鉆穿白云巖之后，又依次返出了石膏巖和灰色泥巖，并且在6 678 m鉆遇快鉆時，返出的巖屑也為鹽巖，至此區(qū)域上的鹽底巖性組合特征已基本全部呈現(xiàn)，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，在6 678 m開始的這套快鉆時地層即鹽巖層鉆完后，將會鉆遇鹽底泥巖。鉆進至6 682 m時，微鉆時和鉆壓都呈現(xiàn)上升趨勢，由此判斷鹽巖已經(jīng)鉆穿，確定了白云巖下鹽巖深度為6 678～6 682 m，井底已經(jīng)鉆遇高鉆時泥巖，鹽下高鉆時泥巖起始深度為6 683 m(圖3)，鉆至6 686 m后，停鉆循環(huán)落實巖性，判斷高鉆時泥巖是否為底板泥巖、是否可以中完。

圖3 鹽底鉆進時微鉆時與鉆壓情況

現(xiàn)場卡層中對底板泥巖巖屑分析過程如下：(1)本井所鉆地層白云巖段附近的巖性組合與區(qū)域巖性組合特征吻合，符合鹽底的巖性組合特征；(2)鉆井參數(shù)特征表現(xiàn)為(微)鉆時明顯升高、鉆壓增大，與區(qū)域上的底板泥巖鉆進參數(shù)特征類似；(3)高鉆時泥巖共鉆揭3 m，返出了灰色泥巖和褐色泥巖，巖屑性脆硬，吸水性、可塑性差，呈碎片狀或略微卷曲條狀，巖塊小而薄，符合區(qū)域上的底板泥巖特征(圖2a)；(4)對返出巖屑進行碳酸鹽含量分析，碳酸鹽含量≥15%，符合區(qū)域底板泥巖的碳酸鹽特征(圖4)；(5)Sr、Zr在白云巖附近出現(xiàn)異常相對高值，預(yù)示著接近鹽底，對6 682 m之后返出的巖屑挑樣后進行元素錄井分析(圖5)，元素錄井

圖4 鹽底高鉆時泥巖碳酸鹽含量分析

圖5 鹽底卡層時元素錄井分析

特征表現(xiàn)為Mg含量相對升高，由0.7%左右上升到5%左右，Cl含量明顯下降，由60%左右下降到0.4%左右，符合區(qū)域上底板泥巖的元素錄井特征(Mg含量>4%，Cl含量<1%)。

通過以上各項數(shù)據(jù)的綜合判斷，認為本井已經(jīng)鉆揭底板泥巖，遂決定中完，在五開鉆進后僅3 m就鉆遇了粉砂巖，進一步驗證了本次鹽底卡層的準(zhǔn)確性。

5 庫車坳陷庫姆格列木群鹽底卡層經(jīng)驗總結(jié)

5.1 做好精細鄰井對比

地層對比是現(xiàn)場卡層工作中十分重要的工作之一，庫車山前由于地形地貌以山為主，構(gòu)造十分復(fù)雜，在沖積扇遍布區(qū)域的沉積特征和模式下，地層層序整體未變，但在膏鹽層的蠕動作用加上南北向的地形差等條件下，地層小層上也發(fā)生了巨大變化。根據(jù)庫車山前以往的實鉆卡層經(jīng)驗，東西向的對比性相對于南北向的地層對比性較強，所以，庫車地區(qū)地質(zhì)卡層過程中利用鄰井資料時，應(yīng)該加強東西向的井位地層對比，這樣才能使地層對比性強，為卡層工作提供堅實的依據(jù)，使卡層的準(zhǔn)確性得到進一步提高。

5.2 熟悉庫車山前各井鹽底組合模式

熟悉設(shè)計、熟悉鄰井資料，是鹽底卡層過程中的重要工作之一[10]?？松顓^(qū)塊東部鹽底無鹽、西部鹽層分布，博孜區(qū)塊鹽底組合模式復(fù)雜，鹽底不發(fā)育鹽層、巖性組合模式規(guī)律不一，鹽底過渡段變化大，大北區(qū)塊鹽底薄鹽層是否對中完有影響等都是在工作中總結(jié)的成功經(jīng)驗。只有熟悉每一口井的鹽底組合模式，做到心中有鄰井，才能實現(xiàn)庫車地區(qū)鹽底卡層精準(zhǔn)有效。

5.3 參考地震資料，宏觀判斷

地震勘探資料可以確定盆地的基本形態(tài)、性質(zhì)、盆地演化歷史、主要斷裂、構(gòu)造特征、地層展布、沉積環(huán)境和相態(tài)分布等信息。后期地震資料解釋進一步確定各種隱蔽的低幅度圈閉、砂體橫向展布、油氣檢測和早期油氣藏描述等方面的工作，為鹽底卡層提供了宏觀上的依據(jù)，同時利用標(biāo)志層的標(biāo)定方法，可以找到標(biāo)志層，對地質(zhì)卡層做地層對比起到輔助作用。庫車山前地震T 8反射(即目的層頂界反射)是鹽底卡層過程中的重要參考手段。

5.4 充分掌握卡層前的“顯示終端”

“顯示終端”是了解井下信息的重要工具，井深、鉆時、微鉆時、扭矩、鉆壓等工程參數(shù)都體現(xiàn)在終端上，鹽底卡層過程中，一個細微的參數(shù)變化都可能反映井下巖性的變化、壓力的變化。這樣就要求在整個卡層的過程中把現(xiàn)場的所有鉆井參數(shù)都熟記于心，在卡層的重要節(jié)點，仔細觀察參數(shù)的變化，對鹽底卡層大有裨益。所以，熟記井下的各項參數(shù)，據(jù)此可以從細節(jié)上做好鹽底卡層工作。尤其要盯緊“第一參數(shù)”——鉆時(微鉆時)，鉆時是現(xiàn)場鹽底卡層過程中的重要參數(shù)，現(xiàn)場卡層鉆時是實時參數(shù)，不同于巖屑返出的延時性，它的準(zhǔn)確性可以給卡層過程的地層判斷提供有力依據(jù)，為了把庫車地區(qū)地質(zhì)卡層做到精細化，現(xiàn)場也把整米鉆時進行了細化，做到10 cm的鉆時實時監(jiān)測，在山前鹽底卡層過程中起到了很大的作用。鹽巖的鉆時快，底板鉆時慢，從微鉆時上就能得以體現(xiàn)。所以，做好微鉆時的記錄，仔細分析鉆時、鉆壓、扭矩等關(guān)鍵參數(shù)，綜合判斷進行地質(zhì)循環(huán)，才能把庫車山前鹽底卡層做到百分百的精準(zhǔn)率。

5.5 提高對“褐色”的敏感度

底板泥巖是庫車地區(qū)的一個通俗叫法，底板泥巖的顏色為褐色。通過近幾年鉆探，對底板泥巖也有了新的認識，克拉蘇構(gòu)造庫車地區(qū)的底板泥巖為標(biāo)準(zhǔn)的褐色片狀泥巖，博孜區(qū)塊的底板泥巖以褐色泥巖、含膏泥巖等為主，大北區(qū)塊類似于博孜，在現(xiàn)場鹽底卡層過程中，顏色的變化必須加強關(guān)注，尤其是褐色泥巖的出現(xiàn)。以往發(fā)生過褐色泥巖的鉆時很快，被誤認為庫姆格列木群中泥巖段泥巖的情況，所以，褐色泥巖是否為底板泥巖，要綜合判斷，鉆時參考性為首要因素?？傊?，要對“褐色”提高百分百的敏感度。

6 結(jié) 論

(1)庫車坳陷庫姆格列木群鹽底存在多種巖性組合，整體可分為有鹽模式和無鹽模式，進一步可分為一套白云巖+有鹽模式、一套白云巖+無鹽模式、多套白云巖+有鹽模式、多套白云巖+無鹽模式、無鹽模式以及鹽刺穿模式共6種巖性組合模式。

(2)鹽底卡層時，主要需要對關(guān)鍵巖性進行識別，以區(qū)域性標(biāo)志層白云巖段以及高鉆時褐色泥巖為主。同時還要結(jié)合工程參數(shù)中的鉆時和扭矩、碳酸鹽含量，元素錄井中的Mg和Cl等元素的變化趨勢來綜合判斷鹽底中完位置，通過多口井的運用，這一綜合技術(shù)組合準(zhǔn)確性高，能夠精準(zhǔn)卡層。

(3)合理運用元素錄井能夠比較準(zhǔn)確地幫助現(xiàn)場對鹽底泥巖進行判斷，值得推廣和運用。巖屑的挑樣對元素錄井的影響巨大，對巖屑的初步識別及挑選是開展元素錄井的關(guān)鍵。綜合運用常規(guī)地質(zhì)卡層、測井、地震以及區(qū)域地質(zhì)等資料，對不同井開展綜合分析，才能更加準(zhǔn)確地卡層。