陳 程， 譚昌軍， 王愛(ài)軍， 譚建國(guó)， 汪 洋， 洪 毅， 汪 力， 許露露， 謝 通， 黃 圣

(1.湖北省地質(zhì)局 第七地質(zhì)大隊(duì)，湖北 宜昌 443100； 2.湖北省地質(zhì)局，湖北 武漢 430022； 3.湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北 武漢 430034)

2012年，原國(guó)土資源部首次完成中國(guó)頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)價(jià)，初步估算湖北省頁(yè)巖氣地質(zhì)資源量為9.48萬(wàn)億m3，在全國(guó)排名第五，表明湖北省頁(yè)巖氣資源勘探潛力巨大[1-2]。鑒于此，近年來(lái)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局、湖北省自然資源廳、湖北省地質(zhì)局等單位在湖北省開(kāi)展了大量的頁(yè)巖氣地質(zhì)調(diào)查與研究工作[3-9]。

鄂西地區(qū)由老到新共發(fā)育五套黑色巖系，分別是下震旦統(tǒng)陡山沱組、下寒武統(tǒng)牛蹄塘組、上奧陶統(tǒng)—下志留統(tǒng)龍馬溪組、上二疊統(tǒng)大隆組和下侏羅統(tǒng)桐竹園組[2]，其中上二疊統(tǒng)大隆組為鄂恩地2井的勘探目的層[9]。鄂恩地2井為了準(zhǔn)確解析地層巖石資料及儲(chǔ)藏油氣含量，在鉆井過(guò)程中進(jìn)行全孔取芯，在井口安裝井控裝置，同時(shí)對(duì)全井進(jìn)行測(cè)井、氣測(cè)錄井、現(xiàn)場(chǎng)解析作業(yè)。氣測(cè)錄井技術(shù)在油氣井勘探中已被廣泛應(yīng)用，但在小口徑鉆探井施工中應(yīng)用較少，關(guān)鍵問(wèn)題在于鉆機(jī)結(jié)構(gòu)和鉆探方式與常規(guī)的油氣開(kāi)發(fā)井區(qū)別較大，安裝標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同，只能在現(xiàn)場(chǎng)施工中進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)。本文以鄂恩地2井為例，簡(jiǎn)要介紹氣測(cè)錄井施工的原理、操作步驟、解釋原則及氣測(cè)錄井施工過(guò)程中遇到的問(wèn)題和解決辦法，分析在施工過(guò)程中影響氣測(cè)錄井?dāng)?shù)據(jù)準(zhǔn)確性和錄井曲線(xiàn)連續(xù)性的主要因素，探索氣測(cè)錄井在小口徑頁(yè)巖氣地質(zhì)調(diào)查井中的應(yīng)用方法及效果。

1 鉆井概況

為了解恩施地區(qū)二疊系大隆組的頁(yè)巖氣含氣性，“湖北恩施市—巴東南部地區(qū)二疊系頁(yè)巖氣有利區(qū)調(diào)查及目標(biāo)優(yōu)選”項(xiàng)目在花果坪復(fù)向斜帶白楊坪向斜中段西翼實(shí)施了一口地質(zhì)調(diào)查井——鄂恩地2井。該井位于恩施市陽(yáng)鵲壩村，開(kāi)孔層位為下三疊統(tǒng)嘉陵江組二段中下部，完鉆層位為上二疊統(tǒng)下窯組，井深1 268.5 m。根據(jù)鉆井地質(zhì)要求，該井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為四開(kāi)，采用鉆井能力超過(guò)1 200 m的XY-6巖芯鉆機(jī)，配備了防噴器、壓井管匯等井控設(shè)備。

2 氣測(cè)錄井方法

2.1 氣測(cè)錄井原理

氣相色譜儀以氣體作為流動(dòng)相(載氣)，當(dāng)樣品通過(guò)注射器注入或樣品泵導(dǎo)入定量管(進(jìn)樣器)后，被載氣攜帶進(jìn)入色譜柱。因樣品各組分在流動(dòng)相(氣相)和固定相(液相)間的溶解系數(shù)存在微小差異，需在載氣沖洗下于兩相之間作反復(fù)多次溶解、揮發(fā)、分配并逐步分離，然后用接在柱后的檢測(cè)器將各組分檢測(cè)出來(lái)。

本次氣測(cè)錄井采用SK-3Q04氫焰色譜儀，該色譜儀是以氣相色譜原理制作的儀器，可在線(xiàn)取得泥漿脫氣器脫出的天然氣樣品經(jīng)色譜柱分離和檢測(cè)器檢測(cè)得到的定量數(shù)據(jù)。

2.2 傳感器的安裝

根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)情況，一共安裝了4套傳感器，主要安裝在鉆機(jī)、泥漿池、沉淀池等處。其中，脫氣器、電導(dǎo)率傳感器、硫化氫傳感器安裝在沉淀池處，液位儀傳感器安裝在泥漿池處(圖1-a)，絞車(chē)傳感器安裝在鉆機(jī)立軸處(圖1-b)。

圖1 傳感器和脫氣器的安裝位置Fig.1 Installation position of sensor and degasser

以往施工的一口鉆井出現(xiàn)過(guò)井深測(cè)量誤差較大的問(wèn)題，究其原因，發(fā)現(xiàn)是由于連接水龍頭和滑輪之間的鋼絲繩與水平線(xiàn)平行，隨著水龍頭下行，連接水龍頭和滑輪之間的鋼絲繩與水平線(xiàn)成一定的夾角，造成實(shí)際井深與錄井儀測(cè)量的井深存在較大誤差。因此該井改進(jìn)了深度傳感器的安裝方式，在垂直水龍頭的連接板處安裝一個(gè)滑輪，鋼絲繩從水龍頭處垂直穿過(guò)連接板處的滑輪，另一頭連接固定在井架橫梁上的絞車(chē)傳感器(圖2)，這樣就減少了水龍頭上下運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的系統(tǒng)偏差。

2.3 錄井儀的操作

完成儀器安裝調(diào)試、干燥劑更換和注樣標(biāo)定后，即開(kāi)始進(jìn)行氣測(cè)錄井。在氣測(cè)錄井過(guò)程中每2—3天對(duì)儀器色譜進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)注樣標(biāo)定[10]，及時(shí)檢查儀器測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，每天檢查干燥劑并及時(shí)更換。

由于鉆機(jī)不是標(biāo)準(zhǔn)的石油鉆機(jī)，無(wú)法與現(xiàn)有立壓傳感器相匹配，若現(xiàn)場(chǎng)改造，則需要在泥漿泵管匯上開(kāi)孔焊接，增加一個(gè)與立壓傳感器相匹配的接頭。該改造方式對(duì)焊接要求較高，鑒于現(xiàn)場(chǎng)缺乏相應(yīng)的加工改造條件，未對(duì)其進(jìn)行改造。在鉆機(jī)立軸向下運(yùn)行時(shí)，深度增加相應(yīng)進(jìn)尺；立軸向上運(yùn)行時(shí)，深度傳感器回轉(zhuǎn)，錄井人員在錄井操作過(guò)程中監(jiān)視電腦界面，注意氣測(cè)含量、泥漿池進(jìn)出口液面等參數(shù)的變化，有異常變化則記錄相應(yīng)的深度及異常值，及時(shí)告知鉆井人員和地質(zhì)組人員，確保準(zhǔn)確采集數(shù)據(jù)和施工安全。

圖2 深度傳感器改進(jìn)安裝方式示意圖Fig.2 Schematic diagram of improved installation of depth sensors1.底座；2.立軸；3.回轉(zhuǎn)器；4.連接板；5.標(biāo)尺；6.第一滑輪；7.卡盤(pán)；8.水龍頭；9.排出管；10.高壓管；11.鋼絲繩；12.支撐桿；13.固定板；14.第二滑輪；15.第三滑輪；16.負(fù)重塊；17.第一防護(hù)板；18.第一豎板；19.第二軸承座；20.錄井儀；21.第三軸承座；22.固定桿；23.第二防護(hù)板；24.第二豎板。

因此每回次鉆探后，電腦處理器深度值減少了立軸向上運(yùn)行的長(zhǎng)度[10]。在缺少立壓傳感器情況下，每回次開(kāi)鉆前必須核對(duì)實(shí)際進(jìn)尺，人工調(diào)整深度。

在氣測(cè)錄井施工過(guò)程中，錄井人員每1—2天通過(guò)脫氣器口注樣檢驗(yàn)錄井系統(tǒng)的氣密性和準(zhǔn)確性，使用0.25%的混合樣、1%和99.99%的甲烷純樣進(jìn)行標(biāo)定。全井共鉆進(jìn)45天，開(kāi)展錄井系統(tǒng)氣密性檢驗(yàn)20余次。全井每鉆進(jìn)100 m計(jì)算一次遲到時(shí)間，見(jiàn)氣顯示層段加密至每50 m計(jì)算，保證了錄井資料的相對(duì)準(zhǔn)確性和可靠性[11]。鉆遇氣層后，待靜止12 h以后測(cè)量后效氣值。

3 氣測(cè)錄井結(jié)果與分析

鄂恩地2井設(shè)計(jì)井深1 200 m，完鉆井深1 268.5 m，終孔口徑76 mm，錄井施工累計(jì)開(kāi)機(jī)45天。

3.1 氣測(cè)異常解釋原則

鄂恩地2井為小口徑地質(zhì)調(diào)查井，目的層鉆進(jìn)直徑為76 mm，巖石破碎面積小，氣測(cè)值偏低[12]。未鉆遇頁(yè)巖氣層時(shí)，該井全烴氣測(cè)值主要保持在0.01%～0.05%之間，烴組分C1氣測(cè)值在0.01%～0.05%范圍內(nèi)，結(jié)合小口徑地質(zhì)調(diào)查井鉆孔氣測(cè)異常顯示情況及全烴、烴組分氣測(cè)值的變化范圍和持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短，以基值濃度的3～5倍以上確定為氣測(cè)異常顯示[11-16]。

圖3 鄂恩地2井氣測(cè)異常曲線(xiàn)圖Fig.3 Gas logging anomaly curve of Well Eendi-2

3.2 氣測(cè)異常顯示記錄

氣測(cè)錄井過(guò)程中發(fā)現(xiàn)氣測(cè)異常顯示3條，分別為：

(1) 5月10日01:32，井深1 035 m處，全烴氣測(cè)值由基值0.02%上升至1.19%，C1氣測(cè)值由基值0.02%上升至1.04%。

(2) 5月15日16:55，井深1 120 m處，全烴氣測(cè)值由基值0.30%上升至0.80%，C1氣測(cè)值由基值0.30%上升至0.80%。

(3) 5月18日07:55，井深1 216 m處，全烴氣測(cè)值由基值1.10%上升至5.84%，C1氣測(cè)值由基值0.90%上升至4.39%。

3.3 氣測(cè)異常顯示分析

從15 m至井底進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，查看巖芯中是否有氣體溢出。烴組分室內(nèi)測(cè)定項(xiàng)目包括全烴、烴組分(C1、C2、C3、iC4、nC4、iC5、nC5)、非烴組分(CO2、H2S)(圖3)。

鄂恩地2井進(jìn)行氣測(cè)錄井共發(fā)現(xiàn)油氣異常顯示3層共113.80 m。第一段為1 035.00～1 075.80 m，厚40.80 m，巖性為大冶組深灰色含炭質(zhì)泥灰?guī)r、灰色含泥質(zhì)灰?guī)r夾灰黑色含炭鈣質(zhì)泥巖，全烴由0.02%上升至4.40%，C1由0.02%上升至4.26%，C2由0.001%上升至0.006%，C3由0上升至0.001%。第二段為1 120.00～1 152.00 m，厚32.00 m，巖性為大冶組灰黑色含鈣炭質(zhì)泥巖、深灰色泥質(zhì)灰?guī)r、淺灰色微晶灰?guī)r，全烴由0.40%上升至2.3%，C1由0.30%上升至1.74%，C2由0.001%上升至0.03%，C3由0上升至0.001%。第三段為1 216.00～1 257.00 m，厚41.00 m，巖性為大隆組深灰色泥質(zhì)灰?guī)r、灰黑色含炭硅質(zhì)泥巖、黑色炭質(zhì)泥巖，全烴由1.1%上升至12.1%，C1由1.0%上升至11.7%，C2由0.002%上升至0.23%，C3由0.001%上升至0.004%。

3.4 氣測(cè)錄井影響因素分析

(1) 脫氣器安裝位置的影響。鉆井液脫氣器安裝在沉淀池處，距離循環(huán)溝出口30～50 cm，該段距離未封閉，有一部分氣體會(huì)因此散失，從而造成氣測(cè)值偏小。

(2) 鉆進(jìn)不連續(xù)性的影響。頁(yè)巖氣地質(zhì)調(diào)查井一般采用繩索取芯施工，施工過(guò)程中需要停鉆、取芯，導(dǎo)致鉆進(jìn)無(wú)法連續(xù)[12]，且由于輔助時(shí)間較長(zhǎng)，每回次鉆進(jìn)開(kāi)始時(shí)發(fā)現(xiàn)后效氣測(cè)值較高。

(3) 遲到時(shí)間測(cè)量不準(zhǔn)確。由于小口徑鉆探環(huán)空間隙很小，而且井口有液體返出，采用示蹤劑的方式無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)到時(shí)間，只能通過(guò)理論遲到時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方式推算遲到時(shí)間。

(4) 深度計(jì)量有誤差。由于沒(méi)有立壓傳感器，每回次鉆完需要人工矯正，深度計(jì)量有誤差。

4 結(jié)論

(1) 小口徑頁(yè)巖氣地質(zhì)調(diào)查井的氣測(cè)錄井工作應(yīng)盡可能按照規(guī)范內(nèi)容進(jìn)行操作，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法達(dá)到規(guī)范要求時(shí)應(yīng)咨詢(xún)專(zhuān)業(yè)人員，并在確保安全的前提下盡可能多安裝傳感器，采集更多的數(shù)據(jù)。鄂西屬于較濕潤(rùn)地區(qū)，錄井操作員要勤檢干燥劑并及時(shí)更換，要按時(shí)對(duì)氣密性進(jìn)行標(biāo)定并校正氣測(cè)值的準(zhǔn)確性，要在每回次鉆探后與機(jī)臺(tái)核實(shí)鉆進(jìn)深度并在錄井儀操作版面上調(diào)整錄井深度，要盡快研究與立軸傳感器配套的裝置。

(2) 鄂恩地2井終孔深度為1 268.5 m，氣測(cè)錄井共發(fā)現(xiàn)油氣異常顯示3層共113.80 m，鉆進(jìn)過(guò)程中全烴峰值最高為12.1%；遲到時(shí)間測(cè)量9次，后效測(cè)量3次；監(jiān)測(cè)沒(méi)有硫化氫氣體。

(3) 鉆井能夠取出完整巖芯，逸散出的氣體主要是游離氣，且泥漿出口處無(wú)法封閉，部分氣體在進(jìn)脫氣器之前已散失，氣測(cè)值對(duì)比巖屑鉆進(jìn)會(huì)偏小。針對(duì)鉆進(jìn)中停鉆、取芯對(duì)數(shù)據(jù)連續(xù)性和準(zhǔn)確性帶來(lái)的影響，錄井工作人員要結(jié)合泥漿泵停泵開(kāi)泵時(shí)間、測(cè)算的遲到時(shí)間計(jì)算出對(duì)應(yīng)深度的氣測(cè)值。