李岳

【摘 ?要】為探究新型技術(shù)在石油地質(zhì)勘探中的應(yīng)用，論文首先闡述石油地質(zhì)勘探過(guò)程主要分為調(diào)查階段和探測(cè)階段，根據(jù)地面調(diào)查結(jié)果判斷油藏保存條件，最終利用鉆探方式，探明油藏邊界。之后從地質(zhì)評(píng)價(jià)、測(cè)井、鉆井這3個(gè)流程，分析出X射線(xiàn)成像技術(shù)、可視化井眼跟蹤地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)、光纖矢量水聽(tīng)器技術(shù)和套管技術(shù)的具體應(yīng)用，為其他技術(shù)人員提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

【Abstract】In order to explore the application of new technology in petroleum geological exploration， this paper firstly expounds that the petroleum geological exploration process can be divided into investigation stage and exploration stage. According to the surface investigation results， the reservoir preservation conditions can be judged， and finally the reservoir boundary can be proved by using drilling method. After that， from the three processes of geological evaluation， logging and drilling， the specific applications of X-ray imaging technology， visualization borehole tracking geo-steering technology， fiber optic vector hydrophone technology and casing technology are analyzed， which can provide reference experience for other technical personnel.

【關(guān)鍵詞】地質(zhì)勘探;石油;測(cè)井鉆井;應(yīng)用

【Keywords】geological exploration; petroleum; logging and drilling; application

【中圖分類(lèi)號(hào)】P618.13 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?   【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2022）02-0184-03

1 引言

如今，人們對(duì)油氣資源的需求量逐年遞增，只有加大石油開(kāi)發(fā)力度，提高油量預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度，才可以提高石油開(kāi)發(fā)效率，利用技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為后續(xù)施工作好鋪墊?；诖?，文章結(jié)合可視化技術(shù)，利用光纖矢量水聽(tīng)器，做好測(cè)井工作，判斷油源位置和油源方向，之后使用錄井技術(shù)和鉆井技術(shù)，完成地質(zhì)勘探和石油開(kāi)采工作，為施工人員提供幫助。

2 石油地質(zhì)勘探過(guò)程

從本質(zhì)上講，石油勘探就是指利用所有現(xiàn)行科技手段，探究地下地質(zhì)狀況，查明油氣資源分布情況，確定石油資源集聚的有利地區(qū)，預(yù)測(cè)石油含量和產(chǎn)出能力，在整個(gè)地質(zhì)勘探過(guò)程中，主要分為兩個(gè)階段，分別為：

第一，調(diào)查階段。技術(shù)人員根據(jù)地面地質(zhì)調(diào)查情況，結(jié)合地球化學(xué)探測(cè)調(diào)查法，了解地質(zhì)概況，初步查明儲(chǔ)油條件、地質(zhì)構(gòu)造單元、大體構(gòu)造輪廓、含油遠(yuǎn)景，分析巖相厚度變化特征，在判定石油有利聚集地區(qū)之后，進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，研究組成構(gòu)造帶的地層剖面，分析石油埋藏深度，根據(jù)油藏保存條件，查明該地質(zhì)條件下的水氣油概況。

第二，勘探階段。主要利用鉆井探井技術(shù)，對(duì)前期的預(yù)測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證，探明油藏邊界，進(jìn)一步開(kāi)辟生產(chǎn)試驗(yàn)區(qū)，算準(zhǔn)儲(chǔ)量。主要勘探方法為地質(zhì)法、地球化學(xué)法、地球物理法和鉆探法[1]。

3 石油地質(zhì)勘探技術(shù)

3.1 現(xiàn)行技術(shù)

多年來(lái)，我國(guó)大力推進(jìn)石油開(kāi)采技術(shù)創(chuàng)新，尤其是巖性地層油氣勘探理論，取得重大進(jìn)展，已經(jīng)形成多學(xué)科協(xié)同研究綜合體系，例如，在當(dāng)前石油勘探技術(shù)領(lǐng)域，已經(jīng)可以常態(tài)化運(yùn)用數(shù)字地震技術(shù)、反射地震技術(shù)、三維地震技術(shù)、深度成像技術(shù)、隨鉆地震成像技術(shù)、多分量地震勘探技術(shù)等多種物探技術(shù)。在測(cè)井工作中，已經(jīng)熟練運(yùn)用計(jì)算機(jī)理論、電子科學(xué)技術(shù)、核磁共振測(cè)井技術(shù)，在鉆井過(guò)程中，熟練利用久平衡鉆井技術(shù)，防止泄漏和卡鉆問(wèn)題，在多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域獲得良好成就。

3.2 新型技術(shù)

為提高石油勘探精準(zhǔn)度和開(kāi)采的安全性，研究人員加大科技創(chuàng)新力度，做好重大關(guān)鍵勘探技術(shù)展望，創(chuàng)新石油地質(zhì)勘探路徑，例如，利用三維地震模擬方法，結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，通過(guò)地下成像，利用盆地模擬、油藏模擬、含油氣系統(tǒng)模擬等多種方法，對(duì)地質(zhì)層石油形成、運(yùn)移和聚集進(jìn)行深入研究，實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)、力學(xué)研究、數(shù)據(jù)組織等方面的質(zhì)的飛躍。從2020年以來(lái)，膨脹套管技術(shù)在石油地質(zhì)勘探中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，例如，殼牌科技研究公司已經(jīng)證實(shí)利用該技術(shù)可以突破深度井下作業(yè)限制，并且如今已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大型油氣田鉆井勘探中，如大慶油田和勝利油田。此外，當(dāng)前石油地質(zhì)勘探中，利用四維檢測(cè)方法，在繼續(xù)做好成熟配套技術(shù)的基礎(chǔ)上，逐步向一體化勘探邁進(jìn)，堅(jiān)持陸地和海洋兩條路徑協(xié)同發(fā)展，以此滿(mǎn)足石油勘探需要。以上提到的新型技術(shù)發(fā)展前景廣闊，具有極大的商業(yè)潛力，可以提高地質(zhì)勘探的精準(zhǔn)性和安全性，實(shí)用性更強(qiáng)。

4 石油地質(zhì)勘探工作中新技術(shù)的應(yīng)用

4.1 地質(zhì)評(píng)價(jià)方面：利用X射線(xiàn)分析石油儲(chǔ)存物性

在石油勘探之前，技術(shù)人員需要一套完整的規(guī)范流程和技術(shù)方法來(lái)回答基礎(chǔ)地質(zhì)問(wèn)題，如油氣性質(zhì)和有機(jī)質(zhì)耦合關(guān)系、巖石層物理?xiàng)l件、巖石礦物成分、地質(zhì)可動(dòng)性等，以此對(duì)地質(zhì)進(jìn)行快速評(píng)價(jià)，解決油氣散失性、頁(yè)巖非均質(zhì)性等技術(shù)難題。因此在現(xiàn)場(chǎng)決策部署之前，應(yīng)該結(jié)合探井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)[2]，重點(diǎn)關(guān)注地質(zhì)儲(chǔ)集性、脆性礦物含量、含油性熱演化程度等指標(biāo)，本文以頁(yè)巖油開(kāi)采為例，在開(kāi)采之前，為保證含油性評(píng)價(jià)更為真實(shí)準(zhǔn)確，應(yīng)該對(duì)本次施工項(xiàng)目進(jìn)行細(xì)化評(píng)價(jià)，主要分為以下幾個(gè)方面，如表1所示。

表1 ?頁(yè)巖油開(kāi)采地質(zhì)評(píng)價(jià)

在樣品取樣流程中，首先應(yīng)該解剖巖心，冷凍后48 h切出1/3，利用伽瑪能譜掃描，剩余2/3再切出1 cm的小條，切好后巖心送回樣品處理間，利用X射線(xiàn)熒光元素掃描，測(cè)試判斷巖心出筒后是否有大量氣泡產(chǎn)生，以此來(lái)判別頁(yè)巖油氣性質(zhì)，對(duì)于新鮮的巖心，通過(guò)逸散氣收集法，得出輕烴和氣組分，對(duì)于非冷凍樣品可以利用XRF元素掃描之后，進(jìn)行孔隙度分析，做好洗油實(shí)驗(yàn)之后得出滲透率。對(duì)于冷凍的巖心，可以先利用三維定量熒光，對(duì)溶液和殘?jiān)M(jìn)行分解，其中溶液利用色譜質(zhì)譜分析，殘?jiān)脽峤夥ǚ治?，通過(guò)游離烴、吸附烴等定量分析方式，得出XRD礦物質(zhì)，獲取頁(yè)巖含油量、成熟度、有機(jī)碳等不同庫(kù)存狀態(tài)，以此快速測(cè)定沉積環(huán)境，為今后的石油開(kāi)采和判別提供科學(xué)依據(jù)。

之后利用三維定量熒光分析技術(shù)，快速測(cè)定頁(yè)巖含油性[3]。由于石油在紫外光照射下出現(xiàn)熒光反應(yīng)，并且在照射之后光立即消失，因此，該種性質(zhì)可以應(yīng)用于石油勘探中，快速判斷巖石中是否含有石油，分析頁(yè)巖中石油化學(xué)結(jié)構(gòu)。由于石油中本身存在不飽和烴，該種物質(zhì)衍生物會(huì)發(fā)出熒光，分子量越大，熒光色越深，呈現(xiàn)棕褐色、褐色和黃色，發(fā)光顏色隨時(shí)因組分而改變，并且濃度越高，發(fā)光越強(qiáng)，因此可以利用石油這一性質(zhì)，促進(jìn)地質(zhì)勘探工作高效進(jìn)行。技術(shù)人員利用計(jì)算機(jī)收集掃描數(shù)據(jù)，利用三維定量熒光錄井技術(shù)對(duì)頁(yè)巖游離油進(jìn)行快速評(píng)價(jià)，一般選用非極性溶劑，萃取頁(yè)巖游離油烴，萃取時(shí)間大于等于24 h，并且根據(jù)熱解分析結(jié)果和三維定量熒光分析結(jié)果，得出含油性趨勢(shì)，同時(shí)也可以利用頁(yè)巖熱解分析技術(shù)，在熱解過(guò)程中含有已經(jīng)生成的油，分析含油飽和指數(shù)，可以得出頁(yè)巖油量可動(dòng)性參數(shù)，根據(jù)樣品烴損失率，判定頁(yè)巖滯留烴流動(dòng)性，一般來(lái)講，二者呈現(xiàn)正比例關(guān)系，即損失率越高，流動(dòng)性越好。

4.2 測(cè)井方面：利用可視化井眼跟蹤地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，做好地質(zhì)建模

在測(cè)井過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)井點(diǎn)軌跡進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)實(shí)鉆軌跡斜測(cè)計(jì)算方法，利用可視化井眼跟蹤地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，在石油地質(zhì)勘探過(guò)程中，可以精確掃描算法，保證測(cè)算達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，預(yù)測(cè)井眼軌跡和靶間的位置，該種可視化技術(shù)可以依據(jù)測(cè)算數(shù)據(jù)、路徑信息對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)條件進(jìn)行判別，提高油層有效鉆遇率，達(dá)到節(jié)約施工成本的目的。在地質(zhì)勘探現(xiàn)場(chǎng)錄井?dāng)?shù)據(jù)中，通過(guò)數(shù)據(jù)編輯、導(dǎo)入導(dǎo)出、參數(shù)分析、地層建模等，可以對(duì)井眼軌跡的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，軟件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為：

①實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源，LWD/MWD，鉆井儀表，綜合錄井儀。

②實(shí)時(shí)處理導(dǎo)向參數(shù)跟蹤，實(shí)時(shí)計(jì)算參數(shù)成像，調(diào)用井眼軌跡處理、巖性跟蹤。

③建模數(shù)據(jù)源，主要包括設(shè)計(jì)軌跡、設(shè)計(jì)靶數(shù)據(jù)、地質(zhì)巖性，之后構(gòu)建三維地質(zhì)模型，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤預(yù)警，根據(jù)三維井眼軌跡，顯示得出軌道設(shè)計(jì)結(jié)論，之后輸出成果。

在這一過(guò)程中，該軟件主要利用氣測(cè)參數(shù)、工程參數(shù)、電阻率等技術(shù)，結(jié)合應(yīng)用慣性趨勢(shì)法，判斷實(shí)時(shí)軌跡吻合情況，完整顯示井眼軌跡，做出現(xiàn)實(shí)指示圖，通過(guò)該種掃描，幫助鉆井操作人員獲取最新信息，防止碰撞產(chǎn)生，也可以與鄰井狀態(tài)進(jìn)行掃描，如果出現(xiàn)碰撞，及時(shí)發(fā)出警報(bào)。

同時(shí)也可以搭建光纖矢量水聽(tīng)器，利用相關(guān)相譜，驗(yàn)證流速，測(cè)量油氣水混合流動(dòng)特性[4]，從而獲取更加精準(zhǔn)的石油產(chǎn)量，該種技術(shù)測(cè)量敏銳度較高，方向性更好，可測(cè)帶寬，如今已經(jīng)成為水下石油探測(cè)的重要儀器設(shè)備。通過(guò)電學(xué)測(cè)井技術(shù)、成像測(cè)井技術(shù)、套管測(cè)井技術(shù)、隨鉆測(cè)井技術(shù)、聲波測(cè)井技術(shù)，對(duì)水油氣3項(xiàng)混合進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，測(cè)定氣相液相流量之后，對(duì)石油和水進(jìn)行分離，利用流體密度、持氣率和流量這3項(xiàng)指標(biāo)，獲得更準(zhǔn)確的測(cè)量效果。矢量水聽(tīng)器可以分為加速度型、位移型和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度型，測(cè)量時(shí)每個(gè)傳感器測(cè)得聲壓，通過(guò)聲壓梯度和加速度矢量之間的關(guān)系，測(cè)量振動(dòng)頻度。本文以同頻式矢量水聽(tīng)器為例，其原理為：通過(guò)筒狀結(jié)構(gòu)，在正方體結(jié)構(gòu)質(zhì)量塊上，固定纏繞彈性圓筒，通過(guò)膠粘等方式確保6個(gè)面圓筒兩兩相對(duì)，大小均等。當(dāng)存在聲波作用時(shí)，剛性球反復(fù)震動(dòng)，從而拉伸光纖，光纖相位發(fā)生變化，最終解調(diào)出待測(cè)信號(hào)。傳感光纖產(chǎn)品規(guī)格如表2所示。

表2 ?傳感光纖產(chǎn)品規(guī)格

4.3 鉆井方面：做好套管試壓，避免泄漏問(wèn)題

在鉆井階段，使用隨鉆連續(xù)監(jiān)測(cè)井斜和方位，做好中靶預(yù)測(cè)，取全、取準(zhǔn)數(shù)據(jù)，確保井眼軌跡在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，做好套管試壓，避免泄漏問(wèn)題，文章以雙靶大斜度定向井為例，使用的螺桿為1.25°單扶螺桿定向復(fù)合鉆進(jìn)，在定向段過(guò)程中，防粘卡，勤活動(dòng)鉆具，控制井斜狗腿不超標(biāo)，復(fù)合時(shí)及時(shí)調(diào)整井斜方位達(dá)到設(shè)計(jì)靶點(diǎn)<10 m要求，直井穩(wěn)斜段長(zhǎng)施工中，結(jié)合實(shí)際的地層漂移情況，優(yōu)化鉆具組合，調(diào)整井斜方位，保證中靶，從而快速、優(yōu)質(zhì)地完成施工任務(wù)。在下套管時(shí)，應(yīng)該注意到以下幾點(diǎn)：

①依據(jù)SY/T 5412—2016《下套管作業(yè)規(guī)程》，入井套管要認(rèn)真丈量登記，工程、地質(zhì)兩套記錄必須對(duì)口。

②要認(rèn)真檢查套管接箍和管體表面，凡凹陷、刻痕超過(guò)名義壁厚25%者不能入井，認(rèn)真清洗檢查套管絲扣，使用符合標(biāo)準(zhǔn)的套管通經(jīng)內(nèi)徑，套管上鉆臺(tái)應(yīng)在大門(mén)方向加擋繩，在提升套管時(shí)要謹(jǐn)慎操作，防止碰壞套管。

③浮箍與套管螺紋使用鎖固膠連接，套管螺紋絲扣使用專(zhuān)用密封脂。

④按入井編號(hào)順序入井，下套管必須按規(guī)定扭矩上扣，控制下套管的速度，使其環(huán)空鉆井液的返速不大于鉆進(jìn)時(shí)的最大返速。

⑤及時(shí)灌滿(mǎn)鉆井液，每下20根套管灌1次鉆井液，每次必須灌滿(mǎn)套管，下完套管后灌滿(mǎn)鉆井液，再接水泥頭，盡快建立循環(huán)，處理鉆井液，下套管過(guò)程中，井隊(duì)要派專(zhuān)人觀察井口鉆井液返出情況，若發(fā)現(xiàn)溢流、井涌等復(fù)雜情況，立即采取相應(yīng)井控措施。

在井眼軌跡控制階段，一開(kāi)井段時(shí)，按規(guī)定測(cè)斜，根據(jù)測(cè)斜結(jié)果及時(shí)采取糾斜措施，保證井身質(zhì)量，一開(kāi)采用傳統(tǒng)的塔式鉆具鉆至井深305 m下表層套管封固流沙層，鉆具組合為：？準(zhǔn)393.7 mm鉆頭+？準(zhǔn)203.2 mm無(wú)磁鉆鋌1根+？準(zhǔn)203.2 mm鉆鋌2根+？準(zhǔn)177.8 mm鉆鋌6根+？準(zhǔn)127 mm鉆桿。在二開(kāi)井段（301～2 424 m）時(shí)利用？準(zhǔn)216 mm鉆頭（PDC）+？準(zhǔn)172 mm單彎螺桿（1.25°）×1根+411×410回壓凡爾+411×411雙公接頭+410×410定向接頭+？準(zhǔn)127 mm無(wú)磁承壓×1根+？準(zhǔn)127 mm加重×20根+？準(zhǔn)127 mm斜坡+下旋塞下鉆控制下放速度，遇阻應(yīng)起鉆通井，避免劃出新眼。在鉆具下鉆過(guò)程中，嚴(yán)禁劃眼和懸空處理鉆井液，堅(jiān)持使用泵濾清器，彎殼體連續(xù)造斜鉆進(jìn)不應(yīng)超過(guò)200 m，應(yīng)進(jìn)行短期下鉆，修正井眼和清潔巖屑床。鉆井液中應(yīng)按設(shè)計(jì)加入潤(rùn)滑劑，嚴(yán)格使用四級(jí)凈化裝置，并堅(jiān)持使用離心分離機(jī)，鉆井液排量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，以改善鉆具與井壁的接觸狀態(tài)，降低泥餅?zāi)Σ料禂?shù)，提高鉆井液的攜巖能力。若井下情況復(fù)雜，需要進(jìn)行通井和劃眼時(shí)，原則上采用上一趟鉆具結(jié)構(gòu)，如因?qū)嶋H情況必須改變鉆具結(jié)構(gòu)時(shí)，該鉆具組合的剛性必須小于上趟鉆的剛性，且有倒劃眼能力。

此外，還應(yīng)該做好泥包卡鉆的預(yù)防[5]。第一，適時(shí)使用聚合物控制造漿，降低固相含量，使鉆井液具有良好的流動(dòng)性。第二，鉆井中發(fā)現(xiàn)泵壓下降1 MPa，停鉆查找地面原因。地面查不出原因，起鉆檢查鉆具。第三，鉆井中發(fā)現(xiàn)鉆時(shí)減慢、蹩鉆，泵壓升高、上提鉆具連續(xù)阻卡，立即停止鉆進(jìn)。在處理鉆井液、降低粘度、改善流動(dòng)性的同時(shí)，高轉(zhuǎn)速甩動(dòng)和上下大幅度流動(dòng)鉆具，適當(dāng)提高循環(huán)排量。第四，泥包起鉆使用低檔車(chē)，環(huán)空灌不進(jìn)鉆進(jìn)液時(shí)，每起鉆一柱，向鉆桿內(nèi)灌滿(mǎn)鉆井液一次。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，要想加大石油開(kāi)發(fā)力度，相關(guān)技術(shù)人員必須提高石油勘探精準(zhǔn)度，運(yùn)用一套完整的規(guī)范流程和技術(shù)方法，去回答基礎(chǔ)地質(zhì)問(wèn)題，使用可視化技術(shù)，依據(jù)測(cè)算數(shù)據(jù)、錄井信息對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)條件進(jìn)行判別，提高油層有效鉆遇率，做好中靶預(yù)測(cè)，取全、取準(zhǔn)數(shù)據(jù)，確保井眼軌跡在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，做好套管試壓，避免泄漏問(wèn)題。

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