新型技術(shù)在石油地質(zhì)勘探中應用

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【摘要】為探究新型技術(shù)在石油地質(zhì)勘探中的應用，論文首先闡述石油地質(zhì)勘探過程主要分為調(diào)查階段和探測階段，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)評價、測井、鉆井這3個流程，分析出X射線成像技術(shù)、可視化井眼跟蹤地質(zhì)導向技術(shù)、光纖矢量水聽器技術(shù)和套管技術(shù)的具體應用，為其他技術(shù)人員提供可借鑒的經(jīng)驗。

【關(guān)鍵詞】地質(zhì)勘探；石油；測井鉆井；應用

1引言

如今，人們對油氣資源的需求量逐年遞增，只有加大石油開發(fā)力度，提高油量預測精準度，才可以提高石油開發(fā)效率，利用技術(shù)優(yōu)勢，為后續(xù)施工作好鋪墊?；诖?，文章結(jié)合可視化技術(shù)，利用光纖矢量水聽器，做好測井工作，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)勘探和石油開采工作，為施工人員提供幫助。

2石油地質(zhì)勘探過程

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)，預測石油含量和產(chǎn)出能力，在整個地質(zhì)勘探過程中，主要分為兩個階段，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)合地球化學探測調(diào)查法，了解地質(zhì)概況，初步查明儲油條件、地質(zhì)構(gòu)造單元、大體構(gòu)造輪廓、含油遠景，分析巖相厚度變化特征，在判定石油有利聚集地區(qū)之后，進行詳細調(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)，對前期的預測進行驗證，探明油藏邊界，進一步開辟生產(chǎn)試驗區(qū)，算準儲量。主要勘探方法為地質(zhì)法、地球化學法、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，我國大力推進石油開采技術(shù)創(chuàng)新，尤其是巖性地層油氣勘探理論，取得重大進展，已經(jīng)形成多學科協(xié)同研究綜合體系，例如，在當前石油勘探技術(shù)領(lǐng)域，已經(jīng)可以常態(tài)化運用數(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)。在測井工作中，已經(jīng)熟練運用計算機理論、電子科學技術(shù)、核磁共振測井技術(shù)，在鉆井過程中，熟練利用久平衡鉆井技術(shù)，防止泄漏和卡鉆問題，在多個學科和領(lǐng)域獲得良好成就。

3.2新型技術(shù)

為提高石油勘探精準度和開采的安全性，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)合計算機仿真技術(shù)，通過地下成像，利用盆地模擬、油藏模擬、含油氣系統(tǒng)模擬等多種方法，對地質(zhì)層石油形成、運移和聚集進行深入研究，實現(xiàn)工程設(shè)計、力學研究、數(shù)據(jù)組織等方面的質(zhì)的飛躍。從2020年以來，膨脹套管技術(shù)在石油地質(zhì)勘探中的應用越來越廣泛，例如，殼牌科技研究公司已經(jīng)證實利用該技術(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，當前石油地質(zhì)勘探中，利用四維檢測方法，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，堅持陸地和海洋兩條路徑協(xié)同發(fā)展，以此滿足石油勘探需要。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)勘探的精準性和安全性，實用性更強。

4石油地質(zhì)勘探工作中新技術(shù)的應用

4.1地質(zhì)評價方面：利用X射線分析石油儲存物性

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)方法來回答基礎(chǔ)地質(zhì)問題，如油氣性質(zhì)和有機質(zhì)耦合關(guān)系、巖石層物理條件、巖石礦物成分、地質(zhì)可動性等，以此對地質(zhì)進行快速評價，解決油氣散失性、頁巖非均質(zhì)性等技術(shù)難題。因此在現(xiàn)場決策部署之前，應該結(jié)合探井現(xiàn)場實驗[2]，重點關(guān)注地質(zhì)儲集性、脆性礦物含量、含油性熱演化程度等指標，本文以頁巖油開采為例，在開采之前，為保證含油性評價更為真實準確，應該對本次施工項目進行細化評價，主要分為以下幾個方面，如表1所示。在樣品取樣流程中，首先應該解剖巖心，冷凍后48h切出1/3，利用伽瑪能譜掃描，剩余2/3再切出1cm的小條，切好后巖心送回樣品處理間，利用X射線熒光元素掃描，測試判斷巖心出筒后是否有大量氣泡產(chǎn)生，以此來判別頁巖油氣性質(zhì)，對于新鮮的巖心，通過逸散氣收集法，得出輕烴和氣組分，對于非冷凍樣品可以利用XRF元素掃描之后，進行孔隙度分析，做好洗油實驗之后得出滲透率。對于冷凍的巖心，可以先利用三維定量熒光，對溶液和殘渣進行分解，其中溶液利用色譜質(zhì)譜分析，殘渣利用熱解法分析，通過游離烴、吸附烴等定量分析方式，得出XRD礦物質(zhì)，獲取頁巖含油量、成熟度、有機碳等不同庫存狀態(tài)，以此快速測定沉積環(huán)境，為今后的石油開采和判別提供科學依據(jù)。之后利用三維定量熒光分析技術(shù)，快速測定頁巖含油性[3]。由于石油在紫外光照射下出現(xiàn)熒光反應，并且在照射之后光立即消失，因此，該種性質(zhì)可以應用于石油勘探中，快速判斷巖石中是否含有石油，分析頁巖中石油化學結(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)光顏色隨時因組分而改變，并且濃度越高，發(fā)光越強，因此可以利用石油這一性質(zhì)，促進地質(zhì)勘探工作高效進行。技術(shù)人員利用計算機收集掃描數(shù)據(jù)，利用三維定量熒光錄井技術(shù)對頁巖游離油進行快速評價，一般選用非極性溶劑，萃取頁巖游離油烴，萃取時間大于等于24h，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，同時也可以利用頁巖熱解分析技術(shù)，在熱解過程中含有已經(jīng)生成的油，分析含油飽和指數(shù)，可以得出頁巖油量可動性參數(shù)，根據(jù)樣品烴損失率，判定頁巖滯留烴流動性，一般來講，二者呈現(xiàn)正比例關(guān)系，即損失率越高，流動性越好。

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

在測井過程中，應該對井點軌跡進行計算，通過實鉆軌跡斜測計算方法，利用可視化井眼跟蹤地質(zhì)導向技術(shù)，在石油地質(zhì)勘探過程中，可以精確掃描算法，保證測算達到預定目標，預測井眼軌跡和靶間的位置，該種可視化技術(shù)可以依據(jù)測算數(shù)據(jù)、路徑信息對復雜的地質(zhì)條件進行判別，提高油層有效鉆遇率，達到節(jié)約施工成本的目的。在地質(zhì)勘探現(xiàn)場錄井數(shù)據(jù)中，通過數(shù)據(jù)編輯、導入導出、參數(shù)分析、地層建模等，可以對井眼軌跡的實時動態(tài)進行監(jiān)測，軟件的設(shè)計結(jié)構(gòu)為：①實時數(shù)據(jù)源，LWD/MWD，鉆井儀表，綜合錄井儀。②實時處理導向參數(shù)跟蹤，實時計算參數(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)計軌跡、設(shè)計靶數(shù)據(jù)、地質(zhì)巖性，之后構(gòu)建三維地質(zhì)模型，實時動態(tài)跟蹤預警，根據(jù)三維井眼軌跡，顯示得出軌道設(shè)計結(jié)論，之后輸出成果。在這一過程中，該軟件主要利用氣測參數(shù)、工程參數(shù)、電阻率等技術(shù)，結(jié)合應用慣性趨勢法，判斷實時軌跡吻合情況，完整顯示井眼軌跡，做出現(xiàn)實指示圖，通過該種掃描，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)進行掃描，如果出現(xiàn)碰撞，及時發(fā)出警報。同時也可以搭建光纖矢量水聽器，利用相關(guān)相譜，驗證流速，測量油氣水混合流動特性[4]，從而獲取更加精準的石油產(chǎn)量，該種技術(shù)測量敏銳度較高，方向性更好，可測帶寬，如今已經(jīng)成為水下石油探測的重要儀器設(shè)備。通過電學測井技術(shù)、成像測井技術(shù)、套管測井技術(shù)、隨鉆測井技術(shù)、聲波測井技術(shù)，對水油氣3項混合進行動態(tài)監(jiān)測，測定氣相液相流量之后，對石油和水進行分離，利用流體密度、持氣率和流量這3項指標，獲得更準確的測量效果。矢量水聽器可以分為加速 度型、位移型和質(zhì)點振動速度型，測量時每個傳感器測得聲壓，通過聲壓梯度和加速度矢量之間的關(guān)系，測量振動頻度。本文以同頻式矢量水聽器為例，其原理為：通過筒狀結(jié)構(gòu)，在正方體結(jié)構(gòu)質(zhì)量塊上，固定纏繞彈性圓筒，通過膠粘等方式確保6個面圓筒兩兩相對，大小均等。當存在聲波作用時，剛性球反復震動，從而拉伸光纖，光纖相位發(fā)生變化，最終解調(diào)出待測信號。傳感光纖產(chǎn)品規(guī)格如表2所示。

4.3鉆井方面：做好套管試壓，避免泄漏問題

在鉆井階段，使用隨鉆連續(xù)監(jiān)測井斜和方位，做好中靶預測，取全、取準數(shù)據(jù)，確保井眼軌跡在設(shè)計范圍內(nèi)，做好套管試壓，避免泄漏問題，文章以雙靶大斜度定向井為例，使用的螺桿為1.25°單扶螺桿定向復合鉆進，在定向段過程中，防粘卡，勤活動鉆具，控制井斜狗腿不超標，復合時及時調(diào)整井斜方位達到設(shè)計靶點＜10m要求，直井穩(wěn)斜段長施工中，結(jié)合實際的地層漂移情況，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。在下套管時，應該注意到以下幾點：①依據(jù)SY/T5412—2016《下套管作業(yè)規(guī)程》，入井套管要認真丈量登記，工程、地質(zhì)兩套記錄必須對口。②要認真檢查套管接箍和管體表面，凡凹陷、刻痕超過名義壁厚25%者不能入井，認真清洗檢查套管絲扣，使用符合標準的套管通經(jīng)內(nèi)徑，套管上鉆臺應在大門方向加擋繩，在提升套管時要謹慎操作，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用密封脂。④按入井編號順序入井，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時的最大返速。⑤及時灌滿鉆井液，每下20根套管灌1次鉆井液，每次必須灌滿套管，下完套管后灌滿鉆井液，再接水泥頭，盡快建立循環(huán)，處理鉆井液，下套管過程中，井隊要派專人觀察井口鉆井液返出情況，若發(fā)現(xiàn)溢流、井涌等復雜情況，立即采取相應井控措施。在井眼軌跡控制階段，一開井段時，按規(guī)定測斜，根據(jù)測斜結(jié)果及時采取糾斜措施，保證井身質(zhì)量，一開采用傳統(tǒng)的塔式鉆具鉆至井深305m下表層套管封固流沙層，鉆具組合為：φ393.7mm鉆頭+φ203.2mm無磁鉆鋌1根+φ203.2mm鉆鋌2根+φ177.8mm鉆鋌6根+φ127mm鉆桿。在二開井段（301～2424m）時利用φ216mm鉆頭（PDC）+φ172mm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＋φ127mm無磁承壓×1根+φ127mm加重×20根+φ127mm斜坡+下旋塞下鉆控制下放速度，遇阻應起鉆通井，避免劃出新眼。在鉆具下鉆過程中，嚴禁劃眼和懸空處理鉆井液，堅持使用泵濾清器，彎殼體連續(xù)造斜鉆進不應超過200m，應進行短期下鉆，修正井眼和清潔巖屑床。鉆井液中應按設(shè)計加入潤滑劑，嚴格使用四級凈化裝置，并堅持使用離心分離機，鉆井液排量滿足設(shè)計要求，以改善鉆具與井壁的接觸狀態(tài)，降低泥餅摩擦系數(shù)，提高鉆井液的攜巖能力。若井下情況復雜，需要進行通井和劃眼時，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，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，還應該做好泥包卡鉆的預防[5]。第一，適時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性。第二，鉆井中發(fā)現(xiàn)泵壓下降1MPa，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)鉆時減慢、蹩鉆，泵壓升高、上提鉆具連續(xù)阻卡，立即停止鉆進。在處理鉆井液、降低粘度、改善流動性的同時，高轉(zhuǎn)速甩動和上下大幅度流動鉆具，適當提高循環(huán)排量。第四，泥包起鉆使用低檔車，環(huán)空灌不進鉆進液時，每起鉆一柱，向鉆桿內(nèi)灌滿鉆井液一次。

5結(jié)語

綜上所述，要想加大石油開發(fā)力度，相關(guān)技術(shù)人員必須提高石油勘探精準度，運用一套完整的規(guī)范流程和技術(shù)方法，去回答基礎(chǔ)地質(zhì)問題，使用可視化技術(shù)，依據(jù)測算數(shù)據(jù)、錄井信息對復雜的地質(zhì)條件進行判別，提高油層有效鉆遇率，做好中靶預測，取全、取準數(shù)據(jù)，確保井眼軌跡在設(shè)計范圍內(nèi)，做好套管試壓，避免泄漏問題。

【參考文獻】

【1】巫克勤,賈剛衛(wèi),田斌斌,等.石油地質(zhì)勘探技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展策略探析———評《油氣地質(zhì)與勘探概論》[J].新疆地質(zhì),2021,39(01):172.

【2】康志勤,趙陽升,楊棟,等.油頁巖原位注蒸汽開采油氣中試與多模式原位熱采技術(shù)的適用性分析[J].石油學報,2021,42(11):1458-1468.

【3】李偉,楊鵬波,黃子艦,等.多種錄井技術(shù)在彭陽區(qū)塊特殊油氣藏評價中的綜合應用[J].錄井工程,2021,32(04):79-83.

【4】丁力,郝純,吳宇兵,等.微生物油氣檢測技術(shù)在準噶爾盆地油氣勘探中應用[J].中國石油勘探,2021,26(03):136-146.

【5】王永濤,楊戰(zhàn)軍,王學慧,等.時頻電磁多屬性圖像融合預測油氣技術(shù)及應用[J].物探與化探,2020,44(05):1221-1225.

作者:李岳 單位:中海艾普油氣測試（天津）有限公司