鲁迈拉地层岩性认识及钻井地质潜在风险分析

李山昌

(大庆钻探工程公司录井一公司，黑龙江大庆163411)

鲁迈拉地层岩性认识及钻井地质潜在风险分析

李山昌*

(大庆钻探工程公司录井一公司，黑龙江大庆163411)

伊拉克鲁迈拉油田油气储量丰富，随着近几年来的不断勘探和开发，钻井技术不断取得新的进展，录井技术也不断积累新的经验。但由于鲁迈拉油田特殊的地层和岩性特点，在钻井过程中，经常发生较复杂施工情况。根据已钻井实物资料，通过镜下观察等手段和方法，依据标准对所钻井的岩性进行识别，并对不同地层岩性特点进行归纳和总结，对特殊地层及岩性给钻井施工带来的潜在风险进行分析，将对今后在该地区的钻井施工、地质录井等工作都具有重要意义。

鲁迈拉油田；岩性识别方法；地层岩性特征；钻井地质潜在风险分析

伊拉克鲁迈拉项目自启动以来，截至目前已经成功钻井42口。但由于伊拉克鲁迈拉地区特殊的地质构造及岩性特征，在钻井施工过程中多次遇到了不同程度的井漏、井斜偏大、井内含硫水溢出等复杂施工情况，给钻井工程带来了不利影响和损失，也给施工人员和设备的安全带来隐患。因此，在第一口生产井R-504井顺利完钻，又相继完成42口井生产任务后，根据实际录井过程中对岩性的不断认识，对鲁迈拉油田不同地层岩性特征进行总结，并依据实钻资料对不同地层和岩性特点所带来的潜在钻井地质风险进行探讨和分析，对今后在该地区的钻井施工、地质录井等工作都具有指导性意义。

1 伊拉克鲁迈拉油田简介

鲁迈拉油田位于伊拉克南部城市巴士拉以西50km，其储量位居世界第6，是一个超巨型油田。油田分南鲁迈拉油田和北鲁迈拉油田，油田面积1800km2。南鲁迈拉油田探明储量为19.6×108t，北鲁迈拉油田探明储量为11.2×108t，含油储层主要分布在Mishrif地层（高点海拔-2140m）和Zubair地层（高点海拔-3020～-3040m）。

2 岩性的识别方法

现场对岩性的认识主要通过把钻井过程中返出的岩屑仔细清洗后，用不同目数规格的分选筛分选出代表实钻地层深度的岩屑，然后通过在显微镜下仔细观察，依照标准对地层岩性进行识别和鉴定，以达到认识地层岩性的目的。

2.1 双目显微镜的选择

双目显微镜是岩性鉴定识别的关键性设备，显微镜的性能直接影响到岩性认识的准确程度，经过我们在现场反复地对比试验及筛选，我们发现Leica EZ4D型显微镜的性能完全能够达到现场对岩屑鉴定识别的要求（图1）。

（1）该型显微镜目镜:10X 20mm 16X15mm，变倍比4.4∶1，放大倍率8～35X（使用10X目镜），提供的图像质量、颜色和细节保真度高，非常适合对岩屑的微观结构进行观察。

（2）其独特的长寿命LED多种反射光照明系统，具有照射角度可选，方便多角度观察岩屑样品，其反射、透射光强可调，可对岩屑成分的透明度进行透彻观察（图2）。

（3）显微镜的物镜可调范围大，便于较大岩屑样品的清晰观察。

（4）其内置一款300W像素CMOS摄像头，可通过数据线与电脑相连，可直接在电脑上对岩屑的显微结构进行观察，通过Leica专用软件对所观察到的图像进行拍摄、测量和存储。

2.2 岩性的识别

目前，现场主要是依据相关标准，从岩石类型、颜色、硬度、粒度、分选性、磨圆性、胶结特征、孔隙度、含有物、结晶度及油气显示等方面，对岩屑岩性进行鉴定识别。确定岩性的物性参数必须在显微镜下进行，为了使在镜下观察到的物性参数不受显微镜放大倍数的变化而受到影响，比如：在镜下显微镜放大倍数的增大岩屑的颗粒直径也随之增大。所以我们必须选用一种标准图版，在显微镜下用它和地层岩屑进行对比观察，以消除放大倍数变化对物性参数的影响，在实际工作中我们选用了美国石油学会的碎屑岩粒度、圆度、分选、百分比图版及颜色卡，以保证在显微镜下观察到的岩屑各项物性参数准确、标准和统一。

图1 Leica EZ4D型显微镜

图2 LED多种反射光照明系统

（1）颜色：用美国石油学会的颜色卡来确定，把颜色卡放在显微镜下与岩屑进行对比观察，从而确定岩屑的颜色。

（2）硬度：用硬度探针来确定岩屑的硬度，一般可分为以下几种：极软、软、较硬、中硬、硬、极硬。

（3）粒度：把标准粒度图版放在显微镜下与岩屑进行对比，以确定岩石骨架颗粒的粒度大小，用于对比观察的粒度图板见图3。

（4）圆度：把图4放在显微镜下与岩屑进行对比，以确定岩屑颗粒的圆度级别。一般可以分以下几种：尖棱角状、棱角状、次棱角状、次圆状、圆状、极圆状。

（5）分选：把图版四放在显微镜下与岩屑进行对比，可以确定岩屑颗粒的分选级别。一般可分为以下级别：分选极差、分选差、分选中等、分选好、分选极好。

（6）岩屑百分含量：依据百分比含量图（图4）可以确定岩屑的百分含量。

图3 岩屑粒度图版

图4 岩屑圆度、分选、百分比图版

（7）孔隙度：结合镜下观察，并根据岩屑颗粒的分选性、磨圆度及胶结物充填情况、岩屑孔洞缝隙的发育情况，来确定孔隙度的级别，一般可分为：极差、差、中等、好和极好。

（8）胶结物：一般根据岩石的硬度及滴酸的反应情况来确定胶结物类型，常见有以下几种胶结类型：泥质胶结、钙质胶结、铁质胶结和硅质胶结。

（9）含有物：在特殊地层往往含有指示性矿物及含有物，在镜下通过仔细观察可以见到。一般常见的含有物有：黄铁矿、海绿石、云母、碳屑、沥青以及生物化石碎片等。

（10）结晶度：对于石灰岩（CaCO3含量90%～100%）白云质石灰岩（CaCO3含量50%～90%）石灰质白云岩（CaCO3含量10%～50%）白云岩（CaCO3含量＜10%）等碳酸盐，还要根据组成岩屑颗粒的晶体大小对结晶程度进行识别和鉴定，结晶度一般可分为：结晶好、结晶中等、粗粒结晶、隐晶等。

通过以上手段和方法，可以对所钻遇的地层岩性进行准确的定名和鉴定识别。

3 鲁迈拉地层岩性认识及钻井地质潜在风险分析

通过地震及实钻资料证实，鲁迈拉油田地层岩性结构较为复杂，例如Dammam地层岩性包含白云岩、裂缝性石灰岩，容易诱发钻井液循环漏失；而Tayarat层组存在含硫水地层，Shiranish地层由泥灰岩组成，泥质含量高，在这类地层钻进中经常发生钻头泥包问题，进而导致钻速降低等不利情况发生，并且地层岩性软硬程度频繁交错，局部含硫化铁矿物，给井身质量及井斜控制都带来了不同程度的困难。因此，地层岩性因素对整个鲁迈拉钻井施工的影响很大，根据实钻资料，进一步加深对该地区地层岩性的认识，及时对各地层岩性特征进行归纳总结，对不同地层岩性对钻井地质造成的潜在风险进行分析和提示，对该地区的钻井施工和地质录井都具有重要指导意义。

以下按地层顺序，对该地区地层岩性特征及钻井地质潜在风险进行总结和探讨分析：

Dibdiba层组（晚中新统—上新统）：该层组岩性为杂色砂砾岩夹灰白色泥岩、砂质灰岩薄层，砂砾岩分选性差，成岩性差，较松散，磨圆程度差，鲁迈拉油田内平均厚度大约为235m。潜在钻井地质风险：Dibdiba层组存在疏松的砂砾岩层，钻井施工中易引起井壁坍塌剥落，进而影响到井眼的稳定性和套管水泥环的整体性能。

Lower Fars层组（中中新统）：该层组岩性主要包括石膏、砂质石灰岩、泥灰岩。泥灰岩性软，具可塑性，石膏呈半透明，性较软，砂质灰岩呈绿灰色，中等硬度，压实、结晶程度好。该层组底部有重油显示，局部地层岩屑含硫化铁矿物。潜在钻井地质风险：由于Lower Faris层组的泥灰岩可塑性强，容易造成缩径，引起卡钻。局部含硫化铁矿物可能对钻头磨损较严重，钻井施工中应注意预防钻头掉牙轮等工程事故发生。

Ghar层组（中中新统）：该层组自南向北方向延伸，岩性逐渐由砂砾岩转变为砂质石灰岩，砂砾岩杂色，易碎，分选差，磨圆程度较差，夹浅褐色砂质石灰岩，可钻性强，结晶差。潜在钻井地质风险：由于疏松的砂砾岩层夹薄层砂质石灰岩，施工中井壁易坍塌剥落造成卡钻事故。

Dammam层组（早—晚期始新统）：该层组岩性以浅黄棕色白云岩为主，顶部为致密黑灰色石灰岩，中下部白云岩及石灰岩裂缝及孔洞极其发育。潜在钻井地质风险：该层组由于裂缝性、孔洞性白云岩及石灰岩十分发育，在该层组钻进时易发生严重钻井液漏失事故。

Rus层组（始新统）：该层组岩性为厚层的白色硬石膏与浅黄色白云岩互层，为孔隙和裂缝较发育的地层。潜在钻井地质风险：Rus层组由于硬石膏层和白云岩层呈互层，两者硬度差别大，钻进过程中如果钻压不稳，极易造成井斜偏大，进而严重影响井身质量。

UMM ER-RAD地层（古新世—早始新统）：该层组岩性主要包括浅黄色、浅褐色白云岩，与白色硬石膏互层，局部含硫化铁矿物。潜在钻井地质风险：UMM ERRAD层组为含硫水地层，R-506井在实钻过程中，钻至1235.36m时发生井内有含硫水溢出并伴有H2S气体出现。因此在钻井施工中应注意防止含硫水溢出事故发生，预防随含硫水出现的H2S有毒气体对人员和设备造成的危害，另外，局部所含硫化铁矿物可能对钻头磨损较严重。

Tayarat层组（上白垩统）：该层组岩性主要为浅黄棕色白云岩与白色硬石膏、浅灰色泥灰岩互层，顶部被一薄层黑色泥岩分隔为明显的局部不整合面。潜在钻井地质风险：该层组为含硫水地层，当上部的Dammam地层或下部的Hartha、Tayarat层组本身或下部地层发生循环漏失后，如果钻井液静液柱压力不足以平衡地层压力时，会导致地层中的含硫水发生流动，从而引发H2S溢出事故发生，因此在施工过程中，应严格控制好钻井液密度，确保钻井液柱压力与环空地层压力保持平衡，防止H2S溢出事故发生。

Shiranish地层（中—上白垩统）：该层组岩性上部以浅灰色泥灰岩为主，下部为浅灰色白云岩，该层组是典型的盆地沉积环境。潜在钻井地质风险：由于该层组石灰岩含泥重，岩性塑性大，钻井过程中要防止钻头泥包和井眼缩径给钻井施工带来的不利影响。

Hartha层组（上石炭统—早白垩统）：岩性以碎屑质石灰岩为主，夹多孔性白云岩薄层，局部含硫化铁矿物。潜在钻井地质风险：由于Hartha层组下部白云岩孔隙发育，局部地区下部甚至发育大的裂隙及溶洞型地层，因此在该层组钻进时，极易发生严重的井漏事故。

Sadi层组（早坎帕阶）：该层组岩性主要包括浅灰、黑灰色石灰岩和多孔的石灰岩。潜在钻井地质风险：Sadi层组石灰岩为白垩质、泥质，塑性强，因此在钻井施工过程中，应重点预防因井眼缩径导致的下钻遇阻、卡钻事故发生。

Tannuma层组（科尼亚克阶）：岩性主要为黑灰色页岩和棕灰色层状多孔性的灰泥岩。潜在钻井地质风险：由于页岩性脆容易剥落，钻井施工时容易发生井眼不规则和引发井壁坍塌等问题。

Khasib层组（晚土仑统—科尼亚克阶）：岩性以浅灰色石灰岩（白垩质的和泥质的）为主。潜在钻井地质风险：由于Khasib地层岩性软硬频繁交错，易造成井斜偏大，在钻井施工过程中应注意控制钻井参数以保证井身质量。

Mishrif层组（中—晚森诺曼阶—早土仑统）：Mishrif层组岩性主要为灰色石灰岩，较硬—硬度中等，孔洞裂隙发育，多孔性石灰岩为油气聚集创造了良好的条件。潜在钻井地质风险：Mishrif层组为鲁迈拉油田主要含油层之一，油气显示井段气测显示值较高，因此在起钻前应进行充分的钻井液循环，控制起钻速度，避免起钻过程中发生井喷事故。

Rumaila层组（早—中森诺曼阶）：该层组岩性以浅灰色石灰岩（白垩质的和泥质的）为主，局部夹页岩薄层，平均厚度为100～135m左右。

Ahmadi层组（早森诺曼阶）：岩性顶部为黑灰色页岩，中部为黄棕色灰岩和泥质灰岩，底部为黑灰色页岩与浅灰色泥质灰岩互层。

Mauddud地层（晚阿普特阶—早森诺曼阶）：该层组岩性主要为浅黄棕色石灰岩和灰色泥质石灰岩，下部灰岩含泥重并见较多硫化铁矿物。发现的化石有：小粟虫科、伊拉克石等。

潜在钻井地质风险：由于Rumaila、Ahmadi、Mauddud地层岩性泥质含量高，塑性强，局部发育易剥落的页岩，在钻井施工过程中应预防井眼缩径、井壁坍塌及卡钻等工程事故。

Nahr Umer地层（阿普特阶）：该层组岩性主要为黑灰色页岩、黑棕色砂岩、黑灰色泥质粉砂岩、浅棕色石灰岩不等厚互层。砂岩粒度好，次圆状，分选性、孔隙性好，各别砂岩见好的油气显示，向沉积盆地的中心向处页岩含量不断增加。潜在钻井地质风险：由于Nahr Umer层组泥页岩较发育，如钻井液性能控制不好，易发生地层岩性剥落，导致在钻井施工过程中发生严重遇阻或卡钻等工程事故。

Shuaiba层组（晚阿普特阶—早阿普特阶）：岩性主要为浅黄色、浅褐色白云质石灰岩和泥质石灰岩，其顶部的石灰岩与Nhar Umer层组底部的黑色页岩层区分明显，顶部具明显的局部不整合面。潜在钻井地质风险：由于该层位的破裂压力梯度为0.78～0.8psi/ft，钻入该地层后会可能会发生循环漏失。因此在钻入该层时，应先在井眼内进行渗漏和地层压力试验，避免由于施工过程中钻井液柱压力过大而压漏地层。

Zubair层组（巴列姆阶—阿普特阶）：该层组岩性主要为浅灰、棕色砂岩与棕灰色页岩、灰色泥质粉砂岩呈不等厚互层。砂岩较疏松，硬度中等，分选性和磨圆度均较好，孔渗性好，砂岩层的厚度向西和北西方向变薄。潜在钻井地质风险：由于该层组是鲁迈拉油田的主力产油层之一，其主力油层Main pay层，油气显示好，油气层单层厚度大，录井气测显示值高，地层压力大。因此，在钻开油层后，当钻遇好的油气显示和起钻前，都要进行充分的钻井液循环，以避免由于地层压力过大或起钻速度过快而引起井喷事故发生。

4 结束语

本文结合在该地区施工完钻的R-504井实钻地层及岩性资料，以及其他完钻井实际施工情况，通过采用对岩性进行镜下观察识别等手段和方法，依据标准对实钻地层的岩性进行鉴定识别，对鲁迈拉地区的岩性特征进行了总结，对不同地层和岩性特点给钻井施工带来的潜在风险进行了分析和探讨。概括地总结了该地区地层岩性特征及变化规律，掌握了这些规律，特别是多孔性及裂缝较发育地层的分布规律、地层岩性硬度变化规律、地层含硫水层及含硫化铁矿物等岩性分布规律，便能在今后的钻井施工中通过严密监测和认真分析实钻数据，对潜在钻井地质风险提前做出预测和提示，并针对不同地层岩性特点提前制定相应的钻井施工技术措施，避免发生井下事故，保证钻井施工顺利进行。

[1]徐耀鉴.岩石学[M].地质出版社，2007.

[2]高峰,张书桐,滕玉明,何道勇.PDC钻头条件下录井岩性的识别方法[J].石油地质与工程，2007(01).

[3]冯增昭,赵澄林.沉积岩石学[M].石油工业出版社，1982.

TE21

A

1004-5716(2015)06-0019-04

2014-05-28

李山昌（1966-），男（汉族），黑龙江哈尔滨人，工程师，现从事地质录井工作。