地热钻井中录井及各地层界面的判定方法探讨—以天津市东丽区民和巷DL-81地热井为例

钱洪强，王震凯（天津地热勘查开发设计院，天津300250）



地热钻井中录井及各地层界面的判定方法探讨
—以天津市东丽区民和巷DL-81地热井为例

钱洪强，王震凯
（天津地热勘查开发设计院，天津300250）

摘要：地质录井是地热钻井中的一项重要工作。在地热钻井中，经常由于地质工作不到位，产生工程事故，影响成井进度，造成经济损失。东丽区民和巷DL-81地热井井深3 200 m，自上而下揭露地层比较完整，钻遇了地热钻井中多个较重要的地层界面。本文结合该地热井施工过程，阐述了通过岩屑录井、观察钻时变化、物探测井、记录钻井液漏失等地质录井工作，准确判定地层界面，及时有效地采取相应工序，来防止工程风险，为顺利成井做好地质上的保障工作。本文对天津及周边地区类似地热钻井的施工有一定的实际借鉴意义。

关键词：地热钻井；地质录井；测井；钻井液漏失

钻井是一种隐蔽的地下工程，为了钻至目的层获取需要的资源，就需要钻穿各种地层［1］。地质录井是地热钻井中一项重要的辅助工作［2］。当前地热钻井中有关重要地层界面的判别，主要是依据设计及现场判断，缺乏系统性的整理。如何综合各方面要素，更准确的判别地层界面，是一个技术性难题。本文结合天津市东丽区民和巷地热井工程，论述地热井录井和地层界面的判别方法，以供参考。

表1　研究区周边地层简表①数据来源于：天津市山岭子地热田普查报告，天津地热勘查开发设计院，1990.②改编自田光辉等的天津市基岩地质图.天津地热勘查开发设计院，2007.Tab.1　Geological Stratum Simple List of Research Area

1　研究区区域地质特征及设计要求

研究区所在地属于新生代冲积平原，依据区域及周边地热井的钻探资料，揭露的地层从上到下为：新生界（第四系（Q）和新近系（N））、中生界（Mz）、古生界（石炭-二叠系（C-P）、奥陶系（O）和寒武系（∈））和中新元古界（青白口系（Qb）、蓟县系（Jx））（表1）。设计要求地热井（工程位置见图1）以蓟县系雾迷山组热储层作为开采层位。

图1　研究区基岩地质图②Fig.1 Geological basement map of the research area

2　录井工作

在实际钻井过程中，地层预测与实钻情况总是存在着较大的误差［3］，要卡准地层界面，在录井过程中要做好以下几项工作：

（1）钻时录井

指每钻进单位厚度岩层所用的纯钻进时间，单位为“min/m”。

（2）岩屑录井

通过实测法，大致测量钻井液从井底上返至井口（振动筛）的时间。根据该测量时间捞取岩屑，正常情况下每2 m记录一个时间（与钻时同步），捞取一个砂样，钻遇复杂地层界面需要加密捞取岩屑。

（3）物探测井录井

每回次结束之后进行物探测井，测井分为标准测井和综合测井，其中标准测井的项目有：自然电位、底部梯度电阻率；综合测井的项目有：补偿声波、自然伽马、双感应八（双）侧向测井、井温测井等。

（4）钻井液录井

记录钻井过程中钻至不同地层时钻井液的比重、粘度、PH值、失水量和漏失情况。在判断地层界面时，主要观察钻井液漏失情况。

图2　馆陶组砂砾岩岩样照片Fig.2 Sandstones and conglomerates samples from Guantao

图3　馆陶组钻时曲线特征③钱洪强，王震凯.东丽区民和巷DL-81井完井资料汇总，2016.Fig.3 Characteristics of the Guantao formation drilling-time curve

3　重要地层界面的判别

DL-81井深3200 m，揭露地层较全，本文以其为样本，来探讨天津地热钻井中几个重要地层界面的判别方法。

3.1馆陶组顶部界面的判别

新近系上部地层一般选用铣齿钻头开凿，铣齿钻头适用于低抗压强度，高可钻性的软地层［4］，如常用的川石牌MP2钻头。而馆陶组的主要岩性是砂砾岩（图2）［9］，硬度大且极易磨损钻头，造成缩径，甚至牙轮掉落的事故，因此在进入馆陶组顶部后，应及时更换更耐磨的镶齿钻头打钻，如常用的川石牌ST517G钻头。判断馆陶组顶部界面的方法主要依靠观察岩屑、钻时的变化和打钻时的异常现象。根据岩屑录井（表2）和钻时录井（图3）的分析，本井在钻至1 260 m以后地层含砾石增多，打钻时也显示，1 260 m以后钻进过程中有间歇性跳钻现象，这是地层软硬不均或者钻遇卵石层的现象，因此得出本井馆陶组顶板在1 260～1 270 m左右，在1 290 m时果断起钻，更换了镶齿钻头。

3.2奥陶系顶部界面的判定

奥陶系主要岩性为灰岩［5］，岩溶裂隙发育，为主要的含水层之一［6］。在工程上的风险主要是岩溶造成钻井液液柱压力大于地层压力，引起漏失［7］，由于漏失多为瞬时性［10，11］，如果井内裸眼段长，有不稳定地层（如新近系砂岩和松软泥岩），极易酿成井下事故。

表2　馆陶组顶部岩屑录井描述表③钱洪强，王震凯.东丽区民和巷DL-81井完井资料汇总，2016.Tab.2　Cuttings descriptions list about the top of Guantao formation

判定奥陶系顶板时主要借助于观察岩屑变化和钻井液的漏失情况，结合物探测井结果。本井当时钻至1 660 m时，岩性为石炭-二叠系铝土质泥岩、薄煤层和薄层灰岩，底部特征较为明显［8］，因此笔者组织人员加密捞取岩屑，由原来的每2 m一次变更为1 m一取样，并密切关注钻井液液面变化情况，以达到更准确录井的目的。

钻至1 712.5 m时，已进入纯灰岩18 m（表3），停钻进行了物探测井。通过测井曲线，清楚看到1 689 m左右电阻值异常升高（图4，图中虚线为2.5 m底部梯度电阻率曲线，实线为4.0 m底部梯度电阻率曲线），表明该处岩性变为厚层状灰岩，因此综合判断，奥陶系顶部界面在1 689～1 694 m左右，决定二开完钻，下入技术套管。

表3　奥陶系顶部岩屑录井描述表③钱洪强，王震凯.东丽区民和巷DL-81井完井资料汇总，2016.Tab.3　Cuttings descriptions list about the top of ordovician system

图4　奥陶系顶部视电阻率曲线变化特征③Fig.4 Changing characteristics of apparent resistivity curve about the top of ordovician system

3.3蓟县系雾迷山组顶部界面的判定

雾迷山组是本地热井的目的层，主要岩性为厚层状白云岩。

由于龙山组砂岩和雾迷山组白云岩在物探测井时所表现出来的电阻值相近，且揭露白云岩较少，很难从测井曲线上反映明显差异，因此判定雾迷山组顶部界限主要是采取综合观察岩屑、钻时变化和钻井液的漏失情况而定（表4）。本井在钻至2 930 m时钻遇龙山组砂岩，该砂岩中含有标志矿物海绿石，进行加密捞样操作。在钻至2 984 m时，已钻入白云岩10 m，钻时增大，且观察钻井液液面，出现渗漏现象，说明已进入岩溶层，三开钻进工作结束。

表4　雾迷山组顶部地质录井综合分析表③Tab.4　Geological well logging list about the top of Wumishan formation

4　结论

本文结合地热井的施工，介绍了地热钻井中地层界面的判定方法。

（1）馆陶组顶部可通过钻时和岩屑变化判别，钻至砂砾岩有跳钻现象，钻时增大，应及时更换镶齿钻头。

（2）奥陶系顶部岩溶裂隙发育，有漏失风险，要密切观察岩屑和钻井液液面，综合物探解释，加以判别。

（3）雾迷山组顶部要观察钻时、岩屑变化和钻井液漏失情况，综合判断，要观察标志矿物海绿石。

本文只针对了地层层序完整条件下的施工，但在有些情况下，钻井一旦揭露碳酸盐地层或者导水断层就会引起重大漏失，防不胜防，给工程带来极大风险，这仍然是一个难题。在施工中，一定要做好基础的地质录井工作，扎实有效的工作才是成井的先决条件。

致谢：本文来源于天津地热勘查开发设计院市场项目—东丽区民和巷地热井项目，院下属钻井一公司员工在研究中给与了配合与帮助，笔者表示衷心的感谢。研究过程中得到钻井公司孙玉东、李明强等的热情支持和帮助，笔者在此表示深深的谢意。

参考文献：

1］蒋希文.钻井事故与复杂问题［M］.北京：石油工业出版社.2002，6：1-2.

2］黄佑德，佘明军，郑俊杰，等.标准化在地质录井装备管理中的应用［J］.石油工业技术监督，2010，02：49-50.

3］胡万宏.地层预测与实钻误差横向对比分析在地质录井层位卡取中的应用［J］.录井工程，2009，03：20-24.

4］赵金洲，张桂林.钻井工程技术手册［M］.北京：中国石化出版社.2006，8：360-361.

5］田树信，翟子梅.全国地层多重划分对比研究（12）天津市岩石地层［M］.武汉：中国地质大学出版社，1996，1-2.

6］林建旺，陈瑞军，宗振海，等.天津中南部地区奥陶系地热流体层控性［J］.世界地质，2012，02：433-440.

7］高德利，杨进，张辉.实钻地层特性评估方法的研究［J］.岩石力学与工程学报，1999，01：65-6.

［8］天津市区域地质志［M］.北京：地质出版社，1992：73-78.

［9］JIANG Guosheng，HUANG Xianlong，HU Liangjun，et al. Analysis of geological conditions and thermal reservoir characteristics of Guantao Formation in new coastal region［J］. Global Geology，2013，04：201-206.

［10］D Wei，J Jin，Q He，et al.Fluid Technology for Drilling Horizontal Wells in the High Permeability Carbonate Reservoir of the YD Oilfield［J］.石油钻探技术，2015，03：23-28.

［11］Pan Baozhi，Li Ding，Chen Gang，et al.Numerical simulation of wellbore and formation temperature fields in carbonate formations during drilling and shut-in in the presence of lost circulation［J］.Petroleum Science，2014，02：293-299.

资助项目：天津市东丽区民和巷地热井勘探项目（2013016）

中图分类号：P634

文献标识码：A

文章编号：1672-4135（2016）02-0157-04

收稿日期：2016-03-30

作者简介：钱洪强（1982-），中级工程师，2005年毕业于中国地质大学（北京）水文与水资源专业，长期从事地热地质和地热钻井方面的研究工作，E-mail：hx0704@163.com。

Discussion on the ways to predicate stratum and well logging in well drilling：an example of DL-81 geothermal well in Dongli district Mehe Lane，Tianjin city

QIAN Hong-qiang，WANG Zhen-kai
（Tianjin Institute of Geothermal Expioration and Development Design，Tianjin 300250，China）

Abstract：Well logging is one of the important jobs in geothermal well drilling.During the process of the drilling，ue to geological work not in place，the engineering accidents often take place resulting in economic losses.In he Dongli district Minhe lane，Tianjin city，DL-81 geothermal well depth reaches 3200 m，from top to bottom to xpose the sedimentary formation relative completely，and it drilled through more important geological interface. n this paper，we discus how to make use the ways like penetration time logging，geophysical logging and drilling luid logging etc.to predicate the drilling stratum，prevent the well drilling dangers effectively，and do well on the eological security work smoothly.This paper has the certain actual reference for similar geothermal drilling in Tianjin and the surrounding area.

Key words：well drilling；well logging；geophysical logging；drilling fluid logging