四川盆地ZT地区页岩气井钻时分析及靶体优选

张涵冰 姚亚彬 牛 伟 廖茂杰 郭 宁 郑 儒 何 叶 张连梁

(①中国石油浙江油田公司勘探开发一体化中心；②中国石油集团测井有限公司测井应用研究院；③中国石油西南油气田公司页岩气研究院； ④中国石油集团测井有限公司吐哈分公司；⑤中国石油集团测井有限公司青海分公司)

0 引 言

在页岩气储集层勘探开发过程中，选取储集层品质最优层段作为水平井靶体，利于最大限度动用最优质页岩储量，提高单井产量，同时兼顾页岩可钻性，优选可钻性好的层段还可缩短钻井周期，达到快速建产的目的。杨洪志等[1]针对长宁区块五峰组-龙马溪组页岩气储集层量化页岩气井产能地质主控因素，优化水平井靶体；刘乃震等[2]对威远区块页岩气甜点进行厘定；陈海力等[3]从钻井工程角度思考威远地区页岩气水平井优快钻井方案。尽管很少涉及从现场可钻性角度考虑页岩气水平井优质靶体段，但多人对页岩或泥页岩储集层的可钻性进行了深入研究。李士斌等[4]、周启成等[5]对大庆油田砂泥岩储集层、焦石工区龙马溪组泥页岩储集层采用分形理论对岩石可钻性进行研究；谢玄峰等[6]针对宜昌地区一口页岩气井地层可钻性差的问题进行研究并提出技术对策。地层中大量燧石团块、纯石英砂岩都会造成钻进困难，所以通过页岩气层段可钻性分析，选取钻时小的层段优先开发具有重要的现实意义[7-10]。笔者在四川盆地ZT地区现场随钻跟踪过程中，基于18口页岩气评价井钻时特征、影响因素，对靶体优选的意义开展研究，通过钻时主控因素分析、钻时归一化、钻时与地质品质结合等技术手段，优化选取ZT地区页岩气水平井靶体。

ZT地区目的层为志留系龙马溪组和奥陶系五峰组，龙马溪组可细分为龙马溪组一段、龙马溪组二段。其中龙马溪组一段分为龙一1亚段、龙一2亚段，龙一1亚段再细分为龙一14、龙一13、龙一12、龙一11四个小层[11]。目前ZT地区主要在龙一1亚段开展高效开发工作，针对龙一1亚段内部优质靶体段优选从储集层品质方面做过深入的研究，但很少涉及从现场可钻性角度考虑优质靶体段，本文弥补了该不足。

1 钻时特征分析

1.1 消除工程误差

钻时受到钻进施工作业影响较大。在取心作业时，由于控制钻速的目的，取心段钻时较未取心段大。同时，每趟取心作业时，磨心作业时钻压小、钻时大。这些钻时曲线均受到施工作业的影响，不能反映地层岩石真实的可钻性，需要消除这些施工作业的影响才能得到真正反映地层岩性变化的钻时资料(图1)。消除误差的方法是将磨心段的“假钻时”通过均值滤波法滤掉，将取心层段的钻时曲线进行纵向和横向对比(非取心层段和取心层段钻时没有可比性)。

1.2 钻时形态特征

由于受到取心作业影响，龙马溪组至五峰组钻时形态表现为三种类型：Ⅰ型钻时曲线上小下大，龙马溪组、五峰组钻时小，宝塔组钻时大；Ⅱ型钻时曲线中上大下小，龙一2亚段、宝塔组钻时小，龙一1亚段、五峰组钻时大；Ⅲ型钻时曲线上大下小，龙一2亚段钻时大，龙一1亚段、五峰组钻时次之，宝塔组钻时小(图2)。具有Ⅱ型和Ⅲ型钻时形态的井较少，主要是受到取心影响导致龙马溪组至五峰组钻时曲线失真，区域上龙马溪组至五峰组钻时形态以Ⅰ型为主。

图1 取心作业影响钻时曲线

图2 ZT地区页岩气井龙马溪组至五峰组钻时形态

2 影响钻时的主要因素

钻时的影响因素主要有地层岩性、钻压、钻井液性能、钻头类型等[12-13]。目前广泛使用的钻头有三牙轮和PDC 两种类型，一般来说，使用PDC 钻头比使用三牙轮钻头钻进速度快。通常情况下，钻井液密度大，则钻时增加，反之，则钻时减小。本文结合ZT地区地质特征和实钻录井情况，总结出ZT地区钻时主要影响因素为脆性矿物含量、钻压、地层埋深。

2.1 脆性矿物含量

一般情况下，岩性致密、硬度大，钻时高；岩性疏松、硬度小，则钻时低。但在页岩钻压平稳段，钻时与脆性矿物含量呈负相关，脆性矿物含量越大，钻时越小。石英、长石等脆性矿物含量高有利于后期的压裂改造形成裂缝，碳酸盐矿物中白云石含量高的层段，易于溶蚀产生溶孔。根据页岩岩石矿物组分与岩心脆性实验结果分析，脆性矿物主要包括石英、长石、白云石和石灰石。石英和长石含量的和为硅质含量，白云石和石灰石含量的和为碳酸盐岩含量，脆性矿物含量为硅质含量和碳酸盐岩含量之和。

ZT 2井1 796～1 803 m井段钻压、转速、立管压力变化不大。钻压在24.1～37.7 kN之间,转速在57.1～60.3 r/min之间,立管压力在3.5～4.1 MPa之间，脆性矿物含量在49%～79%之间，钻时在73～113 min/m之间,且随着脆性矿物含量增加(由55%升至73%)，钻时减小(由82 min/m降至75 min/m)(图3)。ZT 4井2 392～2 405 m井段钻压、转速、立管压力变化不大。钻压在36.5～42.8 kN之间,转速在61.4～65.7 r/min之间,立管压力在12.1～12.8 MPa之间，脆性矿物含量在42%～83%之间，钻时在47～90 min/m之间,且随着脆性矿物含量增加(由72%升至83%)，钻时减小(由69 min/m降至53 min/m)(图4)。

从ZT地区其他页岩气井钻探过程中均发现这一规律，可能的原因是脆性矿物含量发育造成微裂缝发育，从而导致岩石可钻性变好。

2.2 钻压

钻进过程中，一般情况下，钻压越大，钻时越小；钻压越小，则钻时越大。ZT 2井1 793～1 795 m井段钻压平均为13 kN，钻时平均为135 min/m；1 796～1 803 m井段钻压平均为33 kN，钻时平均为88 min/m，随着钻压增加，钻时不断减小(图3)。ZT 4井2 379～2 384 m井段钻压平均为69 kN，钻时平均为111 min/m；2 385～2 387 m井段钻压平均为54 kN，钻时平均为176 min/m(图4)，随着钻压减小，钻时不断增加。

2.3 地层埋深

一般情况下埋深小于2 000 m的地层，钻时小；埋深大于2 000 m的地层，钻时随着埋深的增大有不断增加的趋势，这和随着地层加深，岩石固结致密，可钻性差的基本趋势是一致的。在埋深和钻时的交会图上，埋深和钻时呈一定的正相关，但相关性不高(r2=0.367 4)，由于ZT地区页岩矿物含量复杂，石英、碳酸盐岩矿物、黏土矿物均较发育，且单井与单井之间矿物含量变化大，导致ZT地区在相同埋深段钻压不同。

图3 ZT 2井综合录井图

图4 ZT 4井综合录井图

3 可钻性层段优选

通过以上钻时主控因素分析可知，地层脆性矿物含量、钻进过程中的钻压、地层埋深主要决定了钻时的大小。如何优快钻井，有效缩短钻井周期，高质高效完成钻探任务是页岩气勘探开发中存在的现实问题。在选取水平井靶体时，不仅要选取储集层品质优的层段，而且要兼顾页岩可钻性，优选可钻性好的层段[14]。

3.1 归一化钻时

由于钻进时钻压、钻井液密度、钻井液材料等条件不同，造成不同井的钻时曲线存在整体偏大或偏小的现象，不利于横向多井对比。同时不同井的地层埋深、脆性矿物含量的变化也造成钻时整体变化。故建立归一化钻时概念，消除不同井钻时曲线的偏差。

式中：tnorm为归一化钻时，无量纲；tdepth为某深度钻时，min/m；tmin为该井钻时最小值，min/m；tmax为该井钻时最大值，min/m。

通过归一化校正，ZT地区A区域钻时最小主要集中在龙一13层、龙一11层(图5)；B区域钻时最小主要集中在龙一11层、龙一12层(图6)。

3.2 结合储集层品质优选水平井靶体

ZT地区储集层品质评价主要依据储集层的有机碳含量、有效孔隙度、总含气量、脆性四项指标进行综合判断，最终将储集层分为一类储集层、二类储集层、三类储集层，其中一类储集层是最优质的储集层。ZT地区A区域和B区域一类储集层主要集中在龙一11层、龙一12层(图7)。

综合储集层品质和钻时特征，优选储集层品质优、可钻性强的小层作为最优水平井靶体，最终确定ZT地区A区域最优水平井靶体为龙一11层；B区域最优水平井靶体为龙一11层、龙一12层。采用以上优选的靶体开展水平井钻进，缩短水平井钻进周期至49 d。

图5 ZT地区A区域钻时统计直方图

图6 ZT地区B区域钻时统计直方图

图7 ZT地区储集层分类评价成果

4 结 论

(1)钻时受取心、磨心作业影响较大，针对“假钻时”采取均值滤波法校正。

(2)ZT地区钻时主要影响因素为脆性矿物含量、钻压、地层埋深。在页岩钻压平稳段，钻时与脆性矿物呈负相关，脆性矿物含量越大，钻时越小，可能是因脆性矿物含量发育造成微裂缝发育而导致岩石可钻性变好。钻压越大钻时越小，钻压越小则钻时越大；埋深小于2 000 m的地层钻时小，埋深大于2 000 m后钻时随着地层埋深的增大有不断增大的趋势。

(3)建立归一化钻时概念，消除不同井钻时曲线的偏差。通过归一化校正，ZT地区A区域钻时最小层位主要集中在龙一13层、龙一11层；B区域钻时最小层位主要集中在龙一11层、龙一12层。

(4)综合储集层品质和钻时特征，优选品质优、可钻性强的小层作为最优水平井靶体，最终确定ZT地区A区域最优水平井靶体为龙一11层，ZT地区B区域最优水平井靶体为龙一11层、龙一12层，为四川盆地ZT地区的页岩水平井高效开发提供了可靠依据。