松辽盆地PDC钻头条件下地质录井的应对措施

武卫平

（大庆钻探工程公司地质录井二公司录井分公司，吉林松原138000）

1 概述

近年来，随着国民经济的快速发展，石油的需求量与日俱增，越来越大。石油产量已成为制约国民经济发展的一个瓶颈。缩短钻井周期，节约钻井成本，尽快找到新的油气资源，支援经济建设，迫在眉睫。在此情况下使用PDC钻头成为必然趋势。然而，由于PDC钻头特殊破岩机理及高钻速，使得传统的录井方法不适应新的钻探要求，因此，积极探索采用科学的录井技术手段或方法势在必行。

2 PDC钻头的特点及破碎岩石的机理

人造聚晶金刚石复合片钻头，国外称之为Polycrystalline Diamond Compact Bit，简称PDC钻头。是20世纪80年代钻井工业技术的重大突破，对石油钻井业的发展产生了巨大的影响。

实践证明，软到中等硬度的地层钻井用PDC钻头具有以下特点：

（1）机械钻速快，进尺多，寿命长。

（2）工作平稳，井下事故少，井身质量好。

（3）起下钻次数少，劳动强度低。

（4）建井周期短，钻井成本低，经济效益高。

由此，备受青睐。近年来在松辽盆地钻井中得到广泛的推广使用。

PDC钻头之所以具有以上优点，是与其特有结构构造及破岩机理分不开的。其破碎方式主要有4种，即：剪切、预破碎（开槽效应）、犁削及磨削。

（1）剪切：复合片切削齿在钻压和扭矩作用下克服地层应力吃入地层并向前滑动，岩石沿其剪切方向破碎并产生塑性流动。应用于软到中硬地层。

（2）预破碎：其结构为“尖圆”齿交替布置，随钻头不断旋转，尖齿先行吃入地层，使岩石产生破裂碎纹，并切出一条条的螺旋状“卸荷槽”，紧随其后的圆齿则以剪切方式切削大块岩石，达到破岩目的。应用于中硬到硬地层。

（3）犁削：钻进中切削齿使其内部破碎，并向表面传递，堆积齿前的岩屑被切削齿推向两边，由泥浆带出井底。应用于塑性地层。

（4）磨削：其切削结构以磨削方式破碎岩石。应用于极硬地层。

3 PDC钻头钻井对地质录井的影响

由于PDC钻头具有特殊的构造和独特的破岩机理，因而所钻岩屑非常细碎，并且钻进速度极快，它给地质录井工作的样品采集、识别、选样、分析、鉴定、解释、评价等带来了重重困难。

（1）岩屑特别细小，采集困难，且有一部分真岩屑（粉末状）随泥浆流走。

（2）岩屑特别细小，真岩屑混杂在假岩屑中，导致岩性识别、分层、定名、描述困难。

（3）岩屑特别细小，现场的挑样极为困难，直接影响定量荧光、地化分析的精度，并对PK及核磁共振录井造成极为不利的影响，直接反映在传统的解释图版及模型失去了共性、准确性，因而带来了解释及评价的困难。

（4）岩屑特别细小，在钻井液冲刷、浸泡及岩屑清洗时，油气逸失严重，造成常规地质录井油气显示级别偏低，不能真实反映地下油气情况。

（5）钻进速度快，现场采样频度骤增，加大了劳动强度，有时甚至难以承受。

（6）钻进速度快，而传统的色谱分析周期长，给薄油气层的发现及解释带来了困难。

（7）钻进速度快，而PDC钻头在软—中硬砂泥岩地层钻进中，钻时几无差别，甚至常出现反钻时，不但造成岩性界面划分及归位困难，同时，也影响到地层压力的监测与检测。

4 PDC钻头钻井条件下地质录井的应对措施

4.1 优选钻头类型，合理使用震动筛布

通过对PDC钻头破岩机理的研究以及实验证实，PDC钻头齿数越多、越密则所钻岩屑越细小，对地质录井影响越大。据松辽盆地DA、HG、QA地区PDC钻头使用情况的统计，除在较硬—极硬地层需要使用小复合片密齿PDC钻头外，在软—中硬地层，大复合片和标准复合片PDC钻头都可以使用，并且对钻井速度影响不大。松辽盆地多为软—中硬地层，因此在钻井作业中，选择齿数稀—中密结构的大复合片和标准复合片PDC钻头，减小岩屑的破碎程度，进而减小对地质录井的影响。

同时，根据钻头类型及岩屑的破碎程度，合理选用震动筛布。笔者通过在QA、YT地区多口井的现场实验发现：大复合片PDC钻头可选用40～60目震动筛布；中密结构的标准复合片PDC钻头可选用60～80目震动筛布；密齿小复合片PDC钻头可选用80～120目震动筛布，防止细小岩屑随泥浆流走。如表1所示。

表1 松辽盆地大安、红岗、乾安地区PDC钻头类型及其破碎岩屑特征统计表

4.2 改进传统的取样方法

松辽盆地传统的录井取样方法是用笊篱在震动筛下按设计要求定点取样，然后在水箱内漂洗。对于牙轮钻头所钻岩屑，因其颗粒较大，这种方法比较有效且简便易行。但对于PDC钻头破碎的细小或粉末状的岩屑，其弊端就特别明显，其一是所取样品量少且多为掉块；其二是细小的粉末状的岩屑在漂洗中随水流走，易丢失。因此要根据实际情况采用不同的取样方法。

例如：在松辽盆地B系上统M组至S组地层中，泥岩性软，造浆；砂岩成岩性差、疏松。在PDC钻头高度破碎下，泥岩呈团状，砂岩呈细粒或粉末状随钻井液返出井口，其中一部分泥岩和粉末状砂岩溶于钻井液当中，成为钻井液固相。而岩屑在震动筛上震动过程中，细碎砂岩被松软泥岩粘附或包裹在一起，在清洗岩屑、岩性识别及分层时及其困难。对于该地层的岩屑样品在架空槽上捞取效果较好。

对于白垩系下统青山口组地层，在PDC钻头条件下因其砂岩含钙被破碎成细粒状；泥岩坚硬，被破碎成块或片状，其体积比砂岩大得多，另外该套地层厚度大（300～650m）裸眼段长，掉块多，传统的取样方法不能够有效地清除假岩屑，不利于薄层砂岩的发现、分层及描述。因此取样时应可用带有6mm、4mm、2mm三层粒度筛的取样筐在震动筛下取样，然后用水漂洗，分层过滤，去伪存真。

4.3 选择多种录井技术手段

随着科技的进步，当今的勘探领域涌现出多种多样的录井技术，然而，由于其侧重点不同，采用的分析介质不同，因而在解决不同问题时各有其优缺点。在PDC钻头条件下，只有将这些录井手段有机地结合起来，优势互补，才能有效地识别岩性、发现油气显示、进而准确评价储层。

（1）以常规地质录井为基础，通过岩屑录井，远观颜色、近观岩性，追踪岩屑百分含量的变化，进行分层、区分岩类和初步定名，然后选取代表性样品在双目镜下细致观察，描述其成分、结构、粒度、分选、胶结类型、含有物等，同时结合荧光、气测录井直接捕获地层中的油气信息，初步建立起地层剖面；穿插岩芯录井，深入认识重点层位的岩性、物性、含油性、沉积特征等；加强井壁取芯工作，由于其不受钻头类型的影响，不仅可以校正岩屑录井的偏差，而且还可以获取大量的重点层、可能层、可疑层的岩性、物性及油气信息，为地化录井、定量荧光分析、PK及核磁共振录井提供较为客观反映地层地质情况的岩石样品，实现准确分析、评价储层的目的。

（2）运用地化录井技术，通过分析样品中的各项参数，认识储层性质，寻找油气的同时，利用其中的S1（液态烃参数）和S2（固态烃参数）的比值，即S1/S2值越小，泥岩含量越高；即S1/S2值越大，泥岩含量越低的特点，将各点的S1/S2分析值绘制成对应深度的曲线，结合钻时、DC指数、气测全烃曲线就可用来划分砂岩类与非砂岩类，再将岩屑录井剖面与其拟合归位，进行修正，即可建立起较为准确的地层剖面，从而有效地克服PDC钻头的不利影响。

5 结束语

通过对PDC钻头的特点及其破岩机理的研究，明确PDC钻头对地质录井的影响因素，在现场的钻探录井作业中，有的放矢地优选PDC钻头类型，合理使用震动筛布，改进传统的取样方法，选择多种录井技术，综合分析各项参数及实物资料，运用到先进的科研成果及工作方法中，最大限度地减小PDC钻头的不利影响，实现准确地识别岩性、判断地层、发现油气显示、科学评价储层的目的。同时，要广泛地开展技术交流工作，大力加强PDC钻头条件下的录井技术攻关以及录井技术前瞻性研究工作，推动录井技术的发展，以适应油气勘探开发的新需要。