新型技术在石油地质勘探中的应用

李岳

【摘  要】为探究新型技术在石油地质勘探中的应用，论文首先阐述石油地质勘探过程主要分为调查阶段和探测阶段，根据地面调查结果判断油藏保存条件，最终利用钻探方式，探明油藏边界。之后从地质评价、测井、钻井这3个流程，分析出X射线成像技术、可视化井眼跟踪地质导向技术、光纤矢量水听器技术和套管技术的具体应用，为其他技术人员提供可借鉴的经验。

【Abstract】In order to explore the application of new technology in petroleum geological exploration， this paper firstly expounds that the petroleum geological exploration process can be divided into investigation stage and exploration stage. According to the surface investigation results， the reservoir preservation conditions can be judged， and finally the reservoir boundary can be proved by using drilling method. After that， from the three processes of geological evaluation， logging and drilling， the specific applications of X-ray imaging technology， visualization borehole tracking geo-steering technology， fiber optic vector hydrophone technology and casing technology are analyzed， which can provide reference experience for other technical personnel.

【关键词】地质勘探;石油;测井钻井;应用

【Keywords】geological exploration; petroleum; logging and drilling; application

【中圖分类号】P618.13                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2022）02-0184-03

1 引言

如今，人们对油气资源的需求量逐年递增，只有加大石油开发力度，提高油量预测精准度，才可以提高石油开发效率，利用技术优势，为后续施工作好铺垫。基于此，文章结合可视化技术，利用光纤矢量水听器，做好测井工作，判断油源位置和油源方向，之后使用录井技术和钻井技术，完成地质勘探和石油开采工作，为施工人员提供帮助。

2 石油地质勘探过程

从本质上讲，石油勘探就是指利用所有现行科技手段，探究地下地质状况，查明油气资源分布情况，确定石油资源集聚的有利地区，预测石油含量和产出能力，在整个地质勘探过程中，主要分为两个阶段，分别为：

第一，调查阶段。技术人员根据地面地质调查情况，结合地球化学探测调查法，了解地质概况，初步查明储油条件、地质构造单元、大体构造轮廓、含油远景，分析岩相厚度变化特征，在判定石油有利聚集地区之后，进行详细调查，研究组成构造带的地层剖面，分析石油埋藏深度，根据油藏保存条件，查明该地质条件下的水气油概况。

第二，勘探阶段。主要利用钻井探井技术，对前期的预测进行验证，探明油藏边界，进一步开辟生产试验区，算准储量。主要勘探方法为地质法、地球化学法、地球物理法和钻探法[1]。

3 石油地质勘探技术

3.1 现行技术

多年来，我国大力推进石油开采技术创新，尤其是岩性地层油气勘探理论，取得重大进展，已经形成多学科协同研究综合体系，例如，在当前石油勘探技术领域，已经可以常态化运用数字地震技术、反射地震技术、三维地震技术、深度成像技术、随钻地震成像技术、多分量地震勘探技术等多种物探技术。在测井工作中，已经熟练运用计算机理论、电子科学技术、核磁共振测井技术，在钻井过程中，熟练利用久平衡钻井技术，防止泄漏和卡钻问题，在多个学科和领域获得良好成就。

3.2 新型技术

为提高石油勘探精准度和开采的安全性，研究人员加大科技创新力度，做好重大关键勘探技术展望，创新石油地质勘探路径，例如，利用三维地震模拟方法，结合计算机仿真技术，通过地下成像，利用盆地模拟、油藏模拟、含油气系统模拟等多种方法，对地质层石油形成、运移和聚集进行深入研究，实现工程设计、力学研究、数据组织等方面的质的飞跃。从2020年以来，膨胀套管技术在石油地质勘探中的应用越来越广泛，例如，壳牌科技研究公司已经证实利用该技术可以突破深度井下作业限制，并且如今已经广泛应用于大型油气田钻井勘探中，如大庆油田和胜利油田。此外，当前石油地质勘探中，利用四维检测方法，在继续做好成熟配套技术的基础上，逐步向一体化勘探迈进，坚持陆地和海洋两条路径协同发展，以此满足石油勘探需要。以上提到的新型技术发展前景广阔，具有极大的商业潜力，可以提高地质勘探的精准性和安全性，实用性更强。

4 石油地质勘探工作中新技术的应用

4.1 地质评价方面：利用X射线分析石油储存物性

在石油勘探之前，技术人员需要一套完整的规范流程和技术方法来回答基础地质问题，如油气性质和有机质耦合关系、岩石层物理条件、岩石矿物成分、地质可动性等，以此对地质进行快速评价，解决油气散失性、页岩非均质性等技术难题。因此在现场决策部署之前，应该结合探井现场实验[2]，重点关注地质储集性、脆性矿物含量、含油性热演化程度等指标，本文以页岩油开采为例，在开采之前，为保证含油性评价更为真实准确，应该对本次施工项目进行细化评价，主要分为以下几个方面，如表1所示。

表1  页岩油开采地质评价

在样品取样流程中，首先应该解剖岩心，冷冻后48 h切出1/3，利用伽玛能谱扫描，剩余2/3再切出1 cm的小条，切好后岩心送回样品处理间，利用X射线荧光元素扫描，测试判断岩心出筒后是否有大量气泡产生，以此来判别页岩油气性质，对于新鲜的岩心，通过逸散气收集法，得出轻烃和气组分，对于非冷冻样品可以利用XRF元素扫描之后，进行孔隙度分析，做好洗油实验之后得出渗透率。对于冷冻的岩心，可以先利用三维定量荧光，对溶液和残渣进行分解，其中溶液利用色谱质谱分析，残渣利用热解法分析，通过游离烃、吸附烃等定量分析方式，得出XRD矿物质，获取页岩含油量、成熟度、有机碳等不同库存状态，以此快速测定沉积环境，为今后的石油开采和判别提供科学依据。

之后利用三维定量荧光分析技术，快速测定页岩含油性[3]。由于石油在紫外光照射下出现荧光反应，并且在照射之后光立即消失，因此，该种性质可以应用于石油勘探中，快速判断岩石中是否含有石油，分析页岩中石油化学结构。由于石油中本身存在不饱和烃，该种物质衍生物会发出荧光，分子量越大，荧光色越深，呈现棕褐色、褐色和黄色，发光颜色随时因组分而改变，并且浓度越高，发光越强，因此可以利用石油这一性质，促进地质勘探工作高效进行。技术人员利用计算机收集扫描数据，利用三维定量荧光录井技术对页岩游离油进行快速评价，一般选用非极性溶剂，萃取页岩游离油烃，萃取时间大于等于24 h，并且根据热解分析结果和三维定量荧光分析结果，得出含油性趋势，同时也可以利用页岩热解分析技术，在热解过程中含有已经生成的油，分析含油饱和指数，可以得出页岩油量可动性参数，根据样品烃损失率，判定页岩滞留烃流动性，一般来讲，二者呈现正比例关系，即损失率越高，流动性越好。

4.2 测井方面：利用可视化井眼跟踪地质导向技术，做好地质建模

在测井过程中，应该对井点轨迹进行计算，通过实钻轨迹斜测计算方法，利用可视化井眼跟踪地质导向技术，在石油地质勘探过程中，可以精确扫描算法，保证测算达到预定目标，预测井眼轨迹和靶间的位置，该种可视化技术可以依据测算数据、路径信息对复杂的地质条件进行判别，提高油层有效钻遇率，达到节约施工成本的目的。在地质勘探现场录井数据中，通过数据编辑、导入导出、参数分析、地层建模等，可以对井眼轨迹的实时动态进行监测，软件的设计结构为：

①实时数据源，LWD/MWD，钻井仪表，综合录井仪。

②实时处理导向参数跟踪，实时计算参数成像，调用井眼轨迹处理、岩性跟踪。

③建模数据源，主要包括设计轨迹、设计靶数据、地质岩性，之后构建三维地质模型，实时动态跟踪预警，根据三维井眼轨迹，显示得出轨道设计结论，之后输出成果。

在这一过程中，该软件主要利用气测参数、工程参数、电阻率等技术，结合应用惯性趋势法，判断实时轨迹吻合情况，完整显示井眼轨迹，做出现实指示图，通过该种扫描，帮助钻井操作人员获取最新信息，防止碰撞产生，也可以与邻井状态进行扫描，如果出现碰撞，及时发出警报。

同时也可以搭建光纤矢量水听器，利用相关相谱，验证流速，测量油气水混合流动特性[4]，从而获取更加精准的石油产量，该种技术测量敏锐度较高，方向性更好，可测带宽，如今已经成为水下石油探测的重要仪器设备。通过电学测井技术、成像测井技术、套管测井技术、随钻测井技术、声波测井技术，对水油气3项混合进行动态监测，测定气相液相流量之后，对石油和水进行分离，利用流体密度、持气率和流量这3项指标，获得更准确的测量效果。矢量水听器可以分为加速度型、位移型和質点振动速度型，测量时每个传感器测得声压，通过声压梯度和加速度矢量之间的关系，测量振动频度。本文以同频式矢量水听器为例，其原理为：通过筒状结构，在正方体结构质量块上，固定缠绕弹性圆筒，通过胶粘等方式确保6个面圆筒两两相对，大小均等。当存在声波作用时，刚性球反复震动，从而拉伸光纤，光纤相位发生变化，最终解调出待测信号。传感光纤产品规格如表2所示。

表2  传感光纤产品规格

4.3 钻井方面：做好套管试压，避免泄漏问题

在钻井阶段，使用随钻连续监测井斜和方位，做好中靶预测，取全、取准数据，确保井眼轨迹在设计范围内，做好套管试压，避免泄漏问题，文章以双靶大斜度定向井为例，使用的螺杆为1.25°单扶螺杆定向复合钻进，在定向段过程中，防粘卡，勤活动钻具，控制井斜狗腿不超标，复合时及时调整井斜方位达到设计靶点<10 m要求，直井稳斜段长施工中，结合实际的地层漂移情况，优化钻具组合，调整井斜方位，保证中靶，从而快速、优质地完成施工任务。在下套管时，应该注意到以下几点：

①依据SY/T 5412—2016《下套管作业规程》，入井套管要认真丈量登记，工程、地质两套记录必须对口。

②要认真检查套管接箍和管体表面，凡凹陷、刻痕超过名义壁厚25%者不能入井，认真清洗检查套管丝扣，使用符合标准的套管通经内径，套管上钻台应在大门方向加挡绳，在提升套管时要谨慎操作，防止碰坏套管。

③浮箍与套管螺纹使用锁固胶连接，套管螺纹丝扣使用专用密封脂。

④按入井编号顺序入井，下套管必须按规定扭矩上扣，控制下套管的速度，使其环空钻井液的返速不大于钻进时的最大返速。

⑤及时灌满钻井液，每下20根套管灌1次钻井液，每次必须灌满套管，下完套管后灌满钻井液，再接水泥头，尽快建立循环，处理钻井液，下套管过程中，井队要派专人观察井口钻井液返出情况，若发现溢流、井涌等复杂情况，立即采取相应井控措施。

在井眼轨迹控制阶段，一开井段时，按规定测斜，根据测斜结果及时采取纠斜措施，保证井身质量，一开采用传统的塔式钻具钻至井深305 m下表层套管封固流沙层，钻具组合为：？准393.7 mm钻头+？准203.2 mm无磁钻铤1根+？准203.2 mm钻铤2根+？准177.8 mm钻铤6根+？准127 mm钻杆。在二开井段（301～2 424 m）时利用？准216 mm钻头（PDC）+？准172 mm单弯螺杆（1.25°）×1根+411×410回压凡尔+411×411双公接头+410×410定向接头+？准127 mm无磁承压×1根+？准127 mm加重×20根+？准127 mm斜坡+下旋塞下钻控制下放速度，遇阻应起钻通井，避免划出新眼。在钻具下钻过程中，严禁划眼和悬空处理钻井液，坚持使用泵滤清器，弯壳体连续造斜钻进不应超过200 m，应进行短期下钻，修正井眼和清洁岩屑床。钻井液中应按设计加入润滑剂，严格使用四级净化装置，并坚持使用离心分离机，钻井液排量满足设计要求，以改善钻具与井壁的接触状态，降低泥饼摩擦系数，提高钻井液的携岩能力。若井下情况复杂，需要进行通井和划眼时，原则上采用上一趟钻具结构，如因实际情况必须改变钻具结构时，该钻具组合的刚性必须小于上趟钻的刚性，且有倒划眼能力。

此外，还应该做好泥包卡钻的预防[5]。第一，适时使用聚合物控制造浆，降低固相含量，使钻井液具有良好的流动性。第二，钻井中发现泵压下降1 MPa，停钻查找地面原因。地面查不出原因，起钻检查钻具。第三，钻井中发现钻时减慢、蹩钻，泵压升高、上提钻具连续阻卡，立即停止钻进。在处理钻井液、降低粘度、改善流動性的同时，高转速甩动和上下大幅度流动钻具，适当提高循环排量。第四，泥包起钻使用低档车，环空灌不进钻进液时，每起钻一柱，向钻杆内灌满钻井液一次。

5 结语

综上所述，要想加大石油开发力度，相关技术人员必须提高石油勘探精准度，运用一套完整的规范流程和技术方法，去回答基础地质问题，使用可视化技术，依据测算数据、录井信息对复杂的地质条件进行判别，提高油层有效钻遇率，做好中靶预测，取全、取准数据，确保井眼轨迹在设计范围内，做好套管试压，避免泄漏问题。

【参考文献】

【1】巫克勤，贾刚卫，田斌斌，等.石油地质勘探技术的创新与发展策略探析——评《油气地质与勘探概论》[J].新疆地质，2021，39（01）：172.

【2】康志勤，赵阳升，杨栋，等.油页岩原位注蒸汽开采油气中试与多模式原位热采技术的适用性分析[J].石油学报，2021，42（11）：1458-1468.

【3】李伟，杨鹏波，黄子舰，等.多种录井技术在彭阳区块特殊油气藏评价中的综合应用[J].录井工程，2021，32（04）：79-83.

【4】丁力，郝纯，吴宇兵，等.微生物油气检测技术在准噶尔盆地油气勘探中应用[J].中国石油勘探，2021，26（03）：136-146.

【5】王永涛，杨战军，王学慧，等.时频电磁多属性图像融合预测油气技术及应用[J].物探与化探，2020，44（05）：1221-1225.