重晶石粉鉆井液添加劑對巖屑錄井的影響及應對舉措

 為了提高鉆井液密度，鉆井液中常加入重晶石粉等加重材料添加劑，這雖然可以有效改善鉆井液性能，起到抑制地層壓力減少鉆井事故、確保鉆井順利安全施工的作用，但對巖屑錄井的巖屑撈取與清洗、選樣與描述會增加一定的困難。在闡述鉆井液加重材料主要類型以及其基本特佂的基礎上，分析了重晶石粉鉆井液添加劑對巖屑錄井的影響，從巖屑撈取與清洗、選樣與描述方面提出了具體的應對措施，尤其是針對巖性描述定名，提出了綜合分析描述定名的五步法�，F(xiàn)場錄井實踐表明，該舉措不但可以有效消除其影響，確保巖性定名準確，而且對于使用其他類型鉆井液加重添加劑的巖屑錄井也具有一定的參考與指導意義。

隨著鉆井技術的快速發(fā)展，鉆井過程中為了減少井下復雜情況及工程事故的發(fā)生，保障鉆井安全、縮短建井周期、提高經(jīng)濟效益，在鉆井液中常混入重晶石粉等用于提高鉆井液密度的添加劑（鉆井液加重材料），但這對錄井，尤其是巖屑錄井的影響較大。本文在闡述鉆井液加重材料常見的幾種類型及其特點的基礎上，結合現(xiàn)場巖屑錄井的具體情況，針對重晶石粉鉆井液添加劑的影響進行了分析，并提出了解決巖屑錄井過程中巖屑撈取與清洗和樣品挑選與描述的應對舉措。

1、鉆井液加重材料

鉆井液加重材料又稱加重劑，由不溶于水的惰性物質經(jīng)研磨加工制備而成。它具有密度大、研磨性差、易粉碎、不溶于鉆井液和不與其他礦物及烴類組分發(fā)生相互作用的特點。鉆井施工中常通過添加加重材料提高鉆井液密度，控制地層壓力，以達到防塌、防噴的目的。除此之外，對某些類型的井漏也能起到有效抑制作用。常用的鉆井液加重材料包括以下5種。

（1）重晶石粉（Barite）。一種以硫酸鋇（BaSO4）為主要成分的天然礦石，經(jīng)過機械加工而制成的灰白色粉末狀物質，密度為4.3～4.5g/cm3，主要應用于加重密度不超過2.3g/cm3的水基和油基鉆井液，遇酸不發(fā)生反應，適用于一般高壓地層，是目前應用最廣泛的一種加重劑。

（2）石灰石粉（Limestone）。主要成分是碳酸鈣（CaCO3），顏色為灰白色，密度為2.7～2.9g/cm3。由于密度相對較低，一般只能用于配制密度不超過1.68g/cm3的鉆井液和完井液，易與鹽酸等發(fā)生反應，因而適用于非酸敏性、需酸化的產層。

（3）鐵礦粉（Hematite）。主要成分是氧化鐵（Fe2O3），顏色為棕色及黑褐色，密度較大，一般為4.9～5.3g/cm3，主要應用于高密度鉆井液，適用于需酸化的產層，應用較為廣泛，僅次于重晶石粉。

（4）鈦鐵礦粉（ilmenite）。主要成分是鈦鐵化合物（TiO2與Fe2O3），主要特征與鐵礦粉相似，顏色為棕色及黑褐色，密度為4.5～5.1g/cm3，主要應用于高密度鉆井液，適用于需酸化的產層。

（5）方鉛礦粉（Galena）。主要成分為硫化鉛（PbS）的天然礦石粉末，一般呈黑褐色，密度高達7.4～7.7g/cm3，可用于配制超高密度的鉆井液。該加重劑成本高、貨源少，且毒性較大，一般僅限于孔隙壓力超高的地層應用。

2、對巖屑錄井的影響

鉆井過程中，重晶石粉作為一種經(jīng)濟實惠的鉆井液加重材料得到了廣泛使用，但其對常規(guī)巖屑錄井的巖樣采集與描述分析影響較大，造成巖性難以準確識別，進而無法準確反映井下地層真實情況，在一定程度上會影響地層的準確判斷。加入重晶石粉后，鉆井液性能發(fā)生較大變化，對巖屑錄井的影響主要表現(xiàn)為：

（1）重晶石粉附著物使巖屑樣清洗難度增大。

（2）易造成假巖屑返出量增大、真巖屑所占比例減少的現(xiàn)象，導致巖屑撈取困難，地層巖性的代表性變差。

（3）易導致井壁形成泥餅，造成井眼不規(guī)則現(xiàn)象，使得巖屑滯留，上返巖屑混雜，真實巖屑代表性差，選樣與描述困難。

（4）重晶石粉鉆井液添加劑密度高、粘度大，易造成鉆時等參數(shù)異常，導致結合鉆時巖性定名結果不準確。

鑒于存在上述多方面的影響，若不能撈取到具代表性的巖屑并對其有效清洗，則難以挑選到真實巖屑樣進行針對性的描述定名，顯然會造成巖性識別準確率降低，可能會使根據(jù)巖屑巖性定名建立的巖性剖面與區(qū)域地質認識存在偏差，從而給后續(xù)鉆井以及鄰井作業(yè)的優(yōu)勢層位選取帶來困難。

3、應對舉措

為了有效消除重晶石粉鉆井液添加劑對巖屑錄井的影響，針對巖屑錄井的巖屑撈取與清洗、選樣與描述的具體措施分別進行分析。

3.1 巖屑撈取與清洗

（1）監(jiān)督并確保工程在加入該添加劑后須經(jīng)充分循環(huán)后再重新鉆進。

（2）更換大目數(shù)的振動篩，一般可換120目篩布的振動篩，增加撈取到真巖屑的數(shù)量。

（3）及時記錄添加劑加入情況，并據(jù)此適時加密遲到時間的測量間隔。

（4）若撈取巖屑樣時間未到而砂樣盒已滿，采用二分法或四分法取樣，垂直切去砂樣盒內巖屑的1/2或1/4，然后將巖屑攪勻取樣。

（5）取樣之后及時清空砂樣盒，以便進行下一次巖屑的撈取。

（6）清洗時用清水緩緩沖洗、充分攪動、慢慢傾倒，防止將質量較輕的巖屑沖洗掉，洗至巖屑顯出本色為止。

3.2 巖屑選樣與描述

3.2.1巖屑選樣

（1）根據(jù)巖屑色調、顆粒、形狀挑選。

真巖屑表現(xiàn)為色調新鮮、顆粒小、棱角明顯，同一層隨鉆厚增大新巖屑百分含量呈現(xiàn)出不斷增加的特征；而假巖屑色調模糊、顆粒較大、多呈圓狀，同一層隨鉆厚增大假巖屑含量呈現(xiàn)出不斷減少的特征。

（2）依據(jù)物理特性區(qū)分真巖屑與重晶石粉。

砂巖的主要組成成分為石英、長石及巖屑，其中石英平均含量可達66.8%。據(jù)此，分辨砂巖的主要成分石英與重晶石的不同特佂可實現(xiàn)砂巖與重晶石粉的有效識別。由物理特征分析可知，石英與重晶石粉在顏色、光澤及條痕等宏觀特征上差別不明顯，難以明顯辨別，而在晶體形態(tài)等微觀特征上具有較大差異，可通過鏡下觀察進行區(qū)分。

 

在鉆井施工中，粗-中-細顆粒的石英與重晶石粉的典型差異為：石英硬度較大、穩(wěn)定性較好、抗風化能力強、抗研磨且難分解，是母巖風化后經(jīng)過遠距離動力搬運的產物，通常顆粒大小不一，磨圓較好，呈次圓狀-圓狀，是碎屑巖中分布最廣的一種礦物。重晶石為不穩(wěn)定的重礦物，抗風化能力較弱，且分布不廣。一般情況下，重晶石粉表現(xiàn)為顆粒大小極其均一（分選好）的特點，由于機械破碎呈末狀，在雙目鏡下表現(xiàn)為磨圓差、棱角狀的特征。此外，重晶石比石英硬度低重晶石粉中的大顆粒成分極易用手指碾碎，而石英難以碾碎。

3.2.2巖屑描述

巖屑描述的目的是定名或確定巖性，基于理論分析與現(xiàn)場實踐，通過巖屑描述確定其巖性的方法可歸納為五步法。

（1）結合鉆時、氣測等資料。

重晶石粉添加劑的加入會使真實巖屑返出比例減小，單純根據(jù)巖屑觀察進行定名易造成定名錯誤。結合鉆時、氣測等資料可在一定程度上確保巖屑描述定名準確。

（2）加強地層對比。

處于相同構造區(qū)塊且具有相同沉積層序的鄰井資料可用于地層對比，參考鄰井已知巖性剖面可對作業(yè)井層的巖屑進行準確描述定名并建立巖性剖面。

（3）借助輔助手段。

應用雙目鏡、碳酸鹽巖分析、巖礦鑒定等手段進行輔助描述。多種巖屑在宏觀上表征相似，用肉眼無法較好識別�；诖�，可使用雙目鏡對其微觀特征進行進一步區(qū)分；或通過碳酸鹽巖分析、巖礦鑒定等實驗測試方法對其組成及化學成分進行分析鑒別。

（4）結合測井與遲到時間校正。

測井自然電位、自然伽馬曲線能較好地區(qū)分砂泥巖地層，對巖性的落實具有指導意義。測井井徑曲線能夠準確指示井下井眼規(guī)則情況，為判定巖屑是否滯留提供依據(jù)。除此之外，還可通過遲到時間的實際測量與鄰井同井深遲到時間的對比判斷井眼的規(guī)則情況，當實測遲到時間大于鄰井時，說明井眼擴徑嚴重，易造成巖屑滯留。

（5）依據(jù)區(qū)域地質確認。

根據(jù)巖屑描述定名所建立的巖性剖面須符合區(qū)域地質認識，反之則應根據(jù)區(qū)域地質資料對巖性剖面進行校正。例如：某井自井深3360.00m至井底間斷出現(xiàn)特征為散粒細砂巖的巖屑，通過對粒度及膠結程度觀察，發(fā)現(xiàn)返出巖屑粒度非常均勻，膠結過于疏松，與粉細砂巖特征不相符，表現(xiàn)為重晶石粉特征，與區(qū)域相鄰層段發(fā)育大段泥巖不吻合；在此基礎上參考鉆時發(fā)現(xiàn)，鉆時很大，平均為60min/m，與返出物物性不吻合；進一步核實發(fā)現(xiàn)該井在3320.00～3410.00m井段累計加入重晶石粉41t，經(jīng)與重晶石粉細致對比發(fā)現(xiàn)，與重晶石粉基本一致，判斷為重晶石粉。

 

4、應用分析

濟陽坳陷東營凹陷中央斷裂背斜構造帶營11洼陷主力含油氣層段為古近系沙河街組沙三下亞段。由于地層壓力較大，鉆井過程中加入大量加重材料重晶石粉來平衡地層壓力，普遍造成了巖性落實困難的問題。應用本文所述的相關應對舉措，較好地消除了對巖屑錄井的影響，巖性剖面符合率得到了顯著提升。以下針對該區(qū)典型井YX1井進行應對舉措的應用效果分析。

YX1井為該區(qū)用于了解沙三下亞段含油氣情況的一口評價井，該井完鉆井深3510.67m（斜深，下文所涉及井段或深度均為斜深），自上而下鉆遇：新生界第四系平原組，新近系明化鎮(zhèn)組、館陶組，古近系東營組、沙河街組。

自井深3236.00m進行三開作業(yè)，為提高鉆井液密度、平衡地層壓力，至井深3424.00m循序加入重晶石粉230.0t，受加入重晶石粉的影響，部分井段返出的巖屑含量極低，巖屑樣品選取與描述、油氣顯示落實與層位卡取非常困難。

 

晾曬之后所得的巖屑樣品混雜，基于真巖屑表現(xiàn)特征，挑取巖屑樣進行初步識別，根據(jù)巖屑描述基本原則初步判定3258.00~3300.00m井段表現(xiàn)為砂巖特征。然而，經(jīng)落實發(fā)現(xiàn)該井段加入了大量鉆井液添加劑重晶石粉，所獲巖屑是否為真實地層巖屑有待確認。由于采用PDC鉆頭鉆進，巖屑極為細碎，無法用莫式硬度對巖屑進行判斷，且由于鏡下觀察巖屑多表現(xiàn)為板狀，表明巖屑樣品重晶石粉含量相對較高，無法根據(jù)巖屑樣品準確確定該井段地層的真實巖性。

通過鄰井地層對比可知，該井段巖性剖面表現(xiàn)為大段泥質巖夾薄層砂巖。巖屑錄井過程中，普遍認為砂巖鉆時較低，有油氣時氣測明顯異常；而泥巖鉆時較高，無氣測顯示；碳酸鹽巖分析可用于確定巖石灰質含量，以此為依據(jù)對該井段部分巖性剖面進行校正。