油基钻井液条件下的激光岩屑录井技术

2019-12-09万利佘明军邢允杰中石化中原石油工程有限公司录井公司河南濮阳457000

长江大学学报(自科版) 2019年12期

万利，佘明军，邢允杰 (中石化中原石油工程有限公司录井公司，河南濮阳 457000)

长井段水平井是提高页岩气勘探开发效率的有效途径，为确保钻井施工安全，避免井壁坍塌，在进入水平段后通常使用油基钻井液体系。油基钻井液的应用保护了地层，提高了钻井时效。但是，钻遇的地层岩屑在随油基钻井液上返地面的过程中，由于浸泡时间过长，受到严重污染，给现场地质录井技术人员准确识别钻遇地层岩性、建立地层岩性剖面带来严峻挑战。为此，笔者提出了油基钻井液条件下基于激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectroscopy，LIBS)信息的激光岩屑录井技术，解决了页岩气勘探开发中岩屑录井技术难题。

1 油基钻井液对岩屑录井的影响

油基钻井液含有大量柴油、氧化沥青等物质，会使岩屑样品特征发生较大变化，不利于准确识别岩性。

图1 油基钻井液岩屑样品图2 清洗后的岩屑样品

1)污染岩屑样品，不易清洗。油基钻井液条件下，钻遇的地层岩屑在上返地面的过程中，钻井液中的部分油质成分吸附并浸入到岩屑样品内部，岩屑样品表面包裹的钻井液难以快速清洗干净，给现场录井技术人员及时采集、清洗岩屑样品带来不利影响。图1是YYP3井捞取岩屑样品的砂样盆，盆内接取的岩屑受油基钻井液污染十分严重，清洗困难。

2)油质浸入岩屑内部，荧光录井可靠性降低。由于油基钻井液具有荧光特性，岩屑荧光特征包含油基钻井液及其自身的荧光信息，荧光录井数据失真，难以准确描述岩屑特征。

针对上述问题，现阶段主要采用2种录井技术进行处理：①通过对比不同有机溶剂，结合施工现场工况和环境保护要求，优选出柴油作为清洗剂替代清水用于清洗捞取的岩屑样品，提高了油基钻井液岩屑的清洗效果。但是，清洗后的岩屑仍然呈现黑色，失去了本来的颜色(见图2)，真实的岩性描述仍然存在困难。②利用X射线荧光录井技术检测样品特征，识别样品岩性。该方法排除了部分岩屑样品污染物的影响，提高了岩性识别符合率。

上述技术方法消除了油基钻井液对岩屑录井的部分不利影响，但也为岩屑样品的岩性识别增加了劳动强度，延长了分析时间，并未真正有效解决油基钻井液给岩屑录井带来的系列问题。

2 激光岩屑录井技术及其特点

激光岩屑录井技术是利用激光岩性分析仪检测分析岩屑样品LIBS信息，实现样品中元素信息的量化检测，利用样品中元素组合关系及谱图特征，实现自动识别岩屑样品岩性的一种录井新技术[1～3]。该技术具有明显的技术特点和技术优势。

1)无损检测岩屑、岩心样品。在合适的激光器光源功率工作过程中，利用激光轰击岩屑样品表面可以诱导产生等离子体，而不损害样品表面结构。

2)高精度检测样品中元素含量信息。该成果实现了岩屑样品中元素含量的定性与定量检测，最小分辨率达到10mg/m3，为准确识别样品岩性奠定了基础。

3)样品岩性识别周期短，具备实时分析特点。根据LIBS检测技术特点，岩屑样品LIBS信息检测时间为毫秒级，每个样品的岩性识别时间不超过5s，能够满足施工现场快速识别岩性技术需求。

4)具备剥蚀样品表面污染物特点。激光岩性分析仪的光路系统固定后，激光器发射出的高能激光经过准直聚焦后汇聚在岩屑样品表面，可实现无损检测岩屑样品；通过调整光谱系统，增大光路汇聚焦距，使汇聚光斑位置处于岩屑样品表面以下的位置，高能激光照射到岩屑样品表面时，能够诱导产生击穿光谱，产生剥蚀作用。

图3是利用激光岩性分析仪对油基钻井液岩屑样品进行的剥蚀试验数据对比图。

图3 岩屑样品相同位置剥蚀前后LIBS强度相关性对比图

由图3可以看出，经过第1次剥蚀后，测量的岩屑样品激光诱导击穿光谱数据与其表面数据之间的相关系数R2=0.8430；第2次剥蚀后，测量的岩屑样品激光诱导击穿光谱数据与第1次剥蚀后检测点数据之间的相关系数R2=0.9445；第3次剥蚀后，测量的岩屑样品激光诱导击穿光谱数据与第2次剥蚀后检测点数据之间的相关系数R2=0.9599；第4次剥蚀后，测量的岩屑样品激光诱导击穿光谱数据与第3次剥蚀后检测点数据之间的相关系数R2=0.9650。剥蚀试验数据表明，岩屑样品表面与其剥蚀后的LIBS信息之间相关系数R2=0.8430，剥蚀后同一位置相关系数R2均大于0.9445，岩屑样品表面被油基钻井液污染，经过一次剥蚀后，利用激光岩性分析仪可以检测到岩屑样品的真实LIBS信息，提高岩性识别符合率。