分类：建筑论文 时间：2022-03-04 热度：581
摘 要：松辽盆地资源与环境深部钻探工程计划实施两井四孔，其中松科2井东孔是钻探的主体钻孔，设计井深为6400m，拟穿透白垩纪地层。松科2井东孔的实施对于开展白垩纪沉积环境和气候研究、实现油气勘探新突破、提升深部钻探技术和复杂井况的测井技术水平等具有重要意义。围绕钻探的科学目标和任务，结合松科2井东孔钻井工程设计及井况特点，开展了测井设计。提出松科2井东孔拟采用先进的测井仪器设备采集测井数据，设计的测井方法系列包括裸眼井综合测井和套管井固井质量检查测井2大类。根据钻井开次和钻进计划情况，设计了8次裸眼井综合测井和5次套管井固井质量检查测井。不同钻井开次的裸眼井综合测井项目有所不同;考虑到井深4500m 以下高温测井的挑战性，设计了必测项目和选测项目。总之，松科2井东孔测井设计既力求取全取准各项测井资料，又体现了应对复杂井况的灵活性，有利于松辽盆地资源与环境深部钻探科学目标的顺利实现。
关键词：松辽盆地;白垩系;大陆科学钻探计划;松科2井东孔;测井设计
0 引言
大陆科学钻探是人类探索地球奥秘的最直接途径，被誉为深入地球内部的“望远镜”[1]。自20世纪60年代以来，全球至少在13个国家和地区实施了大陆科学钻探井100余口[1-3]。中国作为国际大陆科学钻探计划(ICDP)发起国之一，高度重视并积极开展大陆科学钻探工作。中国大陆地区已经实施或正在实施的大陆科学钻探项目包括：江苏省东海县的中国大陆科学钻探工程(CCSD)、青海湖环境钻探工程(CESD)、汶川地震断裂带科学钻探工程(WFSD)以及白 垩 纪 松 辽 盆 地 资 源 与 环 境 深 部 钻 探 工 程(CCSD-SK)[1，3-6];台湾地区实施了车笼埔断层钻探项目(TCDP)[7]。松辽盆地资源与环境深部钻探工程计划实施二井四孔，松科1井包括南、北两孔，松科2井包括东、西两孔。松科1井于2006年8月正式开钻，2007年10月顺利完钻，已经取得了丰硕的研究成果[3，8-9];松科2井于2014年4月13日正式开钻，目前钻探工作正在进行之中。
松科2井东孔设计井深为6400m，是松辽盆地资源与环境深部钻探的主体钻孔。它是全球第一口钻穿白垩纪陆相地层的大陆科学钻探井。松科2井的实施，对于开展白垩纪沉积环境和气候研究、实现油气勘探新突破、提升深部钻探技术和复杂井况的测井技术水平等具有重要意义。
测井具有连续记录钻遇地层地球物理信息的特点，能够为研究地层提供准确、全面的基础资料，在能源和矿产资源勘探中发挥了重要作用[10-11]。在科学钻探井中采集测井资料，能够获取地下数千米甚至上万米原位、连续、高分辨率的物理参数，为地学研究提供丰富的地质信息，为科学钻探目标的实现提供有力支持[12-20]。现代测井技术方法种类繁多、各种测井方法在不同程度上都会受到井眼条件的影响，对于松科2井东孔来说，测井还将面临高温和超高温环境的挑战，以及白垩纪沉积环境和气候研究对测井质量的更高要求等问题。因而，设计合理的测井方案对于确保科学钻探工程的顺利实施是十分必要的。
围绕松辽盆地资源与环境深部钻探工程的科学目标和任务，结合松科2井东孔钻井工程设计及井况特点，开展了测井设计。
1 松科2井东孔概况
松科2井 东 孔 是 获 得ICDP资 助 的 大 陆 科 学钻探井之一，中国 地 质 大 学(北 京)王 成 善 院 士 担任首席科学 家，中 国 地 质 科 学 院 勘 探 技 术 研 究 所负责组织实施，采 用 吉 林 大 学 研 制 的“地 壳 一 号” 万米科学 钻 机 钻 进。通 过 松 科 2 井 东 孔 的 钻 探，重点研究白 垩 纪 地 球 温 室 气 候 和 环 境 变 化，建 立服务“百 年 大 庆”目 标 和 基 础 地 质 研 究 的 “金 柱子”，提供油气地 球 物 理 勘 探 的 科 学“标 尺”，攻 克高温钻井、取心和测井等关键工程技术难题，培养具有国际视野的地球科学人才和高水平的科学超深井钻探队 伍，使 我 国 在 世 界 地 球 深 部 观 测 与 试验研究领域走向国际科学前沿。
松科2井东孔位于黑龙江省安达市南来乡六撮房村东南约0.25km 处，距安达市19km。地理坐标为东经125°21′47.03″、北纬46°14′26.89″，井口海拔为164m。松科2井东孔西侧5.5km 为203国道，东侧6.2km 为301国道，自井场向东7.6km为 G10绥满高速入口、12km 为齐哈铁路曹家站，因而交通较为便利。松科2井东孔地理位置如图1所示。
松科2井东孔在构造上属于松辽盆地东南断陷区徐家围子断陷带宋站鼻状构造带。徐家围子断陷近南北向展布，南北向长95km，中部最宽处有60km，面积4300km2，其构造演化经历了火石岭期—沙河子期以及营城期两个发育阶段。其中火石岭期—沙河子期为强烈断陷阶段，是断陷的主要发育期，形成了徐家围子断陷的主体;营城期为断陷向坳陷转化阶段，断陷趋于萎缩[21]。宋站鼻状构造由北东向南西方向倾没，西部与汪家屯构造相邻，是一个早期形成、长期发育的鼻状构造。
根据已有的石油勘探资料推测，松科2井东孔钻遇地层自下而上依次为：石炭—二叠系基底，侏罗系火石岭组，下白垩统沙河子组、营城组、登娄库组、泉头组、青山口组、姚家组和嫩江组，上白垩统四方台组和明水组以及第四系沉积物。下侏罗统和第三系可能缺失。沉积上，早期以扇三角洲-湖泊体系为主，随着徐家围子断陷盆地的演化，逐渐向河流、河流三角洲-湖泊体系过渡。火石岭组处于断陷盆地形成初期，而营城组处于末期，这两个时期断陷湖盆水体较浅，主要形成砂岩、砂砾岩和火山岩等储层。沙河子组处于盆地演化的中期，为断陷盆地发育的鼎盛时期，形成了断陷期烃源岩和局部盖层。登娄库组二段为坳陷湖盆发育的鼎盛时期，泥岩等致密层较为发育。登娄库组一段和三、四段分别处于坳陷盆地形成的初期和末期，此时湖盆水体较浅，发育碎屑岩储层。泉头组二段为河流相沉积层序，但其泥岩占地层厚度的比例约为60%以上，形成深层重要天然气藏的盖层[22]。青山口组底部与嫩江组二段底部为黑褐色油页岩，沉积相以深湖相为主。
根据邻井的测录井和测试结果，推测松科2井东孔在姚家组、青山口组、泉头组、登娄库组和营城组可能钻遇气层。同时，地质研究表明，在沙河子组、火石岭组和基底具有较大的含烃潜力，可能会获得油气突破。
2 测井科学目标与设计依据
2.1 测井科学目标
松科2井东孔的测井工作，需要围绕松辽盆地资源与环境深部钻探工程的科学目标和任务，根据松科2井东孔钻探任务及工程设计的要求，采用先进的测井仪器设备，选择合适的测井系列，准确可靠地采集各种原位测井数据，经处理和解释后，提供多种测井信息，为地学研究和钻探施工服务。松科2井东孔测井的主要科学目标为：(1)为白垩纪陆相沉积学研究和地球物理勘探科学“标尺”的建立，提供完整、连续的地层物性参数和井旁构造参数;(2)探索白垩纪距今6500万年至1.4亿年间的地球温室气候和环境变化与测井信息之间的关系;(3)针对重点含油气层位(姚家组、青山口组、泉头组、登娄库组和营城组)进行储层划分和油气评价;(4)为未来充分利用松科2井开展深部长期观测与实验研究，提供必要的基础资料;(5)为钻探施工提供技术支持。
2.2 松科2井东孔井身结构及地层条件
根据钻井工程设计，松科2井东孔计划分五开钻井，各开次情况见表1。从地面开始算起，0～20m为导管，20m以下依次为5个开次，其中一开和二开先小口径成孔(一开Φ444.5mm、二开Φ215.9mm)，再根据设计的井径扩孔[6，23]。二开钻进过程中在嫩江组取心120m，三开登娄库组底部以上100m 至井底进行连续取心，岩心收获率要求不低于95%。
采用地温-深度关系法、地温梯度法对松科2井东孔的地层温度进行预测，其结果如表2所示。在三开底部4500m 深度，两种方法预测的地层温度分别为169.99 ℃和179.44 ℃，接近或超过常规测井仪器正常工作的温度上限;四开底部5800m 深度，预测的地层温度分别为219.39℃和239.24℃;五开底 部 6400 m 深 度，预 测 的 地 层 温 度 分 别 为242.19 ℃和266.84 ℃，属于超高温测井环境。
根据邻井地层压力测试资料，预测出松科2井东孔沙河子组底部压力最大为57.48 MPa，属于测井仪器正常工作的压力范围。徐家围子断陷内目前还没有井钻遇火石岭组和基底，对应的实测地层压力资料也未获取，未预测火石岭组和基底的地层压力。由于5670m深度预测的最大地层压力为57.48MPa，预计本井底部6400m 地层压力不超过测井仪器正常工作的压力上限(一般为137MPa)。
2.3 测井设计依据
测井设计的主要依据包括：(1)松辽盆地大陆科学钻探工程的总体目标、松科2井东孔地质设计中提出的研究目标和任务;(2)松科2井东孔的钻井工程设计及井况，包括钻井开次、各开次的井径、泥浆性质，钻遇地层岩性、温度和压力条件;(3)松科2井东孔的工程可行性、经济可行性和工程周期等因素;(4)国内最新的地球物理测井相关行业规范、标准;(5)国内高温小井眼环境下的测井情况和经验，包括古龙1井、泌深1井、胜科1井等;(6)松科1井南孔的测井经验。
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此外，国内已实施的中国大陆科学钻探(CCSD)和汶川科学钻探(WFSD)，以及国外的科拉超深孔(SG-3)、德国大陆深钻计划(KTB)等的测井情况和经验也具有参考价值[24-27]。
3 测井总体设计
围绕松辽盆地资源与环境深部钻探工程的总体目标以及测井任务，基于松科2井东孔地质、钻井设计内容，结合实际地层条件(温度、压力、流体性质)以及不同测井系统和测井仪器的性能指标，对松科2井东孔不同开次的测井项目进行了设计。
3.1 测井方法系列
根据测井工程在科学钻探中的任务，设计的测井方法分为裸眼井综合测井与套管井固井质量检查测井两大类。裸眼井综合测井能够在钻开地层后、下套管之前获取原位地层信息，为白垩纪温室气候及环境的研究、储层油气评价等提供可靠资料;而套管井固井质量检查测井能够在下套管后确定地层的套管接箍和水泥胶结质量，提供可靠的固井质量信息。详细的裸眼井综合测井和套管井固井质量检查测井项目及用途如表3。
3.2 测井总体计划
设计的松科2井东孔裸眼井综合测井包括常规测井、特殊测井，其中考虑到井深4500m 以下高温测井的挑战性，设计了必测项目和选测项目，各种测井项目的设计情况如表5所示。设计的常规测井方法包括双侧向、微球聚焦电阻率、自然电位、自然伽马、声波、中子、密度、井斜、井径、井温和泥浆电阻率测井共11项;特殊测井方法包括微电阻率扫描成像、超声成像、阵列声波、阵列感应、核磁共振、元素俘获能谱、自然伽马能谱、磁化率测井和电缆地层测试共9项;套管井固井质量检查测井则包括自然伽马、水泥胶结测井和套管接箍测井共3项。
一开钻井采用的钻头直径较大(Φ444.5mm)，难以获得高 精 度 的 测 井 信 息，并 且 该 目 标 层 段 的测井资料对松辽盆地大陆科学钻探工程科学问题研究的意义 不 大，因 此 一 开 钻 井 后 仅 进 行 少 量 的常规测井。二 开 和 三 开 钻 井 后，基 于 油 气 层 识 别和评价的考虑，如有油气显示，在目的层段加测阵列感应、核 磁 共 振 测 井 和 电 缆 地 层 测 试。考 虑 到大井眼的环 境 会 影 响 到 测 井 质 量，二 开 和 三 开 施工时，建议待测井完成后，再扩孔下套管。四开和五开钻井过程中，如果发现好的油气显示，在井眼温度等条件 允 许 的 情 况 下，可 选 测 元 素 俘 获 能 谱测井。
从三开钻井开始，地层的温度和压力均超过磁化率测井仪器的性能指标范围，因此，不安排磁化率测井项目。从四开钻井开始，由于井眼温度的限制，不进行微球聚焦电阻率、自然伽马能谱、超声成像、微电阻率扫描成像和多极子阵列声波测井。
测井仪器组合(系列)仅为参考，具体组合可由施工单位按实际情况调整，但必须保证测井方法(项目)不得遗漏和测井的安全性。配合钻井安全施工的各种技术测井，如确定井漏、井涌位置，确定卡点位置及摸鱼顶或寻找金属落物位置等，视工程需要及时安排测井作业。
3.3 测井系统选择
目前，国内外广泛使用且较为先进的测井系统包括贝克阿特拉斯公司的 ECLIPS-5700、哈里伯顿公司的 EXCELL-2000和斯伦贝谢公司的 MAXIS-500测井系统。这些测井系统均有其自身优势，当井眼温度不超过177 ℃、压力不超过138 MPa时，能够实现上述裸眼井测井或套管井测井项目的测量(磁化率测井除外)，获得高质量的测井资料。
在超高温、超高压的井眼条件下，ECLIPS-5700、EXCELL-2000、MAXIS-500测 井 系 统 的 应 用 都 受到限制。哈里伯顿公司近年来推出了 LOG-IQ 高温高压测井系列(HEATSuiteII)，下井 仪 器 的 最大温度为260 ℃、最大压力为206.8 MPa。LOG-IQ 高温高压下井仪器包括自然伽马、阵列感应、阵列声波、中子与岩性密度等，主要性能指标如表4所示。
根据表2所示的地层温度预测结果，一开钻井至三开钻孔，预测的地层温度不超过179.44℃，测井作业时实际井眼温度比地层温度还要低一些，因此可以选择ECLIPS-5700、EXCELL-2000或 MAXIS-500测井系统进行数据采集;从四开钻井开始，井深超过4500m，预测的地层温度超过170 ℃，出于测井安全和获取高精度测量结果的考虑，采用 LOG-IQ 高温高压测井系列进行数据采集。
3.4 测井进度安排
测井进度安排根据钻井施工进展情况而定。测井时间长短取决于测井方法(项目)的多少、松辽盆地大陆科学钻探工程研究目标对测井资料的要求、测量井段长短以及下井仪器的性能指标所限定的速度等多种因素。
松科2井东孔设计井深较深、开次多、井眼环境复杂、钻进时间长，当测量井段过长时，会增加测井安全风险，易出测井事故，难以保证取全取准全部原位测井数据。因此，计划针对松科2井东孔，共进行8次裸眼井综合测井和5次套管井固井质量检查测井，各开次的测井安排如表5所示。(1)一开钻井后，安排一次裸眼井综合测井。下技术套管后，安排一次套管井固井质量检查测井。(2)二开钻井期间，安排两次裸眼井综合测井。由于二开钻井设计的井段较长，而且根据邻井测井解释显示，二开钻进井段可能钻遇气层。如果在钻井后等待太长的时间，泥浆的侵入会导致测量的电阻率无法准确反映原始地层的真实电性特征。为了获取较为真实的地层电性参数，在二开钻井过程中，分别在钻至1840m 后和钻至2840m 后各安排一次裸眼井综合测井。在第三次裸眼井综合测井完成、下技术套管后，安排一次套管井固井质量检查测井。虽然钻井计划中二开钻完井后从0～2838m 井段均下技术套管，出于节约成本的考虑，只在450～2838m 井段安排套管井固井质量检查测井。(3)三开钻井期间，安排两次裸眼井综合测井。根据钻井设计，三开钻井周期接近300天。同时，根据邻井测井解释显示，在3740m 以上井段可能钻遇气层。为了获取可靠的原位地层信息，同时尽可能地获取反映地层流体性质的测井资料，在三开钻进至3740m 和4500m 井段时各安排一次裸眼井综合测井。在第五次裸眼井综合测井完成、下技术套管后，安排一次套管井固井质量检查测井。在确保获取可靠的地层信息前提下，出于节约成本的考虑，只在2838～4498m 井段安排套管井固井质量检查测井。(4)四开钻井期间，安排两次裸眼井综合测井。根据钻井设计，四开钻井周期接近500 天，钻井时间较长。为了获取高质量的原位地层信息，在四开钻进至5200m 和5800m 井段时各安排一次裸眼井综合测井。在第七次裸眼井综合测井完成、下技术套管后，在4350～5798m 井段，安排一次套管井固井质量检查测井。(5)五开钻井的井段短，地层温度高。因此，只安排一次常规测井。五开钻井完成后，在5650～6398m 井段，安排一次套管井固井质量检查测井。——论文作者：邹长春1，2， 肖 亮1，2， 牛一雄3， 侯 颉1，2， 彭 诚1，2
文章名称：松辽盆地科学钻探工程松科2井东孔测井设计
