四川盆地渝西深层页岩气龙马溪组取心卡层监督案例分析

卢杭，胡绍敏，庞淼

中国石油西南油气田分公司 工程技术监督中心（四川 成都 610000）

四川盆地护国寺向斜南接塘河构造，西北隔广普向斜与六合场背斜、花果山背斜相望，东为临峰场背斜构造，呈南北向展布特征，向斜内无区域大断层发育。该向斜较宽缓，向斜内最低海拔线为- 4 700 m，最高海拔线-4 500 m，闭合度200 m，闭合面积约90 km2。为落实川南地区五峰—龙马溪组有利区向川东地区展布特征及储层品质[1]，扩大渝西地区深层页岩气有利区范围，进行产能评价，在护国寺向斜西翼部署了风险探井JYT1 井。JYT1 井在直井段钻井过程中，为获取志留系龙马溪组黑色页岩的地化、岩矿、物性、含气性、岩石力学等资料，为下步区块评价、建产区优选、储量申报等工作奠定基础[2]，对龙一1亚段和五峰组黑色页岩进行了全井段取心，取心卡层重点为卡准龙一2亚段底界。JYT1 井设计井深4 590 m，完成直井钻井后，对水平井箱体进行精细设计，优选龙一1小层4 m 为直改平箱体，直改平井完钻井深6 410 m，完钻垂深4 606 m，水平段长1 620 m，刷新了川渝地区已完钻页岩气水平井垂深纪录，标志着渝西深层页岩气勘探取得重要进展。

1 取心卡层基本情况

1.1 设计与实钻地层情况

JYT1井栖霞组以上地层较稳定，与设计吻合度较高，与邻井T22 井对比较好。梁山组底界设计井深3 460 m，实钻分层底界3 524 m，实钻比设计深64 m；韩家店组～石牛栏组底界设计井深4 040 m,实钻分层底界3 960 m，实钻比设计浅80 m；龙马溪组底界设计井深4 530 m,实钻分层底界4 320.5 m，实钻比设计浅209.5 m；设计与实钻相差较大（表1）。

表1 JYT1井设计与实钻地层分层 /m

1.2 龙马溪组～宝塔组取心要求

JYT1井设计要求取心现场利用随钻伽玛、岩屑录井、特殊录井、邻井等资料，确保取全龙一2亚段～五峰组黑色页岩取全取准各项岩心资料，预计在龙一2亚段～龙一1亚段顶TOC 含量1%～2%层段取心20 m，龙一1亚段～宝塔组取心65 m。并要求实际取心井段及长度根据JYT1 井钻遇地层情况实时调整，具体取心要求见表2。

表2 JYT1井取心要求

2 取心卡层难点分析

JYT1井属于新探区一口风险探井，护国寺向斜志留系以上地层采用相邻最近的塘河构造图，志留系以下地层塘河构造无井，采用渝西区块二维资料连片重新解释的五峰组底界构造图。根据地震资料显示，JYT1井志留系比H202井、H201井、L7井等厚±200 m，在单井地震剖面图上JYT1 井与H202 井志留系也不具有可对比性，地层对比非常困难。

取心卡层主要难点有：①邻井较少，且井间距离比较远、地震资料可比性较差；②无法通过地震资料确定韩家店组～石牛栏组厚度，地层对比难度大，无法准确预测石牛栏组底部深度；③石牛栏组与龙马溪组分层处岩性区别不明晰，元素录井等数据界线不明显[3]；④龙马溪组龙一2亚段～龙一1亚段岩性相似，小层划分不明显，现场不易把握。

3 取心卡层方案

3.1 与邻井资料对比分析

结合邻井资料分析，JYT1井区志留系地层存在如下特征：

1）JYT1井设计志留系厚度与邻井相差较大，与邻井H202、H201、L7井等井厚度相差200 m，其主要差异原因是韩家店组～石牛栏组厚度具有不确定性。

2）韩家店组石牛栏组岩性特点对比：①韩家店组～石牛栏组上部为灰绿色泥岩与灰色泥岩互层，夹薄层灰岩；②以石牛栏组下部为灰绿色泥岩夹薄层灰岩，JYT1 井该段岩性组合特征无法确定，给石牛栏组与龙马溪组层位划分带来一定难度。

3）龙马溪组厚度预测：JYT1 井设计奥陶系宝塔组顶界海拔-4 250 m，邻井龙马溪组总厚284～495m,预测JYT1井石牛栏-龙马溪组总厚在900～950 m，龙马溪组预测厚度420～460 m，整体厚度差异性较大。

4）邻井龙一1亚段4个小层总厚在63～90 m。由于JYT1井与邻井距离均较远，降低了地层对比的准确性，初步预测龙一1亚段顶部距龙马溪顶340～400 m，预测JYT1井4个小层总厚度在65～85 m。

5）利用石牛栏组邻井元素分析结果对比找出共性。石牛栏组“断灰”即进入龙马溪组，根据H201井、H202井、H202H2-1井、H202H3-2井、H203井对比分析，分别距龙一1顶230～430 m，预测JYT1井大概380～400 m。

6）邻井元素录井对比情况。通过元素对比邻井在距龙一1亚段4 小层顶35～80 m 处硫元素、铝元素明显上升，硫铁交汇面积增大。JYT1井钻进至龙一2亚段硫元素明显上升后，继续钻进30～40 m 取心，钻进中应注意钙元素含量变化，钙元素在龙一2亚段底部持续上涨。

3.2 监督管控关键点

1）督促现场全面收集学习邻井资料[4]，JYT1 井为新探区第一口风险探井，志留系以下采用的渝西区块二维资料连片重新解释的五峰组底界构造图，与邻井地层对比困难。龙马溪组厚度可能与邻井和设计出入较大。因此现场必须掌握区域地层情况。

2）四川盆地川南地区(包括宜宾、长宁、泸州、叙永、合江、重庆、永川等地)泸州区块龙一2亚段～龙一1亚段，一般有60 m 左右黑色碳质页岩，粉末状黄铁矿，24 m 左右黑色含粉砂质碳质页岩，微含钙质，具粉末状黄铁矿，富含笔石[5]。现场取心卡层过程中，应充分利用该特征。

3）龙马溪组岩性颜色的变化，呈渐变性且逐步加深。在靠近龙一2亚段底部，随着岩屑中有机质的增加气测基值会升高，岩屑颜色会变深，现场应充分运用该特征，并分析其他特色录井数据，细化地层对比，力求卡准层位。

4）残余碳分析TOC 接近取心层位保持上升趋势，结合邻井和以往工作经验，龙一1亚段4小层～1小层TOC≤5%，好的显示现场分析会在0.7%～2%，在接近龙一2亚段底部TOC 一般会保持上升趋势。现场可充分利用该特征。

4 卡层方案实施及监督履职

4.1 卡层过程

1）2020年10月8日JYT1 井依据元素分析结果，确认自井深3 960 m“断灰”进入龙马溪组，因石牛栏组底部未出现特征灰岩，致使现场对于龙马溪组和石牛栏组层位划分把握不准确。

2）10月9 日见灰色页岩，现场认为进入龙一2亚段，10月10日按照建设方要求进入龙一2亚段250 m后，开始控时钻进。

3）10月10 日20:50 钻进至井深4 243 m，现场监督复查岩屑后提出建议，如气测基值升高，岩屑颜色再变深，应取心，若继续钻进将进入龙一1亚段。

4）10月11 日8：00 钻进至井深4 275 m，监督检查时发现岩屑自井深4 256 m 之后颜色开始变深，且气测值由井深4 258 m 开始明显升高，岩屑明显污手。在岩屑中发现有黄铁矿出现（图1）。

图1 钻进至4 275 m时复核岩性

经分析认为：在井深4 261 m全烃达到1.566 3%时，已经进入龙一1亚段4小层，顶板已钻穿，随即要求井队立即停钻，此时为井深4 275 m。现场监督随即电话汇报了现场情况，结合元素分析结果，决定于4 275 m开始取心。

4.2 卡层意见分歧

取心前现场监督人员和现场卡层人员意见出现分歧，主要是对邻井资料和JYT1井实钻情况认知产生偏差。

1）现场录井队卡层人员在卡层前提出以下观点[6]：①JYT1 井尚未钻到取心井段，对比邻井H201井，按等厚预测，应钻至井深4 292 m 才到取心顶板，计划自4 280 m 开始控时钻进；②JYT1 井4 250 m 硫元素开始上涨，等厚对比邻井H201 井，地层要提前20 m，结合钻前取心方案，邻井过渡段35～60 m厚度（除去H202H2-1 井钻遇断层厚度）；③钻至井深4 275.00 m，仅硫元素上升、气测值升高，随钻伽马无明显变化[7]，现场卡层人员对应H201 井判断目前进入所谓的过渡段，预计取心井段在4 300 m左右。

2）现场监督人员决定取心，理由如下：①气测基值的升高，是因为有机质的含量增加，是龙马溪下部地层固有的特征。志留系岩屑颜色明显变深，也是有机质含量增加的体现，黑色碳质页岩的出现预示已经进入龙马溪组下部地层。结合岩屑和气测判断，认为在井深4 261 m 就已进入龙一1亚段4小层。②元素分析结果硫元素的增加是因为龙马溪组下部黑色页岩中含有较多的有机质，而且还有分散状的硫化铁，只有进入龙一1亚段4 小层之后，地层中才会有黄铁矿的出现，黄铁矿(FeS2)主要成分含铁46.6%、硫53.4%，在沉积岩中呈结核状、细分散状分布，与现场元素录井特征和岩屑岩性特征相吻合。③TOC分析自井深4 258 m之后，一直处于上升趋势，4 269 m 之后更是明显上升，而在井深4 275 m分析结果为1.040%，符合设计取心要求。④现场应该以实际情况，结合岩屑、气测及特殊录井分析结果，进行综合判断，不应局限于一个狭隘的点[8]。

4.3 卡层结果验证

1）JYT1 井自井深4 275 m 开始钻井取心，现场结合岩心岩性确认，已进入龙一1亚段4 小层，顶板已钻穿。

2）JYT1井并没有邻井所谓的“过渡带”，根据邻井元素分析对比和完井后测井证实（图2），JYT1 井于井深4 261.20 m 进入了龙一1亚段4 小层，该层位划分与监督现场判断JYT1吻合，也验证了钻井取心时，已进入龙一1亚段4小层。

图2 JYT1井龙马溪组测井解释图

5 卡层失误原因分析

1）录井人员未参加区域地质情况培训就上井，无该区块地质录井工作经验，对区域地层特征不熟悉，在录井过程中过份依赖邻井资料和元素录井，对岩性发生变化、气测显示缺乏敏感性，且录井人员更换频繁，业务能力不强，岩屑颜色发生明显变化也未能向队长及卡层人员汇报。

2）卡层取心期间，未建立起完善的沟通机制，未针对卡层中的相关状况达成统一意见，不能及时协商、协调具体取心方案。如出现气测基值升高时未要求钻井队配合进行地质循环，岩屑颜色变深时未及时通知钻井队停钻循环并汇报。之后虽然分别在4 267.43 m和4 269.53 m井深时进行地质循环，但未及时向建设方主管人员和现场监督汇报，而是在地质循环后按照个人的主观意识判断让钻井队继续恢复钻进。

3）现场人员过于依赖元素录井这一单一录井技术，未结合各项录井技术进行综合性分析，现场注意力均在元素分析结果上[9]，而忽略了JYT1 最基本也是最直接的第一手资料，即对岩屑的及时观察和对气测值变化的掌握情况[10]，也忽略了外界因素对元素分析结果的影响。如:钻井液中加入的泥浆材料对元素分析的影响，岩屑的取样等因素。

4）泥浆材料对录井的影响较大，岩屑淘洗后假岩屑占比过高，对判断地层岩性造成误导。例如：第一次钻井取心发现井深4 276、4 277、4 288、4 290、4 291 m 岩屑为明显的细砂岩，与实钻地层不符，后对所加泥浆材料进行取样，逐一排查分析，落实其成分为重晶石粉水洗后的残留物。

6 结论与建议

探井取心卡层是录井中一项重要的工作，也是一项需要多方配合协调的综合性施工作业，为确保卡层顺利进行，取全取准设计要求的岩心资料，需要做好以下工作。

1）录井施工技术人员应熟悉探区的地质构造情况，在取心前做好取心方案，并派驻有该区域录井工作经验的地质工程师驻井把关，根据实钻情况及时调整取心方案。

2）在录井取心卡层过程中，充分利用岩屑识别定名、邻井岩性组合对比、工程录井、气测录井等传统录井方法，对地层情况进行综合分析，同时应积极探索XRD、XRF、定量荧光、核磁、残余碳分析等录井新技术在地层对比划分中的应用，总结出录井新技术的适用范围，在邻井分层卡层中推广应用。

3）录井施工人员应有高度的工作责任心，做好各项录井工作。如发现异常情况，不能简单判断，应首先排除干扰因素，力求从整体出发，并及时与驻井监督、项目建设方汇报沟通，多方研判后再下定论。

4）现场监督要有高度的责任心与丰富的现场经验，更要有风险意识，能洞察施工中的风险，透析防控措施，及时协调好各施工方，确保卡层工作顺利进行。