钻井地质基础知识

钻井地质基础知识
技术服务中心
1.地球及组成
地核的范围大约从地下2900公里至地心6371公里，主要是由铁镍组成。

地馒的范围大约在地下33公里至2900公里之间，主要是由铁镁硅酸盐、金属氢化物和不同矿化物组成。

最上面的一层硬壳，叫地壳，是由岩石组成的，又叫岩石圈。

地壳的厚度各处不一：大陆上高山地区最厚可达60－75公里；大洋中一般小于10公里；平均厚度约33公里。

组成地壳的岩石，按成因的不同，分三大类：火成岩、变质岩、沉积岩。

2.地层知识
地层（stratum）
☆地质历史上某一时代形成的层状岩石成为地层，它主要包括沉积岩、岩浆岩以及由它们经受一定变质的浅变质岩。

☆地层是指在某一地质年代因岩浆活动形成的岩体及沉积作用形成的地层的总称。

☆所谓的地层是指在地壳发展过程中形成的各种成层和非成层岩石的总称。

从岩性上讲，地层包括各种沉积岩、岩浆岩和变质岩；从时代上讲，地层有老有新，具有时间的概念。

）地壳中具一定层位的一层或一组岩石。

地层可以是固结的岩石，也可以是没有固结的堆积物，包括沉积岩、火山岩和变质岩。

在正常情况下，先形成的地层居下，后形成的地层居上。

层与层之间的界面可以是明显的层面或沉积间断面，也可以是由于岩性、所含化石、矿物成分、化学成分、物理性质等的变化导致层面不十分明显。

（1）火成岩，又名岩浆岩。

是高热的岩浆从地球较深处侵入地壳，或喷到地表冷凝后形成的．特点是无层次，块状，一般都很致密而坚硬。

如花岗岩、玄武岩、正长岩等都是火成岩。

（2）沉积岩。

是母岩（即火成岩、变质岩和早期形成的沉积岩）受风吹雨打、温度的变化、生物的作用、水的溶解等因素的影响，逐渐地剥蚀、破碎，形成了碎屑物质、溶解物质和残余物质，这些物质经过流水、风力、冰川、海洋等搬运，离开了原地，在适当的条件下沉积下来，经过压实、交结、形成了沉积岩。

沉积岩的特点是有层理，有化石（各种古代动植物的残骸遗体）。

（3）变质岩。

是沉积岩或火成岩在地壳内部，由于物理化学因素（如高温、高压、岩浆的同化等）影响下，经过了变质作用改变了原来的成分和结构而变成新的岩石。

例如石灰岩变成大理石；花岗岩变为片麻岩。

变质岩中没有残存下来的化石，它与火成岩的主要差别是具有变晶结构。

如片麻岩、片岩、板岩等。

岩石是由矿物组成的。

组成岩石的主要矿物有十几种：如石英、长石、云母、方解石、粘土矿物等等。

岩石的物理、机械性质（如硬度、塑性、研磨性的大小等）与组成岩石的矿物和胶结物的性质有密切关系。

矿物硬度的比较级别如下：
1级——滑石 2级——石膏 3级——方解石，
4级——萤石 5级——石灰石 6级——正长石；
7级——石英 8级——黄玉 9级——刚玉；
10级——金刚石。

级数越高，硬度越大；目前发现的自然物质中，金刚石最硬。

3.沉积岩
（1）粘土和黄土：它是由直径0．01毫米以下的粘土矿物撤粒组成的沉积层。

（2）泥岩及页岩：粘土类的沉积物经成岩作用而形成。

呈块状、厚层状者称为泥岩，呈薄片展状（层厚小于1毫米）的泥岩称为页岩；含石油沥青丰富，可提炼石油的页岩叫油页岩。

①黑色页（泥）岩、油页岩在一定条件下可成为良好的生油岩；②具有一定厚度的粘土岩又可作为油、气的良好盖层；③在少数情况下，当粘土岩中的裂缝发育时，也可作为储油（气）层；④蒙脱石粘土岩可用作石油化工产品和其它工业产品的净化剂以及石油钻井液的原料；
⑤高岭石粘土岩还是陶瓷工业、耐火工业的重要原料。

（3）砂岩：砂粒（直径为0．01－1mm的矿物或岩石的碎屑颗粒）经胶结在一起形成的岩石叫砂岩。

按颗粒的大小又可细分为：
粉砂岩：颗粒直径0．01—0．1毫米
细砂岩：瞩拉直径0．1—0．25毫米
中砂岩：颗粒直径0．25一0．5毫米
粗砂岩：颗粒直径0．5—l毫米
按胶结物的不同，砂岩又分为钙质、泥质等。

砂岩一般都具有孔隙可以储存流体（油、气、水），由于岩石具有孔隙，在压力差的作用下，油、气、水能通过岩石，这种性质称为渗透性。

孔隙大的砂岩与裂缝发育的灰岩亦是渗透性好的岩石。

(4）砾岩。

矿物或岩石的颗粒大于1毫米者叫做砾石。

按颗粒的大小不同又可分为：粗砾岩：颗粒直径大于100毫米
中砾岩：颗粒直径10—100毫米
细砾岩：颗粒直径1—10毫米
如砾石形状不一且带有棱角的，则称为角砾岩。

（5）石灰岩（碳酸盐岩）：主要由方解石和白云石等碳酸盐矿物组成的沉积岩，主要成分为碳酸钙，基本上是由于生物和化学作用，在浅海或内陆湖泊内沉积生成，呈块状，比较致密和坚硬。

根据方解石和白云石的相对含量，碳酸盐岩可分为两大类：方解石含量大于50%的为石灰岩类，白云石含量大于50%的为白云岩类。

由于地壳运动的力量和地下水的侵蚀，常有裂缝和溶洞，石油与天然气就储存在这些裂缝和溶洞里。

按照成分的不同，石灰岩又可分为：石灰岩、泥灰岩、白云岩、生物灰岩（由生物残骸沉积成岩）。

白云岩与盐酸的反应比石灰岩弱得多。

由于石灰岩在白云岩化时体积收缩，因此白云岩裂缝较发育。

4.岩层性质与钻井的关系
岩层性质与钻井的关系主要表现在以下几方面：
★影响钻进的速度与钻头的进尺；
★导致钻井过程出现复杂情况，如井漏、井喷、井塌、卡钻，影响井眼的质量，如井斜、井径不规则；进而影响到固井质量。

★使钻井液性能如：密度、粘度、失水、切力、含砂、PH等发生变化；
（1）粘土、泥岩、页岩层：一方面，对于含蒙脱石较高的泥岩，极易吸收钻井液中的自由水而膨胀，使井径缩小，造成起下钻遇阻，甚至发生卡钻，如大港的明化镇地层；另一方面，对于伊利石含量高的泥岩，吸水后会产生剥落掉块，随着浸泡时间的延长，井径扩大或造成井壁坍塌。

泥质岩一般较软，机械钻速快，但容易泥包钻头，要搞好泥浆泵的维护，大井眼段争取开双泵；炭质页岩多呈薄片状，联结力弱，容易垮塌，要特别注意。

（2）砂岩：其性质依砂岩颗粒的大小、成分以及胶结物的类型有很大的差别。

颗粒越细，石英颗粒越多，硅质和铁质胶结物越多则越坚硬，越易磨损钻头，如石英砂岩；泥质胶结物
越多，云母和长石的成分越多，则较软易钻，砂岩颗粒越粗，胶结物越少，渗透性越好，则容易产生泥浆的渗透性滤失，并在井壁上形成较厚的泥饼，引起泥饼粘附卡钻等复杂情况。

这种孔隙大的砂岩是油、气、水的良好储集层，在含有高压油、气、水的砂质岩层中钻进，会发生油、气、水浸，要注意保护油、气层和防止井喷。

（3）砾岩：在砾石层钻进会产生跳钻、蹩钻和井壁垮塌；当泵排量小或钻井液粘度低时，不易将钻碎的砾石颗粒带出来，大港油田部分地区馆陶底砾岩容易发生钻井液渗漏现象。

（4）石灰岩：一般较硬，钻速慢，有的石灰岩缝缝洞洞发育，钻遇缝缝洞洞时会引起鳖钻、放空、泥浆漏失等情况，如大港油田部分地区的沙一段和奥陶系；有的缝缝洞洞里有油、气、水，这时漏层就是油、气、水层，在漏失后还会接着发生井喷。

因此正确的堵漏工艺、迅速有效地控制井喷、进行中速测试、完井投产等，是石灰岩地区钻井的突出问题
（5）当地层较硬交接时（例如泥岩和较硬的砂岩相间）易产生井斜；地层倾角比较大时也易产生井斜。

有时在地层交错部位也容易出现垮塌现象。

（6）当岩层中含有可溶性盐类，即钻到石膏层、岩盐层等，石膏和岩盐会破坏钻井液的性能，如大港南部区块小集、枣园等区块的孔一顶部含有厚度数十到数百米不等的石膏层。

（7）此外，钻井中还会遇到一些特殊岩性，如大港安山岩（火成岩）和玄武岩易漏；冀东的及大港海边的玄武岩易塌。

5.地质年代
地层系统的单位是如何划分的？
我国地层委员会采用宇、界、系、统、阶、亚阶等六个地层单位术语。

地质年代是地球演化过程中某一时间阶段的划分方法。

地质年代的单位的划分：
地球的历史按等级划分为：宙、代、纪、世、期、亚期等六个地质年代单位。

地质年代共分五个代，为：
1）太古代
2）元古代
3）古生代寒武纪，奥陶纪，志留纪，泥盆纪，石炭纪，二叠纪（六个纪）
4）中生代：三叠纪、侏罗纪、白垩纪（三个纪）
5）新生代：分别是古近纪、新近纪、第四纪（三个纪）
将地层分为5代12纪。

即早期的太古代和元古代（元古代在中国含有1个震旦纪），以后的古生代、中生代和新生代。

古生代分为寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪和二叠纪，共7个纪；
中生代分为三叠纪、侏罗纪和白垩纪，共3个纪；
新生代只有第三纪、第四纪两个纪。

地质年代及划分
6.石油地质知识
地质学：是关于地球的物质组成、内部构造、外部特征、各层圈之间的相互作用和演变历史的知识。

地质学包括：古生物学、地层学，有关地壳物质组成的岩石学、矿物学、有关地壳运动的构造地质理论所组成。

地质构造（简称构造）：
是地壳中的岩层运动作用发生变形与变位而遗留下来的形态），是地壳或岩石圈各个组成部分的形态及其相互结合方式和面貌特征的总称。

地质构造的规模，大的上千公里，需要通过地质和地球物理资料的综合分析和遥感资料的解译才能识别，如岩石圈板块构造。

小的以毫米甚至微米计的圈闭。

石油地质学：是研究石油和天然气在地壳中生成、运移和聚集规律的学科，是石油和天然气地质学的简称。

石油地质学主要研究石油及其伴生物天然气、固体沥青的化学组成、物理性质和分类；石油成因与生油岩标志；储集层、盖层及生储盖组合；油气运移，包括油气初次运移和油气二次运移；圈闭和油气藏类型；油气藏的形成和保存条件。

能否有丰富的油气聚集，并且被保存下来，主要取决于是否具备生油层、储集层、盖层、运移、圈闭和保存6项条件。

其中最重要的条件是：充足的油气来源和有效
油田：单一地质构造（或地层）因素控制下的、同一产油气面积内的油气藏总和；一个油气田可能有一个或多个油气藏。

油气田分为3类：①构造型油气田。

指产油气面积受单一的构造因素控制，如褶皱和断层。

②地层型油气田，区域背斜或单斜构造背景上由地层因素控制（如地层的不整合、尖灭和岩性变化）的含油面积。

③复合型油气田。

产油气面积内不受单一的构造或地层因素控制，而受多种地质因素控制的油气田。

7.石油地质名词
勘探程序包括两个主要方面：一是勘探阶段的划分，其主要依据是勘探对象、最终地质目标；二是不同阶段的勘探部署，即针对不同阶段的对象、任务和目标，有选择性地使用经济的、有效的勘探技术和研究方法，进行科学勘探。

现行油气勘探程序是：区域勘探、圈闭预探、油气藏评价勘探三个阶段。

油气田勘探中常用的方法：一、地质法、二、地球物理方法、1．地球物理测井、2．地球物理勘探、三、地球化学勘探、1．气态烃测量法、2．土壤测量法、3．水化学测量法、四、钻井法、五、遥感技术
按照勘探阶段的区别和研究目的的不同，钻井可以分为：科学探索井、参数井、预探井、评价井等类型；大港油田是在打了近20口探井以后才发现的。

储集层：储集岩构成的地层叫储集层。

总孔隙度：岩石中全部空隙体积占岩石总体积的百分数。

有效孔隙度：岩石中相互连通的、在一定压差下允许有流体在其中渗滤的孔隙体积占岩石总体积的百分数。

有效渗透率(相渗透率): 岩石孔隙中多相流体共存时，岩石对其中每项流体的渗透率，称相渗透率。

相对渗透率：有效渗透率与绝对渗透率的比值。

油气藏：油气在单一圈闭中的基本聚集，是油气在地壳中聚集地基本单位。

油气田：指的是受单一局部构造单位所控制的同一面积内的油藏、气藏、油气藏的总和。

油气聚集带：同一个二级构造带中，互有成因联系、油气聚集条件相似的一系列油气田的总和。

含油气区：指的是同一大地构造单元、有同一地质发展历史和油气生成聚集条件的盆地一级构造单元称含油气区。

含油气盆地：地壳上具有同一的地质发展历史，发育着良好的生、储、盖组合及圈闭条件，并已发现油气田的沉积盆地。

地质储量：是指在地层原始条件下，具有产油（气）能力的储集层中石油和天然气的总量。

可采储量：是指在现代工艺技术和经济条件下，能从储油层中采出的那一部分油（气）量。

剩余可采储量：是指油气田投入开发后，可采储量与累积采出量之差。

采收率：可采储量与地质储量的比值（用百分数表示）称为采收率。

油气储量的分级：（1）远景资源量、（2）预测储量、（3）控制储量、（4）探明储量
油气资源评价：可以按含油气大区、盆地（凹陷）、区带和圈闭四个层次建立评价程序，对各个层次的油气资源分别进行评价。

圈闭：是指储集层中能够阻止油气运移，并使油气聚集的一种场所。

也可以说圈闭是储集层中能聚集和保存油气的场所。

任一圈闭都具有下列三个基本要素：
（1）容纳流体的储集层(reservoir)；
（2）阻止油气向上逸散的盖层(roof rock)；
（3）在侧向上阻止油气继续运移的遮掩物（遮挡条件(certain barrier condition）
油贮类型：褶皱(folding)、断层(fault)、盐丘(salt domes)、孔隙性变化(porosity variations)、岩浆岩(magmatic rock)以及多种因素控制的油气聚集，但以背斜最为重要。

8.大港油田分布
主要分为北、中、南三大区块：
北区（大港及塘沽）主要包括：塘沽、长芦、板桥、白水头、驴驹河、唐家河等地区。

中区（大港及黄骅）主要包括：港东、港西、港中、马东、马西、联盟、周青庄、王徐庄、张巨河、岐口、羊二庄、羊三木、以及二道沟~南排河沿线滩海等地区。

南区（沧县及南皮）主要包括：孔店、枣园、自来屯、王官屯、小集、舍女寺、段六拨、乌马营等地区。