钻井地质基础知识

钻井地质基础知识中原石油工程有限公司录井公司CONTENTS一、地质年代及地层二、岩石基础知识三、构造基础知识四、石油地质基础知识钻井地质基础知识一、地质年代及地层地质，即地壳的成分和结构。根据生物的发展和地层形成的顺序，按地壳的发展历史划分的若干自然阶段，叫做地质年代。(一)地质年代地质年代单位由宙、代、纪、世、期五个级别和一个自由使用的时间单位“时”组成。“宙”、“代”、“纪”、“世”是国际性的时间单位，“期”是大区域性的时间单位，“时”是地方性的时间单位。一、地质年代及地层宙:是地质年代分期的第一级，分为隐生宙（现已改称太古宙和元古宙）和显生宙。代：是国际上通用的最大单位。一个代相当于形成一个界地层所经历的时间。纪：是国际上通用的第二年代单位。纪是代的一部分，代表形成一个系的地层所经历的时间。(一)地质年代世：是国际上通用的第三年代单位，是国际地质年代表中最小的时间单位。世是纪的一部分，相当于形成一个统的地层所经历的时间。期：是全国性的或大区域性的地质年代单位。世分为期，期是世的一部分，相当于形成一个阶的地层所经历的时间。(二)地层地球自形成以来经历了漫长的历史，至今已有40多亿年了。在它历史发展的每一阶段，地球表面都有一套相应的地层形成。地层：在一定地质时间内形成的岩层或岩石组合。地层既是一个物质概念，同时也具有时间概念，是地壳发展历史的物质记录。一、地质年代及地层(三)年代地层单位年代地层单位指在特定的时间间隔内形成的全部地层。目前国际上通用的地层四级单位是宇、界、系、统，此外全国性或大区域性的单位是阶，以及地方性的小区域的群、组、带等单位。一、地质年代及地层(三)年代地层单位界：是国际上通用的最大的地层单位，相当于一个代时间内形成的地层。根据地壳运动和同位素年龄资料把隐生宇分为太古界和元古界两个界。根据生物演化把显生宇划分为古生界、中生界、新生界。系：是国际上通用的第二级地层单位。系是界的一部分，相当于一个纪的时间内形成的地层。统：是国际上通用的第三级地层单位。统是系的一部分，相当于一个世的时间内形成的地层。阶：是全国性和大区域性的地层单位。相当于一个期的时间内形成的地层。一、地质年代及地层一、地质年代及地层地壳时时刻刻都在运动着。同一地区在某一时期可以是以上升运动为主，形成高地，遭受风化剥蚀；另一时期可能是以下降运动为主，形成洼地，接受沉积，这样就使得先后形成的地层之间具有不同的接触方式，即地层接触关系。最基本的地层接触关系有整合和不整合两种。不整合又分为平行不整合和角度不整合。一、地质年代及地层(四)地层的接触关系整合接触：是指沉积物连续堆积，无沉积间断或无重大沉积间断，上下两套地层产状完全一致，彼此平行或大致平行。其特点是岩性与生物演化连续、渐变，为沉积区持续稳定下降背景下的沉积。一、地质年代及地层4.1整合接触平行不整合：先沉积的和后沉积的地层之间是平行叠置的，但并不连续，具有沉积间断，称为平行不整合。其特点是新老地层产状一致，沉积出现间断，岩性和古生物演化突变。角度不整合：新老地层之间产状不是平行叠置的，而是成一定角度相接触，且具有沉积间断，称为角度不整合。其特点是新老地层产状不一致，沉积出现间断，岩性及生物演化突变。一、地质年代及地层4.2不整合接触：沉积缺失，层序有间断、即部分地层无沉积或虽有沉积但却被剥蚀。分为平行不整合和角度不整合两种类型。一、地质年代及地层平行不整合角度不整合交错层理地层的产状是指地层在地壳中的空间位置及其状态。在野外所见的地层有水平的、倾斜的、或直立的，这些都是它们的产状。一、地质年代及地层(五)地层的产状要素1、地层的走向：岩层面与水平面的交线叫走向线。一个岩层面上可以有无数条不同高度、相互平行的走向线。走向线的方位角叫岩层的走向。它指出岩层在空间的水平延伸方向。2、地层的倾向：沿岩层倾斜面向下所引的与走向线相垂直的直线，称真倾斜线，它在水平面上的投影线称真倾向，简称倾向。它指出岩层向深度的延伸方向。倾向与走向的方位角，二者相差90°。3、地层的倾角：岩层的真倾斜线与其在水平面上的投影线之问的夹角，叫岩层的真倾角，简称岩层倾角。倾角指出岩层倾斜程度的大小。图1-1地层要素示意图AB-地层的走向线OD-地层的真倾斜线OD＇-地层的倾向α-地层的倾角在野外，岩层露头完整，地层倾角测量方便，可直接用地址罗盘等工具丈量。但在井下数千米深的情况下，无法直接测量，且地层层面多为曲面，倾角大小不一。因此，区域上井下不同深度和层位的地层倾向和倾角主要从地震剖面上，根据地震反射波的形态，通过时深转换，计算得出，但精度不高。钻井完钻后，可进行SHDT测井，较准确地测量地层倾角，为后续井施工提供依据。一、地质年代及地层(六)地层倾角对地层厚度的影响及计算一、地质年代及地层(六)地层倾角对地层厚度的影响及计算6.1地层倾角对地层厚度计算的影响在地层为水平状态时，计算出的铅直厚度即为地层的真实垂厚。但地层具有一定倾角时，未能考虑井眼轨迹与地层倾向、倾角之间的关系，计算出的铅直垂就有可能大于或小于地层的真实垂厚（见图1-2）。当井眼轨迹与地层倾向相同时，计算出的地层铅直厚度大于地层真实垂厚；反之，则小于地层真实垂厚。因此，在已知地层倾角时，计算地层真实厚度应在实测井斜数据中加上（倾向相同时）或减去地层倾角（倾向相反时），即可得出地层真实厚度。图1-2定向井地层垂厚计算示意图一、地质年代及地层6.2水平井地层倾角计算方法a.利用预测垂直深度和实际垂深差来计算地层倾角如上图：地层倾角а＝Arctan（（AD－AB）/CD），其中AB是已知的，可由邻井资料或厚度分布图得出，AD是测量值。AC两点的水平距离可由两点间距离公式求出。b.利用电阻率曲线，计算地层倾角PD和AT有不同的探测范围，在接近非目的层时会有不同的反映，利用探测范围的差别及电阻率PD和AT相应的不同，即可定量计算目的层层面的倾角。一、地质年代及地层6.2水平井地层倾角计算方法c.利用上下自然伽玛计算地层倾角如上图：利用自然伽玛的探测范围、伽玛探测器的水平位移，井眼倾角，就可计算出目的层倾角d.当同一地层界面重复钻遇时不同钻遇点A、B的垂深差、位移差与地层界面组成的△ABC，通过井斜数据计算出三角形的两个直角边垂深差h1和位移差h2，反正切计算出的∠α，即为地层倾角。一、地质年代及地层(六)地层倾角对地层厚度的影响及计算实例分析：XX-平2井通过导眼钻探得知油层垂厚为1.5m，水平段钻进时采用89°井斜钻穿目标层，进尺18m。底界出层后，增斜钻进又从底界入层（见下图）。第一次进出层的井眼轨迹、油层垂厚与油层顶面组成△ABC（见图1-7）。已知斜边AB长18m，一个直角边BC长1.5m，使用反正弦可算出∠CAB为4.8°，地层倾角则等于∠CAB减去井眼轨迹与水平线的夹角1°，即为3.8°。增斜后，钻头从底界入层，则B、D为同一界面的2个点，2点之间的垂深差为7.64m，位移差为119.69m，使用方法一计算出的地层倾角为3.7°，两种方法计算出的结果基本一致。二、岩石基础知识地壳是由岩石组成的，所以又叫岩石圈。岩石是由一种或几种矿物按一定规律组成的集合体。按照成因的不同，岩石可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。沉积岩主要分布于地壳最表层，从地表到地下两公里范围内，沉积岩约占75%；岩浆岩和变质岩约占25%。从地表到深度15公里范围内，则沉积岩只占5%。石油主要是储存在沉积岩里。(一)岩石的概念及分类二、岩石基础知识1、岩浆岩的概念及分类。岩浆岩是地下深处的岩浆侵入地壳或喷出地表冷凝而成的岩石。岩浆岩的种类很多，目前已知有一千余种。岩浆岩分类的主要根据一方面是岩石的化学成分、矿物成分，另一方面是岩石的产状、结构和构造（见右图）。按照岩石形成的部位分为深成岩、浅成岩和喷出岩。(二)岩浆岩二、岩石基础知识2、岩浆岩的一般特征。岩浆岩既然是天然岩浆冷凝生成的，因此在矿物成分、结构、构造、产状等方面必有别于变质岩和沉积岩。其主要特征如下:(二)岩浆岩(1)岩浆岩大部分为块状的结晶岩石，部分为玻璃质结构的岩石。(2)岩浆岩中具有特有的矿物和构造，如霞石、白榴石、条纹长石、气孔构造和杏仁构造等。(3)岩浆岩体无层理，一般与围岩有明显的界线；围岩与岩浆岩接触处常见热变质现象。(4)岩浆岩体中常含有围岩的碎块即“捕虏体”。(5)岩浆岩中没有生物化石。二、岩石基础知识3、主要的岩浆岩。(1)超基性岩类：橄榄岩、苦橄玢岩、金伯利岩(2)基性岩类：辉长岩、辉绿岩、玄武岩(3)中性岩类：闪长岩、闪长玢岩、安山岩(4)酸性岩类：花岗岩、花岗斑岩、流纹岩(二)岩浆岩玄武岩安山岩花岗岩金伯利岩辉绿岩二、岩石基础知识1、变质作用及变质岩的概念。随着地壳的不断演化，地球上已形成的岩石(岩浆岩、沉积岩、变质岩)所处的地质环境（指温度、压力、化学活动性流体的影响及经历的时间）也在不断变化，为了适应新的地质环境，它们的矿物成分、结构、构造通过物理-化学条件也会发生改变。这种由地球内力作用促使矿物成分及结构构造变化的作用称为变质作用。(三)变质岩由变质作用形成的岩石叫做变质岩。变质岩可根据原来岩石的类型划分为两大类：由岩浆岩变质形成的岩石称为正变质岩；由沉积岩变质形成的岩石称为副变质岩。二、岩石基础知识2、变质岩的分类。根据变质作用的类型可将变质岩划分为以下五类：(1)动力变质岩类。指由动力变质作用形成的岩石。(2)区域变质岩类。指由区域变质作用形成的岩石。(3)混合岩类。指由混合岩化作用形成的岩石。(4)接触变质岩类。指由接触变质作用形成的岩石。(5)交代变质岩类。指由气-液变质作用形成的岩石。(三)变质岩构造角砾岩千枚岩片麻岩蛇纹岩二、岩石基础知识沉积岩是在地表或接近地表的条件下，由母岩(岩浆岩、变质岩和早期形成的沉积岩)风化剥蚀的产物经搬运、沉积和固结而成的岩石。2.1.沉积岩的分类。根据沉积岩形成作用分类如下：(四)沉积岩二、岩石基础知识粘土岩主要由直径小于0.01mm的粘土矿物含量大于50％组成的沉积岩。它的岩性特征主要由粘土矿物决定。粘土岩是分布最广的沉积岩，它约占沉积岩总量的60％。粘土岩是最主要的生油岩，同时还可作为良好的盖层。2.2粘土岩二、岩石基础知识碎屑岩是由碎屑成分和填隙物成分（包括杂基和胶结物）组成的岩石，碎屑成分占50%以上。它是沉积岩中分布很广的岩石，是主要储油岩石之一。按照碎屑颗粒直径大小分类见下表2.3碎屑岩名称砾岩粗砂岩中砂岩细砂岩粉砂岩泥岩颗粒直径mm＞11-0.50.5-0.250.25-0.10.1-0.01＜0.01砾岩细砂岩粉砂岩二、岩石基础知识碳酸盐岩主要由方解石及白云石两种碳酸盐矿物组成。以方解石为主称为石灰岩，以白云石为主称为白云岩。这就是碳酸盐岩的最基本类型。在我国碳酸盐岩约占沉积岩总面积的55％，尤其是在西南区(滇、黔、川、湘、桂、鄂)等分布更广。碳酸盐岩是重要的生油岩和储油岩。从世界范围来说，碳酸盐岩油田的储量约占世界总储量的57％，而产量约占世界总产量的60％。2.4碳酸盐岩三、构造基础知识在油气田勘探和开发的实践中，常常发现沉积岩已经不是水平的，而是改变了它的原始产状，成为各种不同的构造形态，有的倾斜、有的弯曲、有的甚至被断开。我们把由于地壳运动，使岩石发生永久形变，改变其原始产状，形成的褶皱、断裂、劈理等，统称为地质构造。石油和天然气勘探开发的实践证明，地质构造是油气运移、聚集和保存的基本地质条件之一。(一)地质构造的概念三、构造基础知识褶皱的概念及分类。褶皱构造是指岩层受力变形产生的一系列连续的弯曲。岩层的连续性完整性没有遭到破坏，它是岩层在地壳运动中产生地应力的作用下，塑性变形的结果。褶皱中的每一个独立的弯曲叫褶曲。褶曲分为背斜褶曲和向斜褶曲两种基本类型(二)褶皱构造背斜褶曲(简称背斜)的特点是：岩层向上弯曲，核心部分岩层时代较老，两翼地层时代较新；一般情况下两翼岩层的倾向相背朝外。向斜褶曲(简称向斜)的特点是：岩层向下弯曲。核心部分岩层时代较新，两翼地层时代较老；一般情况下两翼岩层倾向相向朝内。三、构造基