随钻地层压力检测方法及其应用余明发1,2,李庆春3,黄彦庆1,徐孝日2Ξ(1.中国地质大学(北京);2.中油测井技术服务有限责任公司;3.中原油田地质录井处) 摘　要:在油气勘探工作中,油气层压力的预测和控制直接关系到钻井的成功率和油气田的勘探速度等问题。

压力录井的方法可进行地层压力预测,有益于安全快速钻进。

异常地层压力成因多样,随钻表现各不相同,灵活掌握运用检测方法,能有效捕捉信息,准确判断压力情况。

dc指数和气体参数法是应用较多的地层压力检测方法,在钻达高压油气层之前,能预测异常高压的存在并对井控提供有效的技术支持。

认真总结经验,抓住主要矛盾,仔细工作,完全可以作好地层压力预测工作。

关键词:录井;预测;地层压力;异常;随钻;dc指数;气测前言在油气勘探工作中,研究油气层压力,特别是油气层的异常压力及其预测和控制方法,有益于安全快速钻进,直接关系到钻井的成功率和油气田的勘探速度等问题〔1〕。

油气勘探开发的需要,使压力预测方法应运而生。

压力预测是使用区域地质资料、地球物理勘探数据〔2〕、邻井测试资料以及随钻压力检测数据进行分析〔3〕,确定可能存在压力异常的层位和井段,并对地层压力做出预测的技术手段,地层压力预测可以为及时处理复杂情况提供充分的思想准备和物质准备。

在钻井施工现场,可采用压力录井的方法进行地层压力预测。

压力录井是在实时录井过程中,使用钻井工程参数、气体检测参数、钻井液检测参数、岩石物理检测参数等录井数据,判断地层压力环境,预测地层压力数值的方法。

1　异常地层压力的概念地层压力即作用于地层孔隙流体上的压力。

在正常压实条件下,作用于孔隙流体的压力即为静水柱的压力。

但是由于许多因素的影响,作用于地层孔隙流体的压力,很少是等于静水柱压力的。

通常我们把偏离静水柱压力的地层孔隙流体压力称之为异常地层压力,或称为压力异常。

在成岩作用的过程中,造成高压异常的主要因素又可分为泥(页)岩压实作用、蒙脱石的脱水作用、胶结作用、热力作用和生化作用、渗析作用、构造运动、流体密度差异、注入作用(断层窜通)、地层压力充注造成异常高压等;低异常地层压力形成的原因有页岩减压膨胀以及地层温度降低等因素。

在油气田勘探开发的过程中,特别是在勘探阶段,国内外都非常重视油气藏压力异常情况的研究,认真找出异常地层压力变化的规律。

在研究异常地层压力时常用压力系数或压力梯度来表示异常地层压力的大小。

2　随钻地层压力检测方法预测异常地层压力的任务是确定异常地层压力带的层位和顶部深度,计算出异常地层压力值的大小。

具有高压,特别是超高压异常地层压力的油、气层在地下并非孤立地存在。

正如在页岩的压实作用对异常压力形成的影响问题中指出的那样,高压或超高压储油、气层周围的混岩、页岩层,是处于从正常地层压力到异常地层压力过渡的地带上,因此,这个过渡地带上的泥岩、页岩也就具备了高压或超高压异常地层压力的特征。

与远离高压异常带的,属于正常压实的页岩、泥岩相比,过渡带的泥岩、页岩由于是欠压实的,因此,其密度小,孔隙度大。

在钻井过程中,当钻入过渡带时,还可能产生井喷、井漏、井涌以及钻井参数出现异常等现象。

人们对过渡带的这些显示进行仔细的观察和研究,便可预测异常地层压力。

Ξ收稿日期:2007-02-22作者简介:余明发1964年生,1985年毕业于江汉石油学院勘探系石油地质专业,现为中国地质大学(北京)在读博士生、中油测井技术服务有限责任公司解释研究中心高级地质师。

在预测砂泥岩剖面中的异常地层压力方面,前期广泛地采用了地球物理勘探的方法,钻井过程中可以采用综合录井的随钻压力检测方法,后期(钻开地层后)可采用地球物理测井的方法。

随钻地层压力检测方法有多种方法。

现场常用的有机械钻速法、dc指数法、Ρ指数法、气测录井参数法、钻井液参数法、页岩密度法、岩屑描述判断法,钻井参数法等等。

使用比较多的是dc指数法和气测录井参数法〔4〕。

2.1　dc指数法检测地层压力2.1.1　dc指数计算原理现代综合录井能够系统检测记录钻井工程参数、钻井液参数。

为了消除钻井液密度、钻头磨损对d指数的影响,采用d指数的矫正值dc指数代替d。

随钻综合录井采用的dc指数计算方法为:dc=1.314165+lg〔B・RO PR P M〕6.17265+lg〔WOBD b〕・G nECD式中:Gn—正常地层压力层段的地层水密度,gc m3;ECD—钻井液当量循环密度,g c m3;B—钻头磨损校正系数;RO P—钻速,m h;R P M—转盘转速,r m in;WOB—钻压,t;D b—钻头直径,mm;dc—地层可钻性的衡量指标;由于地层压力与地层可钻性的衡量指标dc指数之间关系密切,通过dc指数法进行一系列数学运算,可以实现预测地层压力的目的。

使用dc指数可以校正钻井液密度的增加所带来的影响。

需要说明的是,dc指数的计算公式是经验公式,对钻井液密度的校正也是依据经验做出的,实践表明这些校正都是有效的和合理的。

但是在钻井液密度很大时,压差很高,校正的幅度太大,dc降低到数据很小且变化幅度很小,此时dc指数就失去了使用价值。

2.1.2　dc指数求算地层压力的步骤1)采集数据每口井录井开始要准确采集钻压、转速、钻时、钻头直径、地层水密度、实际使用钻井液密度,并详细记录所取点的钻井条件,如井深、地层、岩性、钻头类型、水力参数、换钻头位置和特殊作业等,以便作为分析和处理数据时参考。

各项数据的取点间隔为每米一点。

2)回归dc指数正常趋势线正常压力井段的选择:其长度不能过短,一般不小于300m,也不能过浅,要尽量接近压力过渡带,并要排除受局部地质影响而沉积不连续的井段。

因dc指数法理论限制了其使用范围(适用于泥页岩,并考虑水力因素、钻头磨损因素的影响),因此,在确定趋势线时,应对所取点参数进行筛选,把不符合该范围的那些点舍弃。

大量的实践证实,下述情况的点是不符合要求的:①岩性不纯,即非泥页岩;②纠斜吊打;③用刮刀、PDC、取心钻头或磨鞋钻进;④钻头磨合期和钻头磨损后期;⑤井底不干净;⑥钻遇断层、裂缝等不整合面;⑦水力因素变化很大。

在已知地层压力为正常值的井段内,把可信赖的纯泥页岩点的井深及其对应的数值进行回归处理,找出与这些点相关性最好的线性回归方程来,并且回归的相关系数要保持在0.6～0.8之间,然后根据如下公式即可计算出正常趋势线上的dc指数值。

dcn=10(sha・TD+shb)式中:dcn—正常趋势线上的dc指数值;TD—井深,m;sha—正常趋势线斜率;shb—正常趋势线截距。

正常趋势线斜率sha的计算:sha=l og10(dcn2dcn1)TD2-TD1式中:TD1—正常趋势线上对应dcn1的井深,m;D cn1—对应井深TD1的dc指数平均值;TD2—正常趋势线上对应dcn2的井深,m;D cn2—对应井深TD2的dc指数平均值。

系数shb的计算:shb=l og10dcn1-sha×TD1不同地层,由于地层岩性、地层新老程度及地层沉积特性不同,正常趋势线呈现不同的形态;同一地层由于使用钻头的规格、型号及新旧程度不同,正常趋势线呈现不同的形态;另外,钻井液性能的大幅度变化,也会造成趋势线形态的变化。

钻头和钻井液两因素在dc指数计算公式中作了修正,但不能认为修正的绝对准确。

确定正确的正常趋势线,必须从宏观上考虑。

一口井的正常趋势线可有多条,且其斜率、截距、长度各不相同。

每条正常趋势线应呈现随井深而增大的规律。

若全井只设一条正常趋势线或设置不合理,必将造成处理资料出现较大误差。

正常趋势线的变更主要受地层、钻头和钻井液的影响。

录井人员可以对每一个新钻头设置dcn趋向线,也可以在完钻后根据整个井的dc指数监测数据,建立一个连续完整的趋势线。

2.1.2.3　求地层压力梯度正常孔隙压力梯度Gn可从邻近探区已知资料估测,也可通过观察钻井时是否出现接单根气来估测正常孔隙压力。

采用dc指数偏离dcn趋势线的大小以及上覆地层压力来预测计算孔隙压力梯度:FPG=S-(S-G n)×(dcs dcn)S=Sa×(ln TVD)2+Sb×ln TVD+Sc式中:TVD—垂直井深,m;S—上覆地层岩石压力梯度,g c m3;Sa、Sb、Sc—上覆地层岩石密度系数,可以进行区域数据统计回归获取。

2.2　气测录井参数法由于异常高压的存在,地层孔隙压力高于井眼中泥浆柱产生的压力,导致地层流体进人井眼。

按进入的严重程度不同又可分为侵入(油,气,水),井涌(油,气,水)和井喷〔5〕。

在异常高压井段,气测录井资料中将出现诸多烃类显示。

由于地层压力升高,钻井液液柱压力和地层压力之间的压差减小,随着钻头钻入地层,由钻头机械破碎而释放到钻井液中的破碎气正常释放;井底钻井液液柱压力小于地层压力时,地层产出气体进入钻井液引起的压差气释放增多,因而背景气、接单根气、起下钻气(后效气)气测读值呈递增趋势。

气测显示成为油气勘探中异常高压的标志之一。

实时监测中,任何气体显示值升高的现象都不能忽视。

应及时作出解释,向施工监督以及钻台司钻汇报情况。

根据气测数据能判断井筒压力平衡情况,对地层压力作出推断,对可能发生井涌、井喷的地层进行预测和监测,及时调整钻井液密度,运用有效的井控方法消除可能引起井喷的隐患。

统计结果表明,精心监测所有的压差显示,尤其是监测因起下钻而引起的气体显示,对保证钻井施工安全是非常重要的。

为了保证气体检测值的可靠性,录井人员要经常并彻底的检查气测系统。

对色谱仪每天进样检查,经常检查维护脱气器,保证其工作状态正常,检查样品气管线的连通性和密封性,并配置备用气管线。

3　随钻地层压力检测实例分析Q10井构造上位于东濮凹陷兰聊断层下降盘,设计井深:4700m;完钻井深:4585m;完钻层位:沙三3亚段。

钻探目的:对沙三段储层含油气情况及物性变化情况进行评价,为储量计算提供参数。

Q10井钻井施工过程中,使用DL S综合录井仪进行施工参数的实时监测,其中包括随钻d指数法地层压力检测。

随钻地层压力检测资料如图1所示。

钻遇油气层之前,在井深4000米处d指数检测即见有异常,指示欠压实地层的存在,4134米见油气显示。

现以Q10井4134～4136m为例,立足录井资料,分析进行随钻地层压力检测的应用情况。

图1　前10井dc指数法地层压力检测图该层随钻描述岩性为褐灰色油迹粉砂岩,较疏松,滴水缓渗,荧光湿干照呈淡黄色星点状,滴照呈黄色斑块状,有机溶剂浸泡肉眼观察无颜色,荧光灯下呈黄色,系列对比11级,钻井液密度1.36γ1. 26g c m3,粘度80η90s,槽面见针孔状-小米粒状气泡,约占槽面的30%。

气测录井参数:T G0.167η94.245%,C1:0.048η45.155%,C2:0.006η6. 239%,C3:0.001η1.733%,i C4:0.000η0.503%, nC4:0.000η0.557%,点火呈蓝色火焰,焰高10c m。