地層壓力定量計(jì)算方法

1、地層壓力的定量計(jì)算對(duì)任何井及區(qū)塊地層壓力的認(rèn)識(shí)首先是從對(duì)區(qū)域地震剖面、地質(zhì)構(gòu)造、地層沉積史、油氣運(yùn)移、生排烴史以及周邊和實(shí)鉆資料的綜合分析獲得的，在此基礎(chǔ)上建立區(qū)域地層壓力模型，繪制出地層壓力、破裂壓力和上覆地層壓力剖面，并對(duì)即將鉆探的井提出具有指導(dǎo)性的意見(jiàn)和套管下深結(jié)構(gòu)建議。在隨后的實(shí)鉆過(guò)程中，通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)鉆井?dāng)?shù)據(jù)的分析不斷修改和完善預(yù)測(cè)結(jié)果。最后以實(shí)測(cè)的地層壓力數(shù)據(jù)對(duì)所建立的地層壓力剖面及模型加以校正。由此可見(jiàn)對(duì)地層壓力的認(rèn)識(shí)是一個(gè)不斷認(rèn)知-更新的過(guò)程，地層壓力預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)服務(wù)貫穿了一口井從設(shè)計(jì)到完井的始終。為了將問(wèn)題簡(jiǎn)單化我們按其和鉆井作業(yè)的對(duì)應(yīng)關(guān)系將地層壓力預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)大致分為：鉆前地

2、層壓力預(yù)測(cè)、隨鉆地層壓力監(jiān)測(cè)和鉆后地層壓力評(píng)價(jià)三部分。其中隨鉆地層壓力監(jiān)測(cè)是對(duì)地層壓力準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)的關(guān)鍵，它關(guān)系到鉆井作業(yè)的成敗。一、地層壓力檢測(cè)所需資料地層壓力檢測(cè)結(jié)果出自對(duì)定量數(shù)據(jù)的計(jì)算和對(duì)定性數(shù)據(jù)的分析。所需的資料大致分為數(shù)據(jù)類(lèi)、圖表類(lèi)和文字描述類(lèi)。數(shù)據(jù)類(lèi)：預(yù)測(cè)井和臨井經(jīng)深度校正后的地層層速度數(shù)據(jù)及分層數(shù)據(jù)；預(yù)測(cè)井和臨井的海拔高度、補(bǔ)心高度、鉆盤(pán)面距名義海平面距離、井位坐標(biāo)及地下水平面高度數(shù)據(jù)；臨井套管下深結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；臨井鉆井錄井?dāng)?shù)據(jù)，包括：井深、垂深、鉆速、鉆壓、氣測(cè)、出/入口泥漿密度、出/入口泥漿溫度、ECD、Dxc等；臨井的測(cè)井或LWD數(shù)據(jù)，包括：然伽瑪或自然電位、深淺電阻率、聲波、巖石

3、密度等數(shù)據(jù)；臨井實(shí)測(cè)地層壓力數(shù)據(jù)，包括：MDT、RFT或DST；臨井地層漏失實(shí)驗(yàn)（LOT）或地層完整性實(shí)驗(yàn)FIT數(shù)據(jù)。圖表類(lèi)：臨井綜合錄井圖和地層壓力錄井圖；過(guò)井地震剖面；預(yù)測(cè)井含臨井的地理位置圖。文字描述類(lèi)：臨井巖屑和巖芯定名及描述；臨井地質(zhì)完井報(bào)告、鉆井報(bào)告和井史；臨井井漏、井涌、井噴記錄。二、 伊頓法地層壓力的定量計(jì)算對(duì)地層壓力的計(jì)算通?；赥erzaghi (1948)的應(yīng)力模型，也既是：Pf=S-s 。在具體的計(jì)算中使用伊頓，所得出的為孔隙壓力梯度而不是壓力。1. 使用測(cè)井電阻率計(jì)算孔隙壓力梯度：Pf=OBG-(OBG-Pn)*(Ro/Rn)1.2)式中: Pf =孔隙壓力梯度OBG

4、=上覆壓力梯度Pn=正?？紫秹毫μ荻?，通常取1.034。Ro=實(shí)測(cè)泥巖電阻率Rn=正常泥巖電阻率，來(lái)自于正常壓實(shí)趨勢(shì)線2. 使用測(cè)井聲波計(jì)算孔隙壓力梯度：Pf=OBG-(OBG-Pn)*(dTn/dTo)3)式中：dTn=正常壓實(shí)泥巖中聲波速度，來(lái)自于來(lái)自于正常壓實(shí)趨勢(shì)線dTo=實(shí)測(cè)泥巖聲波速度3. 使用Dxc計(jì)算孔隙壓力梯度：Pf=OBG-(OBG-Pn)*(Do/Dn)1.2)式中：Do=實(shí)測(cè)DxcDn=正常壓實(shí)泥巖中Dxc，來(lái)自于來(lái)自于正常壓實(shí)趨勢(shì)線下面所示為如何計(jì)算OBG上覆壓力梯度的實(shí)例：垂深A(yù)垂深B間隔C=B-AD平均密度E=C*D*0.0981F=SUM(E)G=F/BOBG=G

5、/0.0981mmmg/ccbarsbarsbars/msg0.00 18.00 18.00 0.00 0.00 0.00 18.00 502.00 484.00 1.04 49.38 49.38 0.10 1.00 502.00 600.00 98.00 1.60 15.38 64.76 0.11 1.10 600.00 700.00 100.00 1.65 16.19 80.95 0.12 1.18 700.00 800.00 100.00 1.70 16.68 97.63 0.12 1.24 通常在隨鉆過(guò)程中的地層壓力檢測(cè)我們使用泥漿錄井所記錄的Dxc參數(shù)，Dxc指數(shù)法計(jì)算公式如下：Dx

6、c=log10（R/60N）/log10 (12W/106*D)*（Pn/ECD）或公制單位Dxc=1.26-log10（R/N）/1.58-log10（W/D）*（Pn/ECD）式中：R=m/hrN=鉆盤(pán)轉(zhuǎn)數(shù)RPMW=鉆壓（噸）D=鉆頭直徑（英寸）Pn為正常靜水壓力梯度，通常為1.034ECD為等效循環(huán)密度三、 等效深度法地層壓力的定量計(jì)算在欠壓實(shí)層段深度上的孔隙度等同于淺層深度正常壓實(shí)層段的孔隙度。其計(jì)算公式如下：Pa=OBa-De*(OBe-Pe)/Da式中： Pa=在實(shí)際深度點(diǎn)的地層壓力梯度（sg） Pe=在等效深度上的壓力梯度（1.034） OBa=在實(shí)際深度點(diǎn)的上覆地層壓力梯度（s

7、g） OBe=在等效深度上的上覆地層壓力梯度(sg) Da=在欠壓實(shí)層段的實(shí)際深度(m) De=等同于淺部地層的深度(m)在數(shù)據(jù)曲線深度為Da的A點(diǎn)向上畫(huà)一條垂線與正常趨勢(shì)線交于深度De，然后獲得在Da和De深度上的上覆地層壓力梯度Oba和OBe，然后計(jì)算地層壓力。假設(shè)A點(diǎn)下部地層的壓實(shí)作用一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，還可以由A點(diǎn)向下畫(huà)垂線與曲線交于B點(diǎn)。但是如果A和B點(diǎn)所處的層位不同或在沉積過(guò)程中地層發(fā)生了臺(tái)升，則計(jì)算的結(jié)果有可能不可靠。 四、 比例法地層壓力的定量計(jì)算該方法假設(shè)在欠壓實(shí)層段同一深度點(diǎn)上曲線的實(shí)際值與正常趨勢(shì)線值二者間的比值與地層壓力成比例關(guān)系。其計(jì)算公式如下：Pa=Pn*Datn/Da

8、to式中： Pa=在圖中實(shí)際深度點(diǎn)的地層壓力梯度（sg） Pn=相同深度下正常趨勢(shì)線上的壓力梯度（1.034） Datn=在正常趨勢(shì)線上的數(shù)據(jù)值 Dato=數(shù)據(jù)曲線的實(shí)際值在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中可使用系數(shù)對(duì)結(jié)果進(jìn)行校正。例如在某一深度下實(shí)測(cè)地層壓力梯度為1.4sg，而由比例法計(jì)算的地層壓力梯度為1.3sg，則系數(shù)C為1.077（C=1.4/1.3）。五、 鉆具抽吸法確定地層壓力該方法最早由L.H. Robinson發(fā)表在1993年1月的國(guó)際石油工程師雜志上，我們知道鉆具在上提和下放過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致井下ECD等效循環(huán)密度的變化，這相當(dāng)于抽吸和泵入效果，在地面上，井下壓力的激動(dòng)會(huì)引起氣測(cè)全烴值的變化，其變化

9、的大小除了與上提、下放的速度相關(guān)，還與等效循環(huán)密度和地層壓力間的壓差大小成比例，其方法如下：01020304005101520Gas %Robinson 抽吸氣法Time Minutes 1， 停止鉆進(jìn)，將鉆頭放至井底循環(huán)，使地層氣與上提所產(chǎn)生的抽吸氣分開(kāi)。2， 停泵，然后以穩(wěn)定的速度上提一個(gè)單根。3， 下放到井底，開(kāi)泵循環(huán)以將抽吸氣分隔開(kāi)。4， 以不同的上提速度重復(fù)上述步驟兩次。5， 繼續(xù)鉆進(jìn)，直到抽吸氣返出到地面。注意其間不要停泵。6， 將測(cè)量的全烴峰值減去氣測(cè)基值，得到不同上提速度地層氣的抽吸量。7， 通過(guò)水力學(xué)公式計(jì)算出不同上提速度的抽吸壓力。也可以使用MWD直接測(cè)量抽吸壓力（MWD的

10、ECD等效循環(huán)密度）。8， 繪制出不同上提速度的抽吸壓力與氣體抽吸量的關(guān)系圖，畫(huà)一條最能代表各點(diǎn)相關(guān)關(guān)系的直線。找出氣體量為零時(shí)的抽吸壓力，此時(shí)的壓力代表井筒內(nèi)存在的壓力差。9， 將該壓力差與泥漿靜水壓力相加即可估算出地層壓力。00.10.20.30.49.51010.51111.512Pressure, barsGas Volumes 下表所列為在216mm井眼尺寸，不同上提、下放速度MWD實(shí)測(cè)等效循環(huán)密度（ECD），需要說(shuō)明的是該表中上提、下放均為開(kāi)泵狀態(tài)。井深鉆進(jìn)上 提下 放泥漿密度泵壓(psi)ECD泵壓(psi)速度(m/min)ECD泵壓(psi)速度(m/min)ECD37031

11、9181.38188428.5/101.355198728.5/3.21.4181.09373118801.37185628.5/111.36197628.5/2.81.41.09376118771.38187028.5/131.375201428.5/21.431.09五、 正常趨勢(shì)線的確定所有使用正常趨勢(shì)線進(jìn)行定量地層壓力計(jì)算的方法都是以在泥巖段中確定趨勢(shì)線為起點(diǎn)，其原理基于處于正常壓實(shí)的泥巖段其孔隙度相對(duì)穩(wěn)定，任何泥巖段內(nèi)孔隙度的偏離都指示出地層壓力的異常。從上面所列的定量計(jì)算公式中可以看到，由于正常趨勢(shì)線直接影響到地層壓力的計(jì)算結(jié)果，因此如何確定趨勢(shì)線成為地層壓力評(píng)價(jià)的關(guān)鍵點(diǎn)。有人將正常趨勢(shì)線的設(shè)定比喻為“藝術(shù)”，原因在于在確定正常趨勢(shì)線的過(guò)程中包含了個(gè)人對(duì)本地區(qū)地層壓力的認(rèn)知程度，以及許多定性方面信息的理解。就目前而言，雖然還沒(méi)有任何一篇文章能明確地告訴你如何準(zhǔn)確地設(shè)定趨勢(shì)線，但是仍有一些基本規(guī)則可循。1， 需要在厚而純的泥巖段內(nèi)挑選設(shè)定趨勢(shì)線的點(diǎn)。隨鉆壓力預(yù)測(cè)可使用MWD伽瑪來(lái)協(xié)助挑取泥巖點(diǎn)，鉆后地層壓力評(píng)價(jià)可使用測(cè)井的自然電位。需要注意的是，測(cè)井曲線受井眼尺寸的影響，盡量避免選取井眼擴(kuò)大段的數(shù)據(jù)。2， 設(shè)定一條或多條趨勢(shì)線取決于區(qū)域地質(zhì)沉積