基于MDT流度小于3的鉆后地層壓力分析

張書(shū)平，劉 云

(中海石油(中國(guó))有限公司 上海分公司，上海 200335)

引 言

西湖凹陷普遍發(fā)育超壓，前人研究認(rèn)為超壓主要發(fā)育在西斜坡平湖組和中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶花港組，超壓起始深度分布在3 300～4 500 m，超壓成因以有機(jī)質(zhì)生烴為主[1-2]。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)確的鉆前壓力預(yù)測(cè)是保障鉆井安全和降低鉆井成本的根本，而鉆后壓力分析結(jié)果是提高鉆前壓力預(yù)測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)[3]。近年來(lái)，由于鉆探主要目的層大都為深層-超深層的低孔低滲地層[4-5]，致使鉆后壓力分析面臨諸多挑戰(zhàn)：(1)常規(guī)地層可以用來(lái)校正地層孔隙壓力的泥漿比重在低孔低滲地層失去作用，因?yàn)榈蜐B地層為儲(chǔ)層保護(hù)，一般選擇“欠平衡-近平衡”鉆井[6-7]；(2)用海上深層的鉆后壓力校正的DST(Drill-stem-testing)資料很少或者幾乎沒(méi)有；(3)花港組大套厚層砂巖夾薄層泥巖的沉積特征，使得用來(lái)鉆后分析的泥巖聲波時(shí)差提取點(diǎn)較少，并且存在不確定性。在這種情況下，如何應(yīng)用已有資料，進(jìn)行準(zhǔn)確的鉆后壓力分析，是目前提高鉆前壓力預(yù)測(cè)結(jié)果的重中之重。

MDT(Modular Formation Dynamics Tester)資料可以用來(lái)分析地層流度、油氣水類(lèi)型、地層壓力、氣水界面[8-9]等，其中用于地層壓力分析時(shí)，一般認(rèn)為流度≥3才能反映真實(shí)地層壓力，<3時(shí)易受泥漿柱壓力影響，一般不予應(yīng)用。但是，西湖凹陷深層大多數(shù)MDT的流度<3，而這些流度資料又是最可靠的一手資料，有必要對(duì)MDT測(cè)試原理進(jìn)行分析，進(jìn)而通過(guò)甄別將這些流度<3的MDT資料應(yīng)用于鉆后地層壓力分析。

1 MDT地層測(cè)試原理

MDT測(cè)井儀器通過(guò)電纜下放到測(cè)試深度點(diǎn)，在地面測(cè)井采集系統(tǒng)的控制下,利用儀器的推靠裝置將探頭推向測(cè)試的儲(chǔ)層，探頭通過(guò)自帶的“派克”和地層緊密密封后，探針擊穿泥餅，打開(kāi)一條由地層通往儀器預(yù)測(cè)試室的通道，接著儀器選擇某種預(yù)測(cè)試控制模式開(kāi)啟預(yù)測(cè)試室。通過(guò)泵抽地層流體，引起地層壓力降，這一壓力降以近似于球面形式向外傳播；壓降結(jié)束后，地層流體中未被擾動(dòng)的部分又向低壓區(qū)流動(dòng)，直至壓力恢復(fù)到原始地層壓力。這一過(guò)程中，儀器中設(shè)置的壓力計(jì)(SG、HP或CQG)將全程記錄地層壓力，同時(shí)通過(guò)取樣獲得一定數(shù)量地層流體的樣品[10-11]。

2 流度小于3的MDT資料的甄別與應(yīng)用

2.1 西湖凹陷MDT壓力曲線類(lèi)型

前人研究認(rèn)為，MDT測(cè)試壓力曲線類(lèi)型主要是4種：干點(diǎn)(干測(cè)試點(diǎn))、失封(座封失敗點(diǎn))、有效點(diǎn)(壓力恢復(fù)完成)、致密點(diǎn)(壓力恢復(fù)中)[12]。具體到西湖凹陷的這4種MDT測(cè)試壓力曲線類(lèi)型(圖1)，其中，干點(diǎn)和失封點(diǎn)是不可用的點(diǎn)，有效點(diǎn)里流度>3 的點(diǎn)可以反映真實(shí)地層壓力，有效點(diǎn)里流度<3的有效點(diǎn)和致密點(diǎn)意義尚不明確。因此，本次主要研究流度<3的有效點(diǎn)和致密點(diǎn)是否可以用來(lái)反映真實(shí)地層壓力。

圖1 西湖凹陷MDT壓力曲線類(lèi)型Fig.1 Types of MDT pressure curve in Xihu Sag

2.2 流度<3時(shí)MDT的含義

根據(jù)MDT地層測(cè)試原理分析，MDT測(cè)試值是地層壓力和泥漿柱壓力的綜合體現(xiàn)，地層壓力的貢獻(xiàn)值隨流度的減小而減小，呈“漏斗狀”(圖2)。一般來(lái)說(shuō)流度≥3時(shí)，MDT測(cè)試值中地層壓力的貢獻(xiàn)值為100%；當(dāng)流度<3時(shí)，通過(guò)對(duì)西湖凹陷已鉆井中既有測(cè)試數(shù)據(jù)又有MDT數(shù)據(jù)的井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表1)，發(fā)現(xiàn)可以分為2種情況：流度在1～3之間時(shí)，地層壓力貢獻(xiàn)值一般在60%～90%；流度<1時(shí)，地層壓力貢獻(xiàn)值一般在20%～40%。

圖2 MDT測(cè)試中地層壓力貢獻(xiàn)值分析Fig.2 Contribution ratio of formation pressure in MDT test

井名埋深/m流度Pmf/MPaPMDT/MPaPp/MPaσ/%X-14 452.00.5865.666.769.1314 222.51.6155.256.256.671X-24 391.00.3055.250.143.8454 054.01.0044.641.239.162X-34 267.02.5052.546.445.3854 717.00.9063.768.275.239X-43 912.00.3643.942.538.9284 113.00.8244.943.541.339

注：Pp為地層壓力；PMDT為MDT測(cè)試獲得的壓力;Pmf泥漿柱壓力；σ為MDT測(cè)試值中地層壓力貢獻(xiàn)值

2.3 真實(shí)地層壓力系數(shù)的獲取方法

在明確了流度<3時(shí)的MDT測(cè)試值中地層壓力的貢獻(xiàn)值后，利用式

(1)

可獲得真實(shí)地層壓力。式中：Pp為地層壓力，MPa；PMDT為MDT測(cè)試獲得的壓力，MPa；Pmf為泥漿柱壓力，MPa；σ為MDT測(cè)試值中地層壓力貢獻(xiàn)值。然后利用式

ε=Pp/Ph

(2)

獲得真實(shí)地層壓力系數(shù)。式中：ε為地層壓力系數(shù)。Ph為靜水壓力，MPa。

3 流度小于3的MDT資料應(yīng)用實(shí)例

利用該認(rèn)識(shí)對(duì)西湖凹陷K構(gòu)造的壓力系統(tǒng)進(jìn)行了分析。

K構(gòu)造位于西湖凹陷某次凹，分為A、B、C 3塊，截止2015年底共有5口鉆井，其中A塊共有3口井：K-1、K-4、K-5，B塊有1口鉆井：K-2，C塊有1口鉆井：K-3(圖3)。該構(gòu)造主要目的層為花港組H3-H6，主要以大套厚層砂巖夾薄層泥巖沉積為主，用于壓力分析的泥巖數(shù)據(jù)點(diǎn)存在不確定性，而反映真實(shí)地層壓力的DST壓力只在K-3井的H5-H7有一個(gè)點(diǎn)，獲得壓力系數(shù)為1.005。根據(jù)現(xiàn)有H3最低圈閉線和氣水界面資料發(fā)現(xiàn)，K構(gòu)造A、B、C塊各自獨(dú)立，各為不同氣藏系統(tǒng)(表2)。那么其壓力系統(tǒng)也可能各不相同，因此C塊的DST壓力結(jié)果不能直接應(yīng)用到A、B塊，而這2塊又沒(méi)有得到能反映真實(shí)地層壓力的DST數(shù)據(jù)，因此，通過(guò)落實(shí)2塊流度<3的點(diǎn)的MDT資料，使整個(gè)K構(gòu)造壓力分布逐步清晰化。

圖3 K構(gòu)造構(gòu)造圖Fig.3 Tectonic map of structure K

ABC最低圈閉線海拔深度/ m-4 330-4 290-4 310氣水界面海拔深度/ m-4 330-4 288/

3.1 B塊壓力分布特征分析

B塊的K-2井在4 595.98 m有一個(gè)MDT測(cè)試點(diǎn)，其泥漿柱壓力66 MPa，MDT測(cè)試壓力65.27 MPa，流度1.31，那么地層壓力在MDT測(cè)試壓力中的貢獻(xiàn)值在60%～90%，為了使得到的數(shù)據(jù)更可靠，分別按照60%、70%、80%、90%利用式(1)得對(duì)應(yīng)的地層壓力為64.78 MPa、64.96 MPa、65.09 MPa、65.19 MPa。再根據(jù)式(2)得相對(duì)應(yīng)的地層壓力系數(shù)為1.396、1.400、1.403、1.405，取4個(gè)的平均值為1.40。通過(guò)該點(diǎn)壓力系數(shù)進(jìn)行校正，利用泥巖聲波時(shí)差得該井在4 513 m開(kāi)始發(fā)育超壓，到4 578 m壓力系數(shù)迅速增大到1.4，到井底5 215 m根據(jù)泥漿比重估算壓力系數(shù)為1.47(圖4)。

圖4 K-2井在MDT校正下鉆后壓力分析結(jié)果Fig.4 Post-drilling formation pressure analysis results of K-2 well based on MDT

3.2 A塊壓力分布特征分析

A塊的K-5井同樣在H5層的4 636.99 m有一個(gè)MDT測(cè)試點(diǎn)，其泥漿柱壓力56.13 MPa，MDT測(cè)試壓力56.63 MPa，流度0.14，可見(jiàn)該點(diǎn)MDT測(cè)試值明顯大于泥漿柱壓力，說(shuō)明該點(diǎn)在欠平衡狀態(tài)下進(jìn)行的MDT測(cè)試。也同時(shí)說(shuō)明地層壓力高于泥漿柱壓力。根據(jù)其流度0.14，估計(jì)地層壓力在MDT測(cè)試壓力中的貢獻(xiàn)值為20%～40%，同樣，分別按照20%、30%、40%利用式(1)得對(duì)應(yīng)的地層壓力為58.63 MPa、57.80 MPa、57.38 MPa。再根據(jù)式(2)得相對(duì)應(yīng)的地層壓力系數(shù)為1.253、1.235、1.226，取3個(gè)的平均值為1.238。由于該井在4 300 m以淺缺失聲波時(shí)差資料，因此鉆后在MDT壓力系數(shù)校正下，綜合利用泥巖聲波時(shí)差和泥巖電阻率估算該井在H5段壓力系數(shù)為1.25(圖5)。

3.3 K構(gòu)造壓力分布特征

同理對(duì)K-1井和K-4井進(jìn)行單井鉆后壓力分析。根據(jù)5口井鉆后壓力分析結(jié)果可知K構(gòu)造A、B、C 3塊屬于不同的壓力系統(tǒng)。A塊自H5開(kāi)始發(fā)育超壓，H5壓力系數(shù)為1.25，H9壓力系數(shù)為1.42。B塊超壓自H5開(kāi)始發(fā)育，H5壓力系數(shù)為1.41，H9壓力系數(shù)為1.47。C塊至完鉆井深4 770 m(H7)未見(jiàn)明顯壓力異常(圖6)。

4 結(jié) 論

MDT測(cè)試值是泥漿柱壓力和真實(shí)地層壓力的綜合體現(xiàn)，在流度≥3時(shí)，地層壓力的貢獻(xiàn)值達(dá)到100%，也就是MDT測(cè)試值就是真實(shí)的地層壓力；當(dāng)流度<3時(shí)，真實(shí)地層壓力的貢獻(xiàn)會(huì)隨著流度的減小而減少，整體呈“漏斗狀”。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)西湖凹陷已鉆井揭示的規(guī)律，流度在1～3之間時(shí)，地層壓力貢獻(xiàn)值一般在60%～80%；流度<1時(shí)，MDT測(cè)試值中地層壓力的貢獻(xiàn)值一般在20%～40%?？梢岳靡辉淮畏匠踢M(jìn)行求解獲得真實(shí)地層壓力，該方法在西湖凹陷K構(gòu)造得到了成功應(yīng)用，很好地解決了西湖凹陷深層地層孔隙壓力鉆后分析難題。

圖6 K構(gòu)造鉆后地層壓力分析連井對(duì)比圖Fig.6 Well section of post-drillingformation pressure of strutureK