地層壓力預(yù)測(cè)技術(shù)在渤中A區(qū)塊鉆井中的應(yīng)用

李 紅，于忠濤，袁洪水，袁則名，和鵬飛

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

地層壓力是鉆井過(guò)程中井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鉆井液密度合理選擇、油氣層污染降到最低程度的重要依據(jù)[1，2]。地層孔隙壓力的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，鉆井過(guò)程中地下地層壓力的正確認(rèn)識(shí)，已成為目前亟待解決的問(wèn)題[3]。通過(guò)對(duì)渤中A區(qū)塊地質(zhì)構(gòu)造的認(rèn)識(shí)，地層壓力成因機(jī)理的分析，應(yīng)用Dc指數(shù)方法和測(cè)井資料解釋方法對(duì)渤中區(qū)塊A1井等4口井的地層壓力進(jìn)行了跟蹤計(jì)算和鉆后分析。結(jié)果表明，Dc指數(shù)法計(jì)算結(jié)果與測(cè)井資料解釋方法計(jì)算的地層壓力一致性高，該方法在渤中A區(qū)塊的實(shí)用性很強(qiáng)，計(jì)算精確性很高。這幾口井的地層壓力計(jì)算結(jié)果對(duì)該區(qū)塊以后作業(yè)井均具有很強(qiáng)的參考意義，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用性很強(qiáng)。

1 渤中A區(qū)塊的地質(zhì)油藏背景及異常壓力成因機(jī)理

渤中A構(gòu)造位于渤中凹陷西南部，被渤中凹陷和黃河口凹陷包圍，構(gòu)造范圍內(nèi)平均水深約23.0 m。

2016-2017年在渤中A構(gòu)造鉆探了A1井。該井于2016年12月14日開(kāi)鉆，完井日期2017年4月18日，完鉆井深4 180 m，完鉆層位太古界潛山。該井在明下段、館陶組、東營(yíng)組、孔店組和太古界均見(jiàn)油氣顯示，累計(jì)C-D級(jí)熒光顯示303 m，同時(shí)在孔店組見(jiàn)324 m氣測(cè)異常。為了進(jìn)一步擴(kuò)大該區(qū)的勘探成果，2017年渤西勘探室根據(jù)A1井鉆探結(jié)果，對(duì)渤中A構(gòu)造區(qū)進(jìn)行了進(jìn)一步的構(gòu)造精細(xì)落實(shí)。綜合石油地質(zhì)研究表明，該區(qū)具有較好的成藏條件：構(gòu)造落實(shí)，形態(tài)較好，圈閉面積較大；中深層儲(chǔ)層發(fā)育，儲(chǔ)蓋組合條件好；烴源巖及油氣運(yùn)聚條件較為有利；具有較大資源潛力。而A1井沙二段實(shí)測(cè)壓力系數(shù)1.518，孔店組實(shí)測(cè)壓力系數(shù)1.23～1.34，因此該區(qū)鉆井施工作業(yè)的主要風(fēng)險(xiǎn)為高壓地層，只有將高壓情況認(rèn)識(shí)清楚，才能更好的保證鉆井作業(yè)安全順利的完成。

國(guó)內(nèi)外眾多專家學(xué)者對(duì)超壓成因進(jìn)行了系統(tǒng)分析。滲透性地層超壓的形成機(jī)制分為以下四種[4]：（1）快速沉積引起的欠壓實(shí)作用，含有大量泥質(zhì)的沉積物快速堆積過(guò)程中砂體被泥巖包圍，砂體周圍泥巖滲透性將快速降低，砂體中的孔隙水不能順利排出而支撐了部分上覆地層壓力，從而形成了超過(guò)靜水壓力的異常高壓。（2）儲(chǔ)層內(nèi)液態(tài)烴類裂解作用，液態(tài)烴裂解為氣態(tài)烴，其體積大幅度增加，從而導(dǎo)致地層壓力的增加。（3）鄰源高壓，指在滲透性地層中由于相鄰高壓泥巖的壓力和流體傳遞而在滲透性砂巖中引起的超壓。（4）他源高壓，指滲透性地層由于與其他深部超壓滲透地層因地質(zhì)或工程原因發(fā)生水動(dòng)力聯(lián)通，原先極不平衡的地層間壓力快速調(diào)整而在淺部地層中產(chǎn)生異常高流體壓力。非滲透性地層超壓的形成機(jī)制主要有[4]：快速堆積，水熱增壓，構(gòu)造應(yīng)力，黏土礦物的脫水，有機(jī)質(zhì)的熱演化等。渤中區(qū)塊的資料分析得到東二上段為砂泥巖不等厚互層，東二下段上部以厚層泥巖為主，東二下段中下部為厚層泥巖夾粉砂巖，東三段整體為厚層純質(zhì)泥巖，沙河街組為灰色泥巖。在東三段發(fā)育較厚低速泥巖，欠壓實(shí)特征明顯，與正常壓實(shí)泥巖相比速度下降可達(dá)1 000 m/s以上。因此，該區(qū)塊異常壓力成因機(jī)理應(yīng)該是由欠壓實(shí)作用造成的。

2 地層壓力預(yù)測(cè)方法及原理

2.1 聲波測(cè)井法預(yù)測(cè)地層壓力基本方法和原理

聲波測(cè)井測(cè)量彈性波在地層中的傳播時(shí)間，主要反映巖性、壓實(shí)程度和孔隙度。除了含氣層的聲波時(shí)差顯示高值或出現(xiàn)周波跳躍外，它受井眼的尺寸、溫度及地層水礦化度變化的影響比其他測(cè)井方法小的多。因而，在一般情況下，只要儀器刻度正確，測(cè)井正常，就能測(cè)得質(zhì)量良好的聲波曲線，用它識(shí)別和計(jì)算地層壓力比較準(zhǔn)確[5]。

聲波測(cè)井所記錄的縱向傳播速度主要是巖性和孔隙度的函數(shù)，對(duì)砂泥巖而言，聲波測(cè)井曲線基本上為一條反映孔隙度變化的曲線，在正常壓實(shí)情況下，聲波傳播時(shí)間將隨埋藏深度的增加而減小，而聲波傳播速度則隨埋藏深度的增加而增大，如遇異常地層壓力過(guò)渡帶，泥巖孔隙度增加，聲波時(shí)差將偏離正常壓實(shí)趨勢(shì)線[6]，應(yīng)用聲波測(cè)井資料可以對(duì)欠壓實(shí)作用產(chǎn)生的異常壓力進(jìn)行預(yù)測(cè)。在砂泥巖地層，地層水性質(zhì)變化不大的地質(zhì)剖面，地層聲波時(shí)差與孔隙度之間成正比關(guān)系，在正常壓實(shí)的地層中，在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)上，聲波時(shí)差與深度呈線性關(guān)系，聲波時(shí)差對(duì)數(shù)值隨深度增加呈線性減少，據(jù)此可在正常壓力層段建立正常趨勢(shì)線，如果出現(xiàn)異常高壓，聲波時(shí)差散點(diǎn)會(huì)明顯高于正常趨勢(shì)線[5]。

2.2 Dc指數(shù)法預(yù)測(cè)地層壓力基本方法和原理

Dc指數(shù)基本計(jì)算模型[5]：

式中：N-轉(zhuǎn)速，r/min；T-鉆時(shí)，min/m；W-鉆壓，kN；D-鉆頭直徑，mm ；ρm-實(shí)際鉆井液密度，g/cm3；ρn-正常壓力井段地層壓力當(dāng)量密度，g/cm3。

在正常壓實(shí)的地層中，在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)上，Dc指數(shù)與深度呈線性關(guān)系，Dc指數(shù)對(duì)數(shù)值隨深度增加呈線性減少，據(jù)此可在正常壓力層段建立正常趨勢(shì)線，如果出現(xiàn)異常高壓，Dc指數(shù)散點(diǎn)會(huì)明顯低于正常趨勢(shì)線[7]。

2.3 計(jì)算地層壓力

Dc指數(shù)法與聲波時(shí)差法均使用伊頓模型計(jì)算地層壓力。在進(jìn)行地層壓力計(jì)算之前，均需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和處理，盡量減少和消除測(cè)井過(guò)程中由于其他因素造成的測(cè)量數(shù)據(jù)的偏差和錯(cuò)誤，以減少不良數(shù)據(jù)對(duì)后續(xù)計(jì)算分析的影響[3]。然后根據(jù)已經(jīng)建立的正常壓實(shí)趨勢(shì)線和實(shí)際數(shù)據(jù)，使用伊頓模型計(jì)算地層壓力。

伊頓法計(jì)算公式：

式中：ρp-地層壓力當(dāng)量密度，g/cm3；ρn-正常地層壓力當(dāng)量密度，g/cm3；ρo-上覆巖層壓力當(dāng)量密度，g/cm3；n-伊頓系數(shù)。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

運(yùn)用以上的方法，對(duì)渤中A區(qū)塊4口井的地層壓力進(jìn)行了計(jì)算（見(jiàn)圖1～圖4），并繪制了A5井的地層壓力剖面圖（見(jiàn)圖5）。將Dc指數(shù)法、聲波時(shí)差計(jì)算的地層壓力與實(shí)際測(cè)壓數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明兩種方法計(jì)算的誤差很小，平均誤差率在5%左右，滿足工程需要，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鉆井施工作業(yè)具有現(xiàn)實(shí)意義。

圖1 A1井地層壓力對(duì)比圖

4 結(jié)論

（1）渤中A區(qū)塊地層異常壓力是欠壓實(shí)作用造成的。

（2）Dc指數(shù)法、聲波時(shí)差計(jì)算的地層壓力計(jì)算渤中A區(qū)塊異常壓力是合適的，最大誤差為5%，滿足了工程的需要，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鉆井施工作業(yè)具有現(xiàn)實(shí)意義。

（3）鉆井過(guò)程中，需要使用合適的鉆井液密度來(lái)平衡高壓地層，保證鉆井作業(yè)安全順利完成。

圖3 A3井地層壓力對(duì)比圖

圖4 BZA-4井地層壓力對(duì)比圖

圖5 A5井地層壓力剖面圖