泥页岩地层孔隙压力的预测方法

泥页岩地层孔隙压力的预测方法左　星1　何世明1　黄　桢2　范兴亮2　李　薇1　曾永清3
(11西南石油大学,四川成都610500;21四川石油管理局川东开发公司,重庆400021;
31塔里木油田公司勘探事业部,新疆库尔勒841000)
摘　要　勘探开发过程中,由于地层孔隙压力预测不准,时常造成井眼坍塌、破裂,这不但影响了工程的进行,而且带来了巨大的经济损失。

因此,准确预测地层孔隙压力,对钻井设计中钻井液密度的选择和合理的井身结构设计起着重要作用,同时也是打好一口井的重要因素。

文中概述了关于地层孔隙压力预测的一系列方法,并通过实例来说明如何准确预测,最后针对预测方法的局限性提出了一些建议。

关键词　勘探开发　预测　地层孔隙压力　钻井液密度　
地层孔隙压力预测方法的理论基础是压实理论、均衡理论及有效应力理论,预测方法有钻速法、地球物理方法(地震波)、测井法(声波时差)等。

目前单一应用某一种方法是很难准确评价一个地区或区块的地层孔隙压力,往往需要运用多种方法形成一种规范的预测准则[1],来进行综合分析和解释。

地层孔隙压力评价方法可分为2类:一类是利用地震资料或已钻井资料进行预测,建立单井或区块地层压力剖面,用于钻井工程设计、施工;另一类是钻井过程中监测地层压力,掌握地层压力实际变化,确定现行钻井措施及溢流监控。

3
目前常用的地层孔隙压力预测方法有钻前预测地层压力、随钻检测地层压力和钻井后检测地层压力。

1　钻前预测地层压力
由于在钻某一区块的第一口井时没有可用的测井资料及邻井相关数据,所以只能通过地震资料来估算地层压力[2]。

预测原理:地震波在地层中的传播速度与地层岩石的岩性压实程度、埋藏深度以及地质时代等因素有关。

一般情况下,地震波的传播速度随地层的埋藏深度的加大而增加,地震波在地层介质中的传播速度与岩层埋藏深度、岩石沉积时代和岩石密度成正比关系,与岩石孔隙度成反比关系,利用这些特性就可以对地层压力进行预测。

111　等效深度法
利用等效深度法求地层压力,首先根据地震
数据在半对数坐标图上绘出深度H和地震波传播时间t的关系图。

在所绘的关系图上找出正常压实段,划出正常趋势线,并拟合出正常趋势线的关系表达式(可以用最小二乘法),接下来就可以通过等效深度法来求解地层压力了。

等效深度法是基于压实理论,认为在地层岩石中传播时间相等的区域,其基岩压实程度也相同,所以骨架应力相等,用拟合出的正常趋势线求出正常地层压力P
,再由式(1)求出骨架应力,将所得骨架应力代入式(2),即可得所求层段孔隙压力,这是根据上覆地层压力等于地层孔隙压力与地层骨架应力之和。

M=σ-P0(1)
P p=σ0-M(2)式中:σ为正常上覆地层压力,MPa;M为岩石骨
架应力,MPa;σ
为实测上覆地层压力,MPa;P
p 为地层孔隙压力,MPa。

112　经验公式法
Philli p s和Han等人依据大量岩石样品实验
42断块油气田
2007年1月 F AULT2BLOCK O I L&G AS F I ELD 第14卷第1期
3收稿日期:2006-05-12。

作者简介:左星,男,1981年生,西南石油大学硕2004级
2班在读油气井工程专业硕士研究生。

电话:(028)
83030504,E-mail:zuoxing921@1631com。

数据,提出了纵波传播速度经验模型为
V p=V0-A<<+A p M-B p-M/C p(3)假设岩性一定且为泥岩,泥岩的孔隙度与有效应力存在以下关系:
<=<0e-bH(4)将孔隙度方程代入速度模型,可得
V p=a+k M-b e-d M(5)
式中:V
p 为岩石纵波速度,m/s;V
为岩石骨架的
速度,m/s;<为岩石孔隙度;A
<
,A p,B p,C p为常
数;b为孔隙度减小系数;<
为初始岩石的孔隙度;a,k,b,d为经验系数;H为井深,m。

对于泥岩地层,在a,k,b,d确定的情况下,已知声波速度,可以由式(5)反求骨架应力M,然后由式(2)计算孔隙压力。

该方法仅利用地震层速度资料,因此使用起来比较方便。

实践证明,这种方法对泥岩为主的连续沉积的砂泥岩剖面适用性很好,较传统的正常趋势线方法好。

2　随钻检测地层压力
211　页岩密度法
在一般情况下[3,4],随着深度的增加,页岩压实程度增加,岩石的容积密度增加,孔隙度反而减小。

而在压力过度带或异常高压层,由于岩层欠压实,岩石的孔隙度比正常情况下要大,其密度比正常条件下小。

因此,可利用岩石密度的变化来检测地层压力。

其方法是,在钻井过程中,取页岩井段返出的岩屑,测其密度,作出密度与深度的关系曲线,再通过正常压力井段的密度值划出正常趋势线。

密度值偏离正常趋势线的点,即压力异常点,开始偏离的部分即过度带的顶部。

212　岩石强度法
岩石强度法是根据现场随钻实时钻井数据(包括井深、钻压、转速、钻速、钻井液密度、排量和钻头扭矩等钻井参数)来评估岩石强度[5],并通过大量的室内试验和现场试验建立岩石强度与地层孔隙压力之间的关系模型。

岩石强度(S
R
),就是岩石在钻进过程中所表现出的破碎强度,可以表示如下:
S R=af1(W)・f2(N)・f3(R)・f4(D)・
f5(E b)・f6(B t)・f7(L)・f8(Δp)・f9(Q)(6)根据现场大量录井资料、地质资料、测试资料和室内模拟试验,就可以得出岩石强度与压差
(Δp)回归关系式:
S AR=S RO f8(Δp)(7)有了井底压差之后,就可以用式(8)来计算地层孔隙压力当量密度:
ρ
p
=ρec-Δp/(HC f)(8)式中:a为常数;W为钻压,k N;N为转速,r/m in;R
为钻速,m/h;D为钻头直径,mm;E
b
为钻头磨损因
子;B
t
为钻头类型;L为地层岩性;Δp为井底压差, MPa;Q为钻井液排量,L/s;C f为单位换算系数。

213　灰色预测模型
灰色系统理论是一种研究少数据、贫信息、不确定性问题的新方法。

用灰色预测模型来预测地层压力是基于灰色理论,根据上部已钻井段的随钻监测结果建立的地层孔隙压力随钻预测灰色模型,利用该模型对钻头下部未钻开地层的孔隙压力进行随钻预测[6]。

用灰微分方程来描述系统内部动态过程,是通过对原始数据作生成处理而减弱其随机性,进而将原序列转化成易建模的新序列,再用典型曲线拟合建立系统的微分动态模型,最后对依照新序列所建模型作还原生成处理,即得到原数列的灰色预测模型。

其基本步骤为:确定原始数列;改造原始数列;构造生成数列,建立灰色模型;求还原模型;进行残差检验;随钻预测;修正预测值。

214　dc指数法
dc指数法是利用泥页岩压实规律和压差理论对机械钻速的影响规律来检测地层压力的一种方法,也是钻井过程中地层压力检测的一种重要方法。

Rehm和Meclendon在1971年提出了dc 指数法[7]。

dc=d
ρ
mN
ρ
mR
(9)
式中:dc为修正的d指数,无因次;ρ
mN
为正常地层
压力当量密度,g/c m3;ρ
mR
为实际钻井液密度,g/ c m3。

dc指数检测地层压力步骤:按一定深度取点,一般115～3m取一点,如果钻速高可按5～10m,重点井段1m取一点,同时记录每个对应点的钻速、钻压、转速、地层水和钻井液密度;计算d 和dc指数;在半对数坐标上作出dc指数和相应井深所确定的点;作正常压力趋势线;计算地层孔
52
第14卷第1期 左　星等1泥页岩地层孔隙压力的预测方法 2007年1月
隙压力P
p。

作出dc-H图和正常趋势线后,观察异常高压出现的层位和该层段dc指数的偏离值。

dc指数偏离正常势线越远,说明地层压力越高。

目前根据dc指数偏离值计算地层压力的方法有A M诺玛纳公式、等效深度法、伊顿法、康布法等。

3　钻井后检测地层压力
311　声波时差法
声波时差法是一种比较常用的方法,只要有足够的声波时差数据[8],就可以较准确地求出地层孔隙压力。

声波测井记录的纵向声波速度是孔隙度和岩性的函数。

在某种岩石中测井,则其声波测井曲线基本上反映孔隙度的变化,所以有
t=t0e-kH(10)
式中:t为平均声波时差,μs/m;t
为初始声波时差,μs/m。

以该理论为基础,用作图法计算出孔隙压力。

312　电阻率评价方法
31211　作图
电阻率为横坐标,井深为纵坐标,在电测图上找页岩部分,据页岩井深H读相应的电阻率值R0,然后在半对数纸上作井深H与电阻率R0关系图。

31212　绘正常趋势线
在H-R
图上,在正常压力井段作正常趋势
线,使该线通过大部分正常压力段的R
数据点,该线为直线,把该线延长到需要的井深。

31213　求地层孔隙压力
利用电阻率评价地层压力的方法有:Eat on方法、Hott m an与Johns on方法、透明版方法。

这几种方法都需要绘制一个孔隙压力梯度与电阻率的关系图,要有足够的资料,工作量较大,但是预测结果的精确度较好。

4　实例分析
采用声波时差法和等效深度法预测K L2井34994071m地层孔隙压力,并进行计算评价(见表1)。

从表1中可以看出,实测压力与预测压力误差不大,但都偏小,这个主要是由于各种预测方法在计算中存在误差。

表1　声波时差法和等效深度法评价结果
井段/
m
压力/MPa
实测时差法等效深度法3499353476.070.073.2
3567357273.871.470.1
3590359574.271.270.1
3712371474.075.873.5
3740375074.172.373.6
3803380975.968.673.0
3888389573.871.672.4
3926393874.673.772.8
4066407175.372.372.4
5　结论
(1)由实例可知,地层压力预测方法所计算出来的地层孔隙压力与实测压力间都存在一定的误差。

这主要是由于不同公式对不同地层的适应性不同,如地层压实程度、孔隙度、泥页岩含量等不同,造成不同公式预测出的孔隙压力也可能存在差异,再加上公式自身也不完善,从而使得预测结果误差增大。

因此,要准确地预测地层压力,仅仅用一种方法是不行的,通常要用多种方法综合考虑来预测地层压力。

(2)可以用某些系数将不同公式融合为一个综合预测式,或者分层位预测地层孔隙压力,这样就在一定程度上减小了误差,增加了可行性与实用性。

但是,这些公式的变化,可能会导致公式中参量个数增加,或者是使计算过程复杂化,从而增加了局限性。

所以在该方向还需要做大量的探讨与研究。

参考文献
1　郭永峰,金晓剑1地层孔隙压力的精确预测及其应用[J]1中国海上油气,2004,16(1):3642
2　张传进1初探井地层孔隙压力预测方法[J]1石油钻探技术, 2002,30(3):1314
3　杨进,高德利1地层压力随钻检测新方法及其应用[J]1石油钻探技术,1998,26(2):1619
4　孙振纯,夏月泉,徐明辉1井控技术[M]1北京:石油工业出版社,199713641
5　杨进,高德利,王家祥1随钻地层压力随钻检测新方法研究及其应用[J]1中国海上油气,1998,10(2):4247
6　张辉,高德利1钻头下部未钻开地层的孔隙压力随钻预测[J]1天然气工业,2005,25(3):7982
7　禹荣,曾喜生,许庆国1地层异常压力的定量评论方法[J]1断块油气田,2001,8(3):2528
8　孙振纯,夏月泉,徐明辉1井控技术[M]1北京:石油工业出版社,199715156
(编辑　杨会朋)
62
2007年1月 断块油气田 第14卷第1期
Seis m ic reservoir p redicti on technol ogy has been greatly devel oped since90s.One of the m is Strati m agic seis m ic wavefor m classificati on technol ogy.This paper studies the characteristics of seis m ic reflecti on as sedi m entary facies change,and then quantifies general varying trends of seis m ic signal by neural2net w ork technol ogy,na mely seis m ic wavefor m classificati on and abnor mal seis m ic wavef or m or seis m ic facies map.Thr ough comp rehensive geol ogical analysis,the article describes the app licati on of above2 menti oned technol ogy and accurately p redicts braided channel sand of target stratigraphy in Hongqian area based on facts of exp l orati on in Hongqian dilling area.A good result has been achieved.
Key W ords:Seis m ic wavef or m classificati on, Strati m agic,B raided channel,App licati on.
Se is m i c Fac i es Study of Guan t ao Group i n Q i n gtuoz i Heave
W ang W e i(College of Geo2Resources and I nfor ma ti on,Ch i n a Un i versity of Petroleu m,D ongy i n g 257061,Ch i n a),Zhang Sh i q i,J iY ouli a ng.P.16218 Seis m ic facies is seis m ic cells which has certain distributi on range,and it is the su mmati on of main seis m ic characteristics of sedi m entary facies in reflecti on secti on. Guantao gr oup of Q ingtuozi heave is the potential p r os pecting area in Dongxin oilfield,but the strata distributi on and sedi m entary facies have not been researched s o far.There is fe w drilling well here,even coring and l ogging inf or mati on is much less.A s a result,sedi m ent research of this area should be based on the existing3D seis m ic data.This paper su mmarizes sedi m ent mode of Guantao gr oup of Q ingtuozi heave thr ough seis m ic facies research,which p r ovides guidance f or further p r os pecting.A ls o the work we did can be the use for reference of seis m ic facies research in other regi ons.
Key W ords:Seis m ic facies,Fluvial facies,Dongxin, Guantao gr oup.
C l a ssi f i ca ti on of Subl acustr i n e Fan
D epositi on Syste m i n L i a ngji a lou O ilf i eld
L i n Chengyan(Ch i n a Un i versity of Petroleu m, D ongy i n g257061,Ch i n a),Gao Guoq i a ng.P.19220,49
The continetal trubidite deposit of its side of ra mp is more different than the marine turbidite deposit in ter m s of contr ol fact ors of sedi m entary evoluti on.The turbidite syste m and turbidite stage of the marine deposit are mainly contr olled by relative change of sea level.W hile those of the continental fault lacustrine basin are contr olled by the tect onic subsidence and change of debris flux res pectively,etc.This paper discusses sublacustrine fan in the m iddle and l ower parts of the third stage of Shahejie For mati on in the m iddle part of L iangjial ou oilfield combining with contr ol fact ors of the tect onic subsidence sedi m entary syste m.The sedi m entary cells in work area are classified.
Key W ords:L iangjial ou oilfield,Tect onic subsidence, Sublacustrine fa m,Equiti m e contrast.
Rev i ews on Fault Sea li n g and Flu i d Flow
Zhang Yunqi u(Guangzhou I nstitute of Geoche m istry, CAS,Guangzhou510640,Chi n a),Sun Yu.P121223
The r ole of fault p laying in hydr ocarbon m igrati on,fault sealed trap and compart m entalizati on bet w een reservoirs are becom ing the hot research p r ojects in oil and gas exp l orati on and p r oducti on in the world.It is als o i m portant for high p r oporti on of faulted2bl ock reservoir evaluati on in east China t o highlight the study of relati onshi p bet w een fault sealing and fluid fl ow.For the pur pose,this paper su mmarizes the advances and future work on faulting,fault sealing and fluid fl ow in hydr ocarbon reservoirs fr om four as pects as foll owing: fault sealing features,mapp ing of fault zone and evoluti on, app licati on of fluid inclusi on stratigraphy t o understanding of hist ory of f ossil fluids in fault zone and fault sealing evaluati on,and analysis of reservoir structure and cap2r ock.
Key W ords:Fault sealing,Fluid fl ow,Fault da mage zone.
A Pred i cti on M ethod of Pore Pressure i n M ud Sha le For ma ti on
Zuo Xi n g(Southwest Petroleu m Un i versity,Chengdu 610500,Chi n a),He Shi m i n g,Huang Zhen et a l.P124226 The inaccurate p redicati on of the pore p ressure often da mages the borehole during the exp l orati on and the exp l oitati on.It not only obstacles the p r ocess of engineering p r oject,but als o engenders big econom ic da mages.So,the accurate p redicti on of pore p ressure not only p lays an i m portant r ole in deter m ining the mud density and the design of well bore structure in drilling,but als o is a key fact or for drilling successfully.This article e mphatically elaborates about a series of methods t o forecast pore p ressure,including the f orecast f or for mati on p ressure during the p r ocess of drilling,and it illustrates how t o accurately f orecast pore p ressure.Finally,this article p resents s ome suggesti ons pointing t o the li m itati ons of method of p redicti on.
Key W ords:Exp l orati on and exp l oitati on,Predicti on, Pore p ressure,M ud density.
Hydrocarbon Accu m ul a ti on Syste m and Its Resource Poten ti a l i n B i yang D epressi on of Nanx i a ng Ba si n Y u Gong m i n g(1.Ch i n a Un i versity of Geosc i ences, Be iji n g100083;2.Research I n stitute of Explora ti on and D evelop m en t,Henan O ilf i eld Co m pany,S I NO PEC, Nanyang473132,Ch i n a),W ang D efa,Zhang Shaohua et a l.P127229
Source r ocks are devel oped in Hetaoyuan For mati on of B iyang dep ressi on,where organic matter abundance is high, the potential of hydr ocarbon genesis is high,most of the maj or s ource r ocks are mature and rich hydr ocarbon res ources are f or med.Both in the s outh and north,the fan delta syste m s extends mostly int o the oil s ource area,many sets of cr oss over and super posed asse mblages of s ource,reservoir and cap r ocks are for med vertically.The hydr ocarbon transferring syste m are mainly composed of sandbodies and fault syste m, the differences bet w een the pore structural distributi on within the sandbodies result in an advantageous hydr ocarbon m igrating path.So far,the exp l orati on and exp l oitati on of the oil and gas mainly concentrate on the above H3in B iyang Dep ressi on.A s it has been seri ously exp l ored and devel oped, t o find rich oil and gas trap s becomes more and more difficult.I n order t o increase the oil reserves and stabilize the yields,the exp l orati on visi on should be expanded and the
Ⅱ
Jan.　2007 F AULT2BLOCK O I L&G AS F I ELD Vol.14　No.1。