地层压力新方法

第1部分提高预探井地层孔隙压力预测精度的研究

1.1、地层孔隙压力确定技术概述

1.1.1、地层孔隙压力及其对勘探开发的意义

地层孔隙压力是指岩石孔隙中流体所具有的压力。在正常地质环境中，地层正常压实，地层孔隙压力等于从地表至该地层处的静液压力，称为正常地层孔隙压力。在某些特殊的地质环境中，经常遇到地层孔隙压力高于或低于静液压力的情况，称为异常地层孔隙压力(异常高压或异常低压)。

地层孔隙压力作为一个地质或地层参数在油气地质勘探、油气钻井工程、油气开发工程及油藏工程中占有极其重要的基础地位。其确定技术也是国内外多年来研究的重要课题。在钻井工程方面，它是实现低成本、高效率近平衡压力钻井的关键和依据。对于合理地选用钻井泥浆性能和设计套管程序、减少油层污染和解放油气层，尤其是防止和避免钻井重大事故发生等方面都具有很大的经济价值和科学意义。在地质研究和应用方面，“地层孔隙压力，特别是异常孔隙压力，对有关地球科学几乎所有的领域都有重大意义，可以这样说，它带来了翻天覆地的变化，其意义可以与板块构造概念引起的变化相比”。它有助于研究油气运移、聚集条件和规律；预测可能的油气富集区和有利层位；研究构造的封闭条件。对于加快油气田的勘探步伐有实际的指导意义。

1.1.2、地层孔隙压力确定方法分类

50年代末期开始意识到地层孔隙压力在油气钻井中的重要性，60年代中期Hottman等人首次提出了利用测井声波时差及电阻率资料估计地层孔隙压力的方法，至今已有近40年。形成了许多实用的方法。按与钻井过程的时间关系可以将这些方法分为三大类：

●钻前预测方法：利用地震层速度等资料确定地层孔隙压力。预测精度主要取决

于地震资料的品质、对地质条件及地层的了解程度及计算模型的合理性。过去常用的方法有等效深度法和直接计算法。

●随钻监测方法：利用钻井资料实时确定异常压力带及地层孔隙压力。如过去常

用的方法有dc指数法、标准化钻速法、泥岩密度法等。

●钻后检测方法：利用测井资料确定地层孔隙压力。精度较前两种方法高。常用

的有泥岩声波时差法、泥岩电阻率(电导率)法、泥岩密度法等。

1.1.3、地层孔隙压力确定技术国内外研究概况

从50年代末至今，对地层孔隙压力确定方法的研究已有近40年的历史。严格讲，并未完全解决。目前世界上许多研究者还在进行研究探索，尤其是近几年在西方国家地质、钻井、地球物理测井界成为研究热点。一般说来，可以将地层孔隙压力确定技术的发展分为两个阶段：经验半经验阶段(1965～1989年)和逐步科学化阶段(1989年～现在)。

经验半经验阶段提出的方法目前国外一般称为传统方法(包括层速度逐点直接预测法、dc指数法和机械钻速法等、测井声波时差法和电导率法等)。这些方法已经应用了几十年，对全球的油气勘探开发做出了重要的贡献，但其缺陷也逐渐暴露出来，

已满足不了现代勘探开发技术的发展需要。传统方法存在以下局限：

☐理论依据是“不平衡压实过程导致的地层欠压实”，无法预测“不平衡压实”

以外原因引起的地层异常高压。

☐都需要确定正常趋势线。在新探区使用受到一定限制。

☐确定表征岩石物性的某个参量(如声波时差比值、dc值、电阻率比值等)与地层孔隙压力梯度之间的经验关系(经验系数图版、公式)，需要大量的地层压力实测数据。

☐绝大部分方法仅限于在纯泥岩中使用。

☐无法直接测量泥岩的孔隙压力，建立经验系数图版或公式时，孔隙压力的实测数据来自于泥页岩层中或附近渗透性地层。因渗透性地层往往存在压力回降现象，因此用经验图版或公式反过来预测泥页岩层的孔隙压力，其结果往往偏低。☐在定量确定孔隙压力值方面，基本上是经验和半经验的方法，缺乏坚实的物理和力学基础。

进入八十年代以来，钻井工程无论在深度、难度、技术等方面都发生了很大变化，主要的标志有：①MWD和LWD的应用；②PDC钻头使用；③钻探环境多样化；④钻探深度增加；⑤定向井、水平钻井及小井眼钻井技术的发展。传统的孔隙压力确定方法不能完全适应这种变化了的形势。人们开始重新估价地层压力确定的概念并提出新的方法。现代钻井对地层压力确定技术的要求主要有：

☐提高钻前地震预测的精度：近年来世界石油行业的不景气，迫使钻井降低本，这主要靠井身结构优化设计、减少复杂事故、提高钻井速度等措施来实现。这样对地层孔隙压力监测和预测的精度提出了更高的技术要求。

☐实时监测适应能力强：MWD和LWD的出现，使钻进过程中利用LWD测资料实时检测地层压力成为可能。若用传统方法，则需建立趋势线，就要求在上部正常压实段用LWD钻进，钻井成本增加。另外，若对本地区正常压实段缺乏了解，由实时测量数据建趋势线很困难。因此要求不需要建立趋势线的方法。☐确定不同机理的异常地层孔隙压力：随钻探深度及地质环境多样性的增加，钻遇的异常高压地层的形成机理不仅是“不平衡压实”，传统方法不适用。

☐确定泥岩以外其它岩性的地层孔隙压力：传统方法适用于这种情况于泥页岩地层，对其它岩性适用性差。

Exxon公司提出了利用声波测井资料评价地层孔隙压力的一种新方法，可以解决“欠压实”及欠压实以外其它因素引起的异常高压的确定`。将欠压实以外的因素(如水热增压效应)归结为“孔隙流体膨胀”。该方法不需要建立正常趋势线，但限制在泥页岩中使用。

Sperry_Sun钻井服务公司为了充分利用MWD或LWD资料，实时监测地层孔隙压力和地层破裂压力，开发了一种利用地层深电阻率(真电阻率)及自然伽玛资料，实时监测地层孔隙压力和破裂压力的方法。该方法除了不需要建立正常趋势线外，还有一些重要的进展，如通过大量的实验数据分析，考虑砂泥岩及砂岩孔隙度与泥质含量的关系，初步解决了砂岩、泥质砂岩的孔隙压力确定问题。另外通过大量的现场地层压裂数据实验，导出了地层破裂压力与孔隙度的一个新的关系。后经过改进，又将地层视密度资料应用上，结合饱和度数据确定含油气储层的地层孔隙压力。利用邻井资料确定有关参数后，即可用来随钻监测正钻井的地层孔隙压力和破裂应力。该方法对“野猫子”井不适用，而且需要MWD和LWD工具，可以应用于利用测井资料评价地层孔隙压力方面。

AGIP公司开发了一个智能软件，命名为WOODIE(Well Online Overpressure