油层地层压力分析方案

地层压力评估技术
z 概述 z 原始地层压力评估
y 钻前评估技术 y 随钻评估技术 y 钻后评估技术
z 油田开发过程中的地层压力预测
一、钻前评估技术
z 意义
y 无钻井资料的新探区来说，是获得孔隙压力数 据的重要途径
z 方法
y 利用地震资料预测地层孔隙压力及破裂压力
x 根据地层中声波速度和地层中孔隙压力之间的关系， 计算出地层孔隙压力。
2 计 算 dc 值 。 3. 绘制dc-H曲线图
z 一般使用半对数座标。 z 横坐标用对数座标代表dc值。纵座标用线
性座标代表井深Ｈ z dc-H曲线的组成。 z 1)正常压力带：H 越大 则dc越大 z 2)过渡带：钻速开始增加，dc逐渐变 小。 z 3)异常高压带：钻速达到最大，dc指数降
到最小并趋于稳定。
C指数法的基本计算公式.
1c
log
vh1


c 2
log
vh2
1,2--泥浆密度;
vh1,vh2--机械钻速,
c--岩石压实密度.
C值取决于岩石的压实性.对于同一岩性地层其c值
是不变的.
1
2

1

log(3.28vh1 log(3.28vh2
) )

c
C指数法检测地层压力步骤
井号
Q002 Q002 Q002 Q3 Q3 Q001A Q001A J1
井深 (m)
3560 4098 4777 3360 3990 3360 4480 3820
岩石强度法 dc 指数法预测值一实测值对比
实测压力梯
岩石强度法
Dc 指数法
度当量密度 压力梯度
误差 压力梯度 误差
(g/cm3)
(g/cm3)
t t0ecH
式中Δ t --深度为H的地层声波时差,μ s/m Δ t0 --深度为0的地层声波时差，μ s/m
c--Δ t与深度H关系直线的斜率，c<0
将上式稍作变换不难得出：
z 压实地层的声波时差正常趋势线公式
lg t AH B
z 常用的地层孔隙 压力计算公式
y 经验系数法 y Eaton法、 y 等效深度法等。
式中 Δ P—压差,Mpa； Rsmax—在过平衡钻井条件下的最大岩石
强度,kPa； ARS—平均岩石强度, kPa； RS0—压差为零时的岩石强度, kPa； a,b,c--常数。
该模型具有以下特点
z 第一, 对于低的正压差值Δ P, 它具有近似 的指数形式，这个特性可在随钻录井中得 到很好的验证。
y 利用这一规律可在钻进过程中及时发现井下异 常压力。
1）岩石强度模型的建立
z 岩石强度是根据现场随钻采集的钻井地质 数据，包括井深、钻压、转速、钻井液密 度、排量、钻头扭矩、钻头特性及地层岩 性等参数来评估岩石强度
z 用岩石强度与地层孔隙压力之间的关系模 型来计算地层孔隙压力。
(1)岩石强度模型
(2)对公式可作进一步简化得
RS

A
W N R (Bs )r3
(
Ed
)
r1
(
Q Dh Dn
)r2
f
(t)
f (t ) ( Ni )r4 eT 200
其中 ε —转速指数,无因次 r1,r2,r3,r4--系数。
2）地层孔隙压力与岩石强度关系模型的建立
z 岩石强度与井底压差的关系
根据现场大量录井资料、地质资料和测试资料， 回归得出岩石强度与井底压差的关系如下
式中 Gp-- 地层孔隙压力梯度当量泥浆密度，g/cm3； ECD--钻井液当量循环密度，g/cm3； TVD--垂直井深，m； Δ P--井眼中钻井液柱压力与孔隙压力之差，MPa； Cf--单位换算系数。
4）现场应用
z 在新疆塔西南巴楚地区琼002井、琼001A井、伽1井和琼3井，对岩石 强度法进行实验，将其试验结果与现场地层测试资料分别进行了对比
6.33
1.20
1.24
3.33
1.36
13.33
5）特点
y 岩石强度法通过在渤海油田和新疆塔西南油田 两探区多口井的现场试验，具体可归纳出如下 特点：
y 克服了常用的dc指数法的不足，考虑了钻头类型、钻 头水力工况及水力因素的影响；不需建立趋势线，人 为影响因素少。
y 岩石强度法是建立在对岩石物性的研究的基础上的， 从理论上讲，它对所检测地层岩性没有太严格的限制， 它的使用范围广。
声波时差曲线
1）经验系数法
z 计算公式
Gp

A t t n
B
式中 Gp-井深H处的地层压力当量密度，g/cm3
Δ t--井深H处的实测声波时差值，μ s/m
Δ tn --井深H 处正常趋势值，μ s/m
A--图板中正常趋势线斜率
B--图板中正常趋势线截距
z 适用条件
y 有过一定数量地层压力实测数据的地区
ARS RS0 f3 (p) f3(p) a arctg[bp c] d
可根据邻井或本井上部井段录井数据， 确定式中的参数a,b,c,d的值。
y 根据录井资料,计算出岩石强度与其对应的井 底压差数据,对所的数据进行曲线拟合,可得如 下函数关系模型:
p a tg{ [( ARs RS0 ) /(RS max / RS0 )] c} b
密度 埋深 孔隙压力增高，孔隙度 增大。岩石的密度减小， 地震波的速度降低 地震波速随深度的增加 而明显减小可认为可能 是高压异常的反映
二、 随钻评估技术
z 随钻检测的意义
y 利用钻井过程中随钻测量得到的钻井参数及地 质资料来评估地层孔隙压力
z 常用方法
y dc指数法 y 标准化钻速法 y 机械钻速法 y 页岩密度法 y 西格马法 c指数法 y 岩石强度法
z 第二，当Δ P为高值时，岩石强度达到最大 值，这种性质在实验室对页岩作三轴实验 时得到了证明。
z 第三，在欠平衡钻井条件下，Δ P的微小变 化可引起岩石强度显著的变化，也就是说 本模型对异常压力地层反应非常敏感。
3） 地层孔隙压力计算
z 有了井底压差就可以用下式来计 算地层孔隙压力梯度。
Gp ECD p /(TVD Cf )
三、 钻后评估
z 意义
y 利用钻后的测井资料和钻井地质资料评价地层 孔隙压力的技术。
z 特点
y 测井评价是地层孔隙压力评价的有效方法之一 y 其方法简单、精度高，得到广泛的应用。
z 常用评价地层孔隙压力的测井方法
y 声波测井法 y 感应电导率测井法 y 密度测井法 y 中子测井法
z 声波在岩石中传播时,同时产生纵波和横波. 纵波波速均为横波的1.73倍,能较先到达接 收装置,目前声波测井主要研究纵波在地层 中的传播规律.
z 根据实际钻速和泥浆密度,求出各岩层的压 实性系数c值.
z 在钻遇可能的压力过渡带时,求出使钻速恢 复到正常压力段作序的泥浆密度,也叫达到 新平衡所需的泥浆密度.
z 计算出泥浆密度增量. z 根据本地区的正常压力,计算要求的孔隙压
力.
使用c指数法的注意事项
z 泥浆密度的确定.在计算c 指数和地层压力时,应采用井底 压力当量泥浆密度.
•
dc 指数法测量地层压力原理
z 在正常压力地层，随着井深的
dc
增加，对泥页岩而言，钻时逐
渐增大，dc指数也逐渐增大，
在录井图上表现为随井深增加
dc指数逐渐增大的趋势。
z 在异常高压井段，钻时相对减 少，dc指数也相应减少。在dc 指数--井深图上，表现为向左 偏离了正常趋势。
z 利用这一规律，可根据dc指数 偏离正常趋势多少来计算地层 H
z 钻遇压力过渡带时,为避免很快钻遇高压过渡带,往往把钻
压转速降低,已达到减慢钻速的目的.在这种情况下,用c指
数法监测地层压力需要对机械钻速加以校正,修正公式如
下:
vh Ke P N 'a
z 当泥浆密度较底时,c值对地层压力变化很敏感,只要地层压 力稍有变化,C值变化很大.计算C值时不要选用压力过度带 的数据来计算,应在正常压力井段或地层压力基本不变的 井段计算C值,同时,还可用实测压力加以校核
4. 作dc指数正常趋势线。
z 作图法：在正常压力井段通过绝大多数点 画一条斜直线，在直线上任取两点即可写
出正常趋势线方程。
dc=b+ah
及式
dc=10ah＋b
式中： H-井深。
a-正常趋势线斜率
b-正常趋势线截距。
z 解析法：在正常压力井段，用回归法求出dc-H之 间的回归方程。
5.求地层压力：
判别出地层的性质.
1.声波测井法
z 地层声波时差与孔隙度的关系
t tma
t f tma
式中 φ -- 岩石孔隙度,%；
Δ t--岩层声波时差测量值，μ s/m； Δ tma --岩层骨架声波时差，μ s/m；
Δ tf--岩层孔隙中的流体声波时
差,μ s/m 。
z 地层声波时差与孔隙度在正常压实的地层 中的相似公式：
z 纵波在地层中传播速度表示如下:
z
式中
v2

E
e

(1
1 )(1 2)
z --岩石波松比.
z 从上式可以看出,纵波传播速度与岩石密度. 弹性系数等有关.而岩石密度和弹性系数又 取决于岩石性质.结构.空隙度以及埋藏深度 等.因此,不同的地层岩性就有不同波速.这样, 只要能测得声波在地层中的传播速度,就能
dp指数法
1.dc指数法
y dc指数法是在机械钻速法的基础上提出来
y 模式
dc
lg( 3.282) NT
n
lg( 0.684W ) m