第3章 地层压力检测

第三章地层压力检测

大量的勘探实践表明，异常高压地层的存在具有普遍性，而且钻遇到高压地层比低压地层更为常见。这些广泛分布的异常高压地层首先影响钻井的安全，钻井中，如果未能预测到可能钻遇到的异常高压地层，使用的钻井液液柱压力小于地层压力，可能会导致严重的井喷甚至井喷失控。因此，在石油钻井中，对地层压力的评价是非常重要的，对保护油气层，保证井控安全具有重要意义。

一压力检测的目的及意义

1 压力检测和定量求值指导和决定着油气勘探、钻井和采油的设计与施工。

2 对钻井来说，它关系到高速、安全、低成本的作业甚至钻井的成败。

3 只有掌握地层压力，地层破裂压力等地层参数，才能正确合理的选择钻井液密度，设计合理的井身结构。

4 更有效地开发、保护和利用油气资源。

二异常地层压力的形成机理

1压实作用：

随着埋藏深度的增加和温度的增加，孔隙水膨胀，而孔隙空间随地静载荷的增加而缩小。因此，只有足够的渗透通道才能使地层水迅速排出，保持正常的地层压力。如果水的通道被堵塞或严重受阻，增加的上覆岩层压力将引起孔隙压力增加至高于水静压力，孔隙度亦将大于一定深度时的正常值。

2 构造运动

构造运动是地层自身的运动。它引起各地层之间相对位置的变化。由于构造运动，圈闭有地层流体的地层被断层、横向滑动、褶皱或侵入所挤压。促使其体积变小，如果此流体无出路，则意味着同样多的流体要占据较小的体积。因此，压力变高。

3 粘土成岩作用

成岩指岩石矿物在地质作用下的化学变化。页岩和灰岩经受结晶结构的变化，可以产生异常高的压力。例如在压实期间蒙脱石向伊利石转化。有异常压力，必有上覆压力密封层。如石膏（CaSO4·2H2O）将放出水化水而变成无水石膏（CaSO4），它是一种特别不渗透的蒸发岩，从而引起其下部异常高压沉积。

4 密度差的作用

当存在于非水平构造中的孔隙流体的密度比本地区正常孔隙流体密度小时,则在构造斜上部，可能会形成异常高压。这种情况在钻大斜度气层时常见到。在钻进近构造顶部的气层时，需要比钻油气水界面所需要的钻井液密度高。

5 流体运移作用

从深层油藏向上部较浅层运动的流体可以导致浅层变成异常压力层。这种情况叫做浅层充压。这种流体移动的流道可能是天然的，也可

能是人为的。

6 保压上移或地面剥蚀。

保压上移是渗透地层被不渗透地层包围，上移到较浅深度，在较浅

深度便形成异常高压。同样，若是地层剥蚀，也会形成异常高压。如图

所示，A处是正常压力，B处井底砂岩地层便为异常高压。

8 盐丘与盐层。

盐岩有两个特点（1）不渗透；（2）易溶解并以不同形状再结晶。因此，在盐丘下面，往往被隔成高压。如果是盐丘，则它向周围地层施加压力，同构造运动一样，促使盐丘附近地层变为异常高压。

异常高压的形成，往往是几种因素交织在一起而形成的，在地质界也存在着几种学说，从不同的方面来解释异常高压的成因。

三检测地层压力的方法

检测异常地层压力的原理是依据压实理论：随着深度的增加，压实程度增加，孔隙度减小。在相同的埋藏深度，高压层比低压层压实差，孔隙度较大。因此，任何反映地层孔隙度变化的参数均可以用来检测异常地层压力。

1 钻井前参考地震资料预测地层压力

地震资料中，地震波每米传播时间可用来预测地层压力。在正常压力地层，随着岩石埋藏深度的增加，上覆岩层压力逐渐增加，地层孔隙

度逐渐减小，这就使地震波的传播速度随岩石埋藏深度的增加而成正比

的增加，而传播时间随之减小。当

地震波到达高压油气层时，由于高

压油气的存在，地震波在流体中的

传播速度低于在岩石固体骨架中的

传播速度，另外，由于异常高压地

层孔隙度大，这些因素都会导致地

震波传播的速度下降，传播时间随

之增大。如图所示。因此，如果地

震波传播时间随深度的增加而明显

增加，便有可能是异常高压地层的显示。可以根据地震波在不同深度地层中的传播时间，在半对数坐标纸上绘出传播时间对深度的关系曲线，然后用等效深度法或根据经验公式计算地层压力的大小。

2 钻进中检测地层压力

在钻井过程中要通过随钻压力监测判断地层压力的变化，随钻压力监测主要是指钻井参数检测法。它包括机械钻速法，d指数法及dc 指数法，标准化（正常化）钻速法，页岩密度法和C指数法等。这些方法中，dc 指数法较为简便易行，应用也最广泛。但是dc 指数法只适用于泥页岩地层。

由于异常高压地层形成的地质条件复杂，要准确评价一个地区的地层压力，只应用一种方法是不够的，应利用包括地震和测井资料在内的多种方法进行科学的分析和解释。

下面就页岩密度法和dc 指数法做简单的介绍。

1)页岩密度法

一般情况下，随着深度的增加，页岩压实程度增加，孔隙度减小。但在压力过渡带或异常高压地层，由于岩石欠压实，孔隙度比正常情况下大，其密度比正常情况下小。因此，可利用岩石密度的变化检测地层压力。其方法是，在钻进中，取页岩井段返出的岩屑，测其密度，做出密度与深度的关系曲线，通过正常压力地层的密度值画出正常趋势线。偏离正常趋势线的点，即压力异常点。开始偏离的部分即为过渡带的顶部。如图所示。

⑴岩屑的选取

岩屑选取的可靠性直接影响岩屑密度的

准确度。在页岩井段，每3—5米取一次砂样，

钻速快时可10米或20米取一次，钻速慢时

重要层位也可每米取一次。选取岩屑时注意

记准迟到时间，除去掉块和磨圆的岩屑。用

清水洗去岩屑上的钻井液，用吸水纸将岩屑

擦干(或烘干，取一致的干度)。

⑵岩石密度的称量方法

①钻井液密度计称量。将岩屑放入密度

计的量杯中，加盖后等1g/cm3；再加淡水充

满量杯，加盖后称得杯内的密度值ρ T ；利用

下式计算页岩密度ρsh值。