4.2地层压力测试

(3)页岩密度法的作图方法 将Psh值按相应的深度画到坐标纸上，纵坐标是井深:横坐标是Psh值。 根据上部正常压力井段的页岩密度数据做出正常压实趋势线并延长。 画正常压实趋势线时应尽量使密度数据点分布在趋势线的两侧，以 利准确求值。 （4）用透明标准图版求出测点的地层压力 地层压力当量密度线与H-Psh图上的正常密度趋势线重合，则偏离 正常趋势线的点落在透明版的某线上或两线间。版上所表示的密度 值即该地层的地层压力当量密度值。
p dc

lg( 3.282) NT
lg( 0.0684w) D
n
m
• 式中Pn一正常压力层段地层水密度(一般取1.0-1.07)，g/cm3; Pm一在用钻井液密度，g/cm3。
• 在正常地层压力情况下，随着井深的增加，机械钻速Vm逐 渐降低，dc指数变大
• 当进入异常高压地层时，井底压差减小，机械钻速增加， 相应的dc指数就会减小，
2) dc指数法
正常地层在其上覆岩层压力的作用下，随埋藏深度的增加，泥岩
页岩的压实程度相应地增加，地层孔隙度减小，钻进时的机械钻速
降低。而当钻遇到异常高压层时，由于高压地层欠压实，孔隙度增
大，因此，机械钻速相应地升高。利用这一规律可及时地发现异常
高压地层，并根据钻速升高的多少来评价地层压力的高低，这就是
2、地层漏失压力试验
有些井只需进行地层漏失压力试验即可满足井控要求。试验方法 同破裂压力试验类似。当钻至套管鞋以下第一个砂岩层时，用 水泥车进行试验。
试验前确保井内钻井液性能稳定，上提钻头至套管鞋内并关闭防 喷器。试验时缓慢启动泵，以小排量(0.8~1.32l/s)向井内注入钻 井液，每泵入80升钻井液(或压力上升0.7MPa)后，停泵观察5分 钟。如果压力保持不变，则继续泵入，重复以上步骤，直到压 力不上升为止。
4.2地层压力检测
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、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。
地层承压能力试验也可以通过地面蹩压的方式进行，把高压油气层 或下部地层将要使用的钻井液与当前井内的钻井液密度差折算成 井口压力，通过井口蹩压的方法检验裸眼地层的承压能力。由于 井口蹩压的方式是在井内钻井液静止的情况下进行的，所以试验 时要考虑给钻井液密度差附加一系数(通常情况下取0.2g/cm3)， 以确保在提高密度后，循环的情况下也不会发生漏失。
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。地层压力有异常时，其上必有压力密封层。如石膏 CaS04"2H20)将放出水化水而变成无水石膏(CaS04)，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。
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。
另外，在直井与定向井中对同一地层所做的破裂压力试验 所得到的数据不能互换用。 当套管鞋以下第一层为脆性岩层时，只对其做极限压力试验， 而不作破裂压力试验，因为脆性岩层做破裂压力试验时在其 开裂前变形很小，一旦被压裂则承压能力会下降。 极限压力试验要根据下部地层钻进将采用的最大钻井液密度及 溢流关井和压井时，对该地层承压能力的要求决定。试验方 法同破裂压力试验一样，但只试到极限压力为止。
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。
1号井
A 井深=3000m
2号并
B 井深=3500m
3号井
C 井深=4000米
由于地层流体密度差形成的异常压力
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。
沿断层流入上层
沿水泥环流入上层
流体运移引起的异常高压
地下井喷到上层
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。
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/m3;再加淡水充满量杯，
加盖后称得杯内的密度值PT利用下式计算页岩密度Psh值。
式中 Psh—页岩密度， g /cm;
sh

1
2 T
3
T —页岩与淡水混合物的密度 g / cm3
②密度液法。 把岩屑放入标准密度液内，看其在液柱内停留的位置，直接读出密 度大小。
进行地层破裂压力试验时，要注意确定以下几个压力值
( 1)漏失压力PL，试验曲线偏离直线的点。此时井内钻 井液开始向地层少量漏失。
(2)破裂压力Pf，试验曲线的最高点。反映了井内压力克 服地层的强度使其破裂，形成裂缝， 钻井液向裂缝 中漏失，其后压力将下降。
(3)延伸压力Ppro压力趋于平缓的点。它使裂缝向远处扩展延伸。
四、地层强度试验
在钻井作业中，为了保护泊气层，防止其受到污染，同时也为了 获得高的机械钻速，应使用合理的钻井液密度，形成略高于地 层压力的液柱压力，以防止地层流体进入井内造成井涌或井喷。 同时，钻井液液柱压力又不能超过地层破裂压力。因此，在准 确预测地层压力的同时，还要了解地层承压能力。
在钻井施工中，通常通过地层强度试验了解地层承压能力的大小， 地层强度试验的目的主要有两个:一是了解套管鞋处地层破裂压 力值;二是钻开高压油气层前了解上部裸眼地层的承压能力。
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 。
构造运动前砂岩体边缘
构造运动后砂岩体被挤压变形
构造运动前后地层压力的变化
2、钻进中检测பைடு நூலகம்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。
3 钻井后检测地层压力
钻井后主要是分析测井资料或直接测试求地层压力。直接用 于评价地层压力的测井方法包括声波测井、电阻率测井、密 度测井等，其中应用最多的是声波测井。
1)声波法 利用声波时差检测地层压力的原理:声波测井记录的纵向
声波速度是孔隙度和岩性的函数。在某种特定的岩石中测井， 则声波测井曲线基本上反映孔隙度的变化。在正常压实条件 下，(页〉泥岩孔隙度随井深增加而减小。因此，声波时差也 随井深增加而减小。 2)利用电阻(导)率评价地层压力的方法
将上述钻速方程整理、取对数，得d指数表达式。
lg( 3.282)
d
NT
lg 0.0684W
D
式中T一钻时， min/m。
d指数法的前提之一是保持钻井液密度不变，这在实际施工中难 以达到，尤其在进入压力过渡带以后，为了安全起见，需提高钻井 液密度，这样， d指数随之升高，影响了它的正常显示。为了消除 此影响，提出了修正的d指数，即dc指数。
地面剥蚀形成异常高压
7、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，在盐岩下面，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。
(4)瞬时停泵压力Ps,当裂缝延伸到离开井壁压力集中区，即6倍 井眼半径以远时(估计从破 裂点起约历时1分钟左右），进行瞬 时停泵。记录下停泵时的压力Ps，此时裂缝仍开启，Ps应与垂 直于裂缝的最小地应力值相平衡。
(5)裂缝重张压力Pr，瞬时停泵后重新启动泵，使闭合的裂缝重 新张开。由于张开闭合裂缝时 不再需要克服岩石的抗拉强度， 因此可以认为地层的抗拉强度等于破裂压力与重张压力之差。 上述记录的压力值为井口压力。为了计算地层实际的漏失压力 或破裂压力还需加上井内钻井液的静液压力。
试验的方法主要有三种，即地层破裂压力试验、地层漏失压力试 验、地层承压能力试验。
1、地层破裂压力试验
地层破裂压力试验是为了确定套管鞋下面第一个砂岩层的破 裂压力，新区第一口探井必须进行地层破裂压力试验。 试验方法如下: (1)关闭环形空间。 (2)用水泥车以低速(0.8～1.32l/s)缓慢地启动泵向井内注入钻 井液。 (3)记录各个时间的泵入量和相应的井口压力。 (4)作出以井口压力与泵入量为坐标的试验曲线，如泵速不变， 也可作出井口压力和泵入时间 的关系曲线