地层压力定量计算方法

地层压力的定量计算
对任何井及区块地层压力的认识首先是从对区域地震剖面、地质构造、地层沉积史、油气运移、生排烃史以及周边和实钻资料的综合分析获得的，在此基础上建立区域地层压力模型，绘制出地层压力、破裂压力和上覆地层压力剖面，并对即将钻探的井提出具有指导性的意见和套管下深结构建议。

在随后的实钻过程中，通过对实时钻井数据的分析不断修改和完善预测结果。

最后以实测的地层压力数据对所建立的地层压力剖面及模型加以校正。

由此可见对地层压力的认识是一个不断认知-更新的过程，地层压力预测、评价服务贯穿了一口井从设计到完井的始终。

为了将问题简单化我们按其和钻井作业的对应关系将地层压力预测、监测和评价大致分为：钻前地层压力预测、随钻地层压力监测和钻后地层压力评价三部分。

其中随钻地层压力监测是对地层压力准确认识的关键，它关系到钻井作业的成败。

一、地层压力检测所需资料
地层压力检测结果出自对定量数据的计算和对定性数据的分析。

所需的资料大致分为数据类、图表类和文字描述类。

数据类：预测井和临井经深度校正后的地层层速度数据及分层数据；预测井和临井的海拔高度、补心高度、钻盘面距名义海平面距离、井位坐标及地下水平面高度数据；临井套管下深结构数据；临井钻井录井数据，包括：井深、垂深、钻速、钻压、气测、出/入口泥浆密度、出/入口泥浆温度、ECD、Dxc等；临井的测井或LWD数据，包括：然伽玛或自然电位、深浅电阻率、声波、岩石密度等数据；临井实测地层压力数据，包括：MDT、RFT或DST；临井地层漏失实验（LOT）或地层完整性实验FIT数据。

图表类：临井综合录井图和地层压力录井图；过井地震剖面；预测井含临井的地理位置图。

文字描述类：临井岩屑和岩芯定名及描述；临井地质完井报告、钻井报告和井史；临井井漏、井涌、井喷记录。

二、伊顿法地层压力的定量计算
对地层压力的计算通常基于Terzaghi (1948)的应力模型，也既是：P f=S-σ 。

在具体的计算中使用伊顿，所得出的为孔隙压力梯度而不是压力。

1. 使用测井电阻率计算孔隙压力梯度：
Pf=OBG-((OBG-Pn)*(Ro/Rn)1.2)
式中: P f =孔隙压力梯度
OBG=上覆压力梯度
P n=正常孔隙压力梯度，通常取1.034。

R o=实测泥岩电阻率
R n=正常泥岩电阻率，来自于正常压实趋势线
2. 使用测井声波计算孔隙压力梯度：
Pf=OBG-((OBG-Pn)*(dTn/dTo)3)
式中：dT n=正常压实泥岩中声波速度，来自于来自于正常压实趋势线
dT o=实测泥岩声波速度
3. 使用Dxc计算孔隙压力梯度：
Pf=OBG-((OBG-Pn)*(Do/Dn)1.2)
式中：D o=实测Dxc
D n=正常压实泥岩中Dxc，来自于来自于正常压实趋势线
下面所示为如何计算OBG上覆压力梯度的实例：
通常在随钻过程中的地层压力检测我们使用泥浆录井所记录的Dxc参数，Dxc指数法计算公式如下：
Dxc=log10（R/60N）/log10 (12W/106*D)*（Pn/ECD）或公制单位
Dxc=[1.26-log10（R/N）]/[1.58-log10（W/D）]*（Pn/ECD）
式中：R=m/hr
N=钻盘转数RPM
W=钻压（吨）
D=钻头直径（英寸）
Pn为正常静水压力梯度，通常为1.034
ECD为等效循环密度
三、等效深度法地层压力的定量计算
在欠压实层段深度上的孔隙度等同于浅层深度正常压实层段的孔隙度。

其计算公式如下：
Pa=OBa-De*(OBe-Pe)/Da
式中：Pa=在实际深度点的地层压力梯度（sg）
Pe=在等效深度上的压力梯度（1.034）
OBa=在实际深度点的上覆地层压力梯度（sg）
OBe=在等效深度上的上覆地层压力梯度(sg)
Da=在欠压实层段的实际深度(m)
De=等同于浅部地层的深度(m)
四、 比例法地层压力的定量计算
该方法假设在欠压实层段同一深度点上曲线的实际值与正常趋势线值二者间的比值与地层压力成比例关系。

其计算公式如下：
Pa=Pn*Datn/Dato
式中： Pa=在图中实际深度点的地层压力梯度（sg ） Pn=相同深度下正常趋势线上的压力梯度（1.034） Datn=在正常趋势线上的数据值 Dato=数据曲线的实际值
在实际计算过程中可使用系数对结果进行校正。

例如在某一深度下实测地层压力梯
度为1.4sg ，而由比例法计算的地层压力梯度为1.3sg ，则系数C 为1.077（C=1.4/1.3）。

五、 钻具抽吸法确定地层压力
该方法最早由L.H. Robinson 发表在1993年1月的国际石油工程师杂志上，我们知道钻具在上提和下放过程中会导致井下ECD 等效循环密度的变化，这相当于抽吸和泵入效果，在地面上，井下压力的激动会引起气测全烃值的变化，其变化的大小除了与上提、下放的速度相关，还与等效循环密度和地层压力间的压差大小成比例，其方法如下：
在数据曲线深度为Da 的A 点向上画一条垂线与正常趋势线交于深度De ，然后获得在Da 和De 深度上的上覆地层压力梯度Oba 和OBe ，然后计算地层压力。

假设A 点下部地层的压实作用一个连续的过程，还可以由A 点向下画垂线与曲线交于B 点。

但是如果A 和B 点所处的层位不同或在沉积过程中地层发生了台升，则计算的结果有可能不可靠。

1，停止钻进，将钻头放至井底循环，使地层气与上提所产生的抽吸气分开。

2，停泵，然后以稳定的速度上提一个单根。

3，下放到井底，开泵循环以将抽吸气分隔开。

4，以不同的上提速度重复上述步骤两次。

5，继续钻进，直到抽吸气返出到地面。

注意其间不要停泵。

6，将测量的全烃峰值减去气测基值，得到不同上提速度地层气的抽吸量。

7，通过水力学公式计算出不同上提速度的抽吸压力。

也可以使用MWD直接测量抽吸压力（MWD的ECD等效循环密度）。

8，绘制出不同上提速度的抽吸压力与气体抽吸量的关系图，画一条最能代表各点相关关系的直线。

找出气体量为零时的抽吸压力，此时的压力代表井筒内存在的压力差。

9，将该压力差与泥浆静水压力相加即可估算出地层压力。

下表所列为在216mm井眼尺寸，不同上提、下放速度MWD实测等效循环密度（ECD），
五、正常趋势线的确定
所有使用正常趋势线进行定量地层压力计算的方法都是以在泥岩段中确定趋势线为起点，其原理基于处于正常压实的泥岩段其孔隙度相对稳定，任何泥岩段内孔隙度的偏离都指示出地层压力的异常。

从上面所列的定量计算公式中可以看到，由于正常趋势线直接影响到地层压力的计算结果，因此如何确定趋势线成为地层压力评价的关键点。

有人将正常趋势线的设定比喻为“艺术”，原因在于在确定正常趋势线的过程中包含了个人对本地区地层压力的认知程度，以及许多定性方面信息的理解。

就目前而言，虽然还没有任何一篇文章能明确地告诉你如何准确地设定趋势线，但是仍有一些基本规则可循。

1，需要在厚而纯的泥岩段内挑选设定趋势线的点。

随钻压力预测可使用MWD伽玛来协助挑取泥岩点，钻后地层压力评价可使用测井的自然电位。

需要注意的
是，测井曲线受井眼尺寸的影响，尽量避免选取井眼扩大段的数据。

2，设定一条或多条趋势线取决于区域地质沉积史，并且同一区域内不同井的趋势线有时可以借鉴。

3，随钻过程中可以通过泥浆密度或ECD与背景气、单根气间的关系对趋势线进行标定。

最常见的方法是调节趋势线使得计算的地层压力与实际钻井情况相
符。

4，在钻井过程中一些定性数据诸如掉屑的形状和大小，提下钻过程中有无挂卡，泥浆出口温度的变化等都可以用作趋势线的标定。

5，地层压力实测数据、井涌或井喷都是对趋势线进行标定最好方法。