1、 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。z局限性y预测精度不高y预测结果只能作为钻井设计的参考原理z 纵波速度是预测地层孔隙压力的主要依据。z 影响地震纵波传播速度的因素y岩石的类型y埋深和结构z 地震预测地层孔隙压力模式y直接预测法、y等效深度法、y和图板预测法z 提高地震预测的精度的措施y地震资料的质量y解释工作水
2、平y建立合理有效的地震层速度模型y钻井和地质资料越全面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、二、 随钻评估技术随钻评估技术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ydc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 dp指数法y岩石强度法1.dc指数法ydc指数法是在机械钻速法的基础上提出来y模式mnDWNTdc)684. 0lg()282. 3lg(T-钻时,min/mN-转盘转速,r/minW-钻压,KND-钻头直径,mn-地层
3、水密度,g/cm3m-实际使用的钻井液密度, g/cm3 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孔隙压力。 dcHdc指数法监测地层压力的具体作法z1 .现场资料采集z采集资料时，若是第一口探井应从地质料录井处开始，其它井在过渡带前300500米开始。z应收集如下数据：地质数据：井深、地层、岩性、钻时。钻井数据：钻
4、压，转速泵压，排量，钻头类型，尺寸。z要求取全，取准数据，并舍去非正常的钻井数据和非泥岩，页岩数据。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zdc-H曲线的组成。z1)正常压力带：H 越大 则dc越大 z2)过渡带：钻速开始增加，dc逐渐变 小。z3)异常高压带：钻速达到最大，dc指数降到最小并趋于稳定。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=10ahb 式中： H-井深。 a-正常趋势线斜率 b-正常趋势线截
5、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：z1)反算法：z z式中 dch 正常趋势线上的dc值z dco- 实际计算的dc值 z p-所求深度的地层当量泥密度。z h-正常压力当量密度。z2) 等效深度法hcchpdd0)(000HApGGHGHpDc指数法的适用条件zdc指数法只适用于正常沉积压实的泥页岩地层z受其它许多因素的影响y钻头水利因素y钻头类型y地质情况等因素z目前对这些问题正在进行研究解决2. 岩石强度法z岩石强度法检测地层压力原理y正常地层在其上覆岩层的作用下，随着岩层埋藏深度的增加，岩石的压实程度相应增加，地层的孔隙度减小，钻进时岩石
6、所表现出的强度增加。y大多数类型的岩石，其岩石强度的变化与地层的孔隙压力有必然的联系.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。z )()()()()()()()()(987654321ydithTffsHfpfLfBfEfBfRfNfWAfRS式中A-系数； W-井底压力,KN； N-转速,r/min； R-钻速,m/h； BS-钻头直径,m； BT-钻头类型； Lith-
7、地层岩性； P-井底压差,Mpa； Hyd-水利因素； Eff-钻头磨损因素。(1)岩石强度模型(2)对公式可作进一步简化得)()()()(213tfDDQEBRNWARSrnhrdrsTrieNtf200)()(4其中 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)(30pfRASRSdcpbarctgapf)(3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。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
8、行曲线拟合,可得如下函数关系模型:bcRRSRAtgapSSRs)/()(0max0式中 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。z第二，当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，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
9、用下式来计算地层孔隙压力梯度。)/(fVDCDpCTpEG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； 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岩石强度法岩石强度法 dc dc 指数法预测值一实测值对比指数法预测值一实测值对比岩石强度法Dc 指数法井号井深(m)实测压力梯度当量密度(g/cm3)压力梯度(g/cm3)误差(%)压力梯度(g/cm3)
10、误差(%)Q00235601.561.591.921.466.41Q00240981.831.861.641.6112.02Q00247771.811.831.111.558.84Q333601.121.207.141.3217.86Q339901.501.628.01.369.33Q001A33601.531.540.651.455.23Q001A44801.581.6484.441.686.33J138201.201.243.331.3613.335）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、
11、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。y岩石强度法检测地层孔隙压力，经过现场初步应用，其检测结果精度高，大大高于常用的dc指数法，证明该方法是一有效、可行的随钻地层孔隙压力检测方法 C指数法zC指数法以相对平衡为出发点z在一定条件下,由于孔隙压力的增加使机械钻速增加,如果增加泥浆密度使机械钻速恢复到正常值,则增加的泥浆密度就是地层压力当量泥浆密度的增量.z前提条件是在保持钻劲参数和岩性不变.zC指数法是通过求岩石的压实行系数来求地层压力的.C指数法的基本计算公
12、式.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.2211logloghchcvvchhvv12112)28. 3log()28. 3log(C指数法检测地层压力步骤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.z 钻遇压力过渡带时,为避免很快钻遇高压过渡
13、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: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aehNPKv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
14、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 纵波在地层中传播速度表示如下:z 式中 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,就能判别出地层的性质.)21)(1 (12eEv1.声波测井法z地层声波时差与孔隙度的关系 mafmatttt式中 - 岩石孔隙度,%； t-岩层声波时差测量值，s/m； tma -岩层骨架声波时差，s/m； t
15、f-岩层孔隙中的流体声波时差,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：式中t -深度为H的地层声波时差,s/m t0 -深度为0的地层声波时差，s/m c-t与深度H关系直线的斜率，c0cHett0 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BAHtlgz常用的地层孔隙压力计算公式y经验系数法yEaton法、y等效深度法等。声波时差曲线1）经验系数法z计算公式式中 Gp-井深H处的地层压力当量密度，g/cm3 t-井深H处的实测声波时差值，s/m tn -井深H 处正常趋势值，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
16、量地层压力实测数据的地区BttAGnp2）Eaton法yEaton法计算地层孔隙压力梯度的模式式中 Gp -井深H处的地层压力当量密度，g/cm3 Gop 井深H处的上覆岩层压力当量密度，g/cm3 w-井深H处的地层水密度，g/cm3； t -井深H 处地层声波时差实测值, s/m tn -井深H 处地层声波时差正常趋势值, s/m nEaton指数nnwOPOPPttGGG)( 2.感应电导率测井法y原理x在地层水性质相对稳定的井段，岩性已知。地层电导率取决与地层孔隙度。对于正常压实的地层，随着埋深增加，泥岩孔隙度减小，电导率也逐渐减小。x在异常高压带，泥岩电导率则增高而偏离正常变化趋势。
17、x通过正常地层孔隙压力井段的电阻率数据，建立正常电阻率趋势线方程，x根据所测地层电阻率偏离正常趋势线的大小，来计算出该处的地层孔隙压力。y局限性x由于感应测井测得的地层电导率受地层水矿化度及泥岩矿物成分变化的影响很大，使正常趋势建立困难，这些不利因素影响了感应测井方法确定地层孔隙压力的广泛使用。3.密度测井法z密度测井是利用射线，来测量出地层岩石密度。z体积密度与孔隙度的关系:z 式中 - 地层孔隙度,% ma-地层骨架密度, g/cm3 f - 空隙流体密度, g/cm3 b-地层体积密度, g/cm3fmabmaz 地层孔隙度与地层体积密度的关系y地层密度越大，地层孔隙度就越小z 正常的压
18、实趋势y随着地层埋深增加，地层逐渐被压实，地层密度增大，地层变得致密 。y根据偏离正常趋势线量的大小，来确定地层孔隙压力。z 局限性y密度测井易受井眼质量的影响，尤其在严重垮塌的泥岩层段，难于测得地层密度的精确值，所以这使密度测井法在评价地层孔隙压力方面的应用大大受到限制。 地层破裂压力z确定地层破裂压力对实现安全快速钻井有重要的意义。必须保持井内压力介于地层压力Pp 和破裂压力Pf 之间，的某个值才能实现安全，快速的钻井。z确定Pf 有理论计算法和液压试验法两种。地层破裂压力的计算方法z1 伊顿法：z 伊顿认为：地下处于均匀水平地应力状态，且其中充满着层面层理和裂缝。钻井液在压力作用下将沿着
19、这些薄弱面侵入使其张开并向远处延伸且张开裂缝的流体压力只需克服垂直裂缝面的应力。z 在水平均匀地应力状态其水平地应力只来源于上覆岩层的重力作用。z 设地下岩层可视为各向同性均质的弹性体根据地层在水平方向上的应变受约束可以导出。 z 伊顿公式z 式中Gf地层破裂压力梯度)(1)1(0ppfppHHpG2斯梯芬法z斯梯芬提出了水平构造应力的设想。他和伊顿一样认为破裂压力只是张开地层中已有裂缝所需的流体压力。这个压力等于垂直裂缝面的水平地应力。z z 式中 k-构造应力系数z k值需用实际破裂压力用反算法求得)(1(0ppfppKpp3 黄荣樽法z这种方法主张地层的破裂是由井壁的应力状态决定的。而且
20、考虑了地下存在的非均匀的地应力场的作用。z计算模式为：z z式中：k构造应力系数z St-岩层的抗张强度z其中k值可由上式反算求得，St可通过水力压裂试验求得。tppfSppKpp)(12(04 地层的破裂压力试验z 为了防止在异常压力区形成井涌，第二次开钻后钻井液的密度要升高，但是应该使上层套管鞋处的液柱压力略小于该处的破裂压力。z一般说来，套管鞋下面的第一砂层是最容易被压裂的。为确定套管鞋下面的第一砂层的破裂压力梯度，必须进行破裂压力漏失实验。z这种方法通常在套管鞋以下钻出一段裸眼井后进行。只有在注水泥质量完好的情况下才能成功地进行破裂压力试验。漏失试验方法z (1)关闭环形空间。z (2
21、)缓慢启动泵以1L/s左右排量向井内注入泥浆。z (3)记录不同时间的泵量与立管处的压力，并作注入量与立管压力的关系曲线。z (4)确定各压力值。z 漏失压力PL ：开始偏离直线之点的压力值。z 破裂压力Pf ：最大值点的压力。z 传播压力Pr ：压力趋于平缓之点。z(5)确定破裂压力梯度一般以漏失力PL 为允许压力。式中：m 泥浆密度g/cm 3 H-测试层井深 PL -漏失压力kPa Gf -破裂压力梯度KPa/mz液压试验法只适用于砂岩、页岩层。HpGlmf8 . 9第二节第二节 油田开发过程中地层压力预测油田开发过程中地层压力预测z意义意义z一、憋压层产生的原因一、憋压层产生的原因z二
22、、油水井井底动压计算二、油水井井底动压计算z三、油水井间压力分布规律三、油水井间压力分布规律z四、两油井间压力分布规律四、两油井间压力分布规律z五、多口井间压力分布规律五、多口井间压力分布规律一、憋压层产生的原因一、憋压层产生的原因z 什么是憋压层z1憋压层形成的因素y1）注采不平衡y2）有外界压力源y3）存在压能聚集场所z2憋压层的类型y1）构造遮挡型y2）地层尖灭型y3）透镜体型y4）渗透率差异型y5）层间互窜型 二、油水井井底动压计算二、油水井井底动压计算z1油井井底动压计算y 油井井底动压可以通过套压和动液面计算出来z Pf0P0（HHl）mg y式中 Pf0油层中部动压，MPa； P
23、0油井套压，MPa； H油层中部深度；m H1动液面深度，m m一采出液的密度，kg/m3 g一重力加速度，m/s2。 z mFw（F） z式中m油井产液含水， 一水的密度，kg/cm3 0一油的密度，kgcm3 2注水井井底动压计算z注水井井底动压可用井口注水压力和沿途压力损失来计算z PfwPpH w gPaPb y式中 Pfw注水层中部动压，MPa； Pp一注水井入口压力，MPa； Pa注入水油管内压耗，MPa； Pb注入水在水嘴、配水器处的压耗，MPa三、三、 油水井间压力分布规律油水井间压力分布规律z在某一油层上有一口水井和一口油井同时工作时，注水井造成油层内各点压力升高，而油井造成
24、油层内各点的压力下降。他们之间会相互作用，相互干扰，其压力分布曲线如图z图10-1 油水井间压力分布曲线PP1P2-Pe 10-4）z 式中 P两口井同时生产时地层中任一点的压力值，MPa；z P1水井单独生产时地层中任一点的压力值，MPa；z P2一油井单独生产时地层中任一点的压力值，MPa；z Pe一供液边缘地层压力，MPa。 根据平面径向稳定流的压力分布公式， PP1P2-Pe (10-4）wrwrrhkkqPP/ln2111111井 (10-5)wrwrrhkkqPP/ln2222222井 (10-6)式中 P井1 一水、井单独生产时的井底动压； 地层水的粘度； k一一油层绝对渗透率；
25、 krw1一水、油井附近油层水相对渗透率； h一一注水层有效厚度； r1一油层中某点到水井的距离； rw一井眼半径； ql一-注水井的注入量。 式中 P井2水井单独生产时的 井底动压； krw2一油井附近油层水相相对渗透率； h2一油层有效厚度； r2一油层中某点到水井的距离； q2一一采油井的产水量。假设油水井之间的距离为d。式（）、（）、（）建立油水井间连线上各点处的压力计算公式。z 当r=0时,水井井底动压井1存在下面的关系式: z 当 r=d时，即油井井底动压井2存在下面的关系式： 式(10-8)减式(10-9),可得(10-10) wrwrrhkkqpPp/ln2111121井井ew
26、rwprrhkkq/ln22222 (10-7) ewrwprdhkkqpPp/ln2111211井井井 （ ）ewrwprdhkkqpPp/ln2222212井井井 （10-9）)(/ln222211121hkrwqhkrwqrdkppw井井 (10-10) z 将式（）代入式（）中，即可得出油水井间连线的压力分布关系式。 z 式（）求二阶导数，且令其等于零，得z 由式（）可计算出一个r值。该r值就是油水井之间供液边缘的位置，而且将此r值代入式（）中就能算出油井液边缘的压力。wrwrrhkkqPp/ln211111井drdhkkqrw/ )ln(2222 （）2111r1hkqrw2222r
27、)-(d1hkqrw （）wrwrrhkkqpp/ln211111井 wrwrrhkkq/ln22222 wrwrdhkkq/ln2222 (10-13)wrwrrhkkqpp/ln211112井wrwrrhkkq/ln22222wrwrdhkkq/ln2111 （）四、两油井间压力分布规律四、两油井间压力分布规律z 在某一油层上有两口油井同时生产时，要保证各井产量与其单独生产时的产量不变，全地层中能量消耗势必增加，使得油层内任一点处的压降为各井单独生产时在此点形成的压降之和，见图所示。z图两油井间压力分布曲线z根据压力叠加原理，得 p=p1+p2-pe （） wrwrrhkkqpp/ln21
28、11111井wrwrrhkkqpp/ln2222222井ewrwwrwprrhkkqrrhkkqppp/ln2/ln22222111121井井ewrwwrwprrdhkkqrrhkkqppp/ )ln(2/ln222211121井井若两边间距为d，则两油井间连线上任一点的压力为：当 r= rw时ewrwprdhkkqppp/ln2222211井井井 （12）当 r=d 时ewrwprdhkkqppp/ln2111212井井井 （12）由式（12）减式（12） ，得)(/ln211122221hkqhkqrdkpprwrww井井 （12）从式（12）中不难看出来，两油井间的平均渗透率可由该式计算
29、。将式（12）代入式（12）中，得drdhkkqrrhkkqpprwwrw/ )ln(2/ln22221111井 （12）将式（12）代入式（12）中，得drhkkqrrdhkkqpprwwrw/ln2/ )ln(21112222井 （12）对式（12）求一阶导数，且令其等于零，得rdhkqhkqrwrw1r1222111 （12）由式（12）可以计算出两井间的供液边缘，此处也是两井间连线上压力最高点。但是，这并不是地层供液边缘压力，该压力值比地层供液边缘压力要小。对于地层供液边缘压力可近似地用下面的式子计算：wrwerdhkkqpp/ln21111井 （12）或 wrwerdhkkqpp/l
30、n22222井 （12）对于两油井周围的地层压力，可以用式（12）代入式（12）得出的计算式或用式（12）代入式（12）得出的计算式求出来。即wrwrrhkkqpp/ln211111井drhkkqrw/ln22222 （12）或 drhkkqrrhkkqpprwwrw/ln2/ln2111122222井 （12） 若两口相邻的井是水井，本节中的所有计算式依然能用，只是要把注水井的注入量看作负产液量代入计算式即可。五、多口井间压力分布规律五、多口井间压力分布规律z 多井同时生产时，地层内各点的压力值同样可以按照压降叠加获得。由地层中任一点的压降值等于各井单独工作时在此点造成的压降值的代数和，即
31、pe-p=(pe-p1)+(pe-p2)+(pe-pn)得 p=p1+p2+pn-(n-1)pe (）式中 p多井同时产生时地层中任一点的压力值； pn第n井单独生产时地层任一点的压力值； n井的数量 wnnrwnnnnrrhkkqpp/ln2井式中 rn地层中任一点间到n井的距离将式（12）代入到（）中，得多井同时生产时地层中任意点到地层压力计算式。 ewnnrwnnwrwwrwnpnrrhkkqrrhkkqrrhkkqpppp) 1(/ln2/ln2/ln22222111122井井井 （12）由式（12）可知，井处的井底动压为 ewnnrwnnwrwnpnrdhkkqrdhkkqpppp)
32、 1(/ln2/ln2112222221井井井井 （12） 式中 d12井到井的距离； dIn1 井到 n 井的井间距将式（12）代入式（12）中，得（12） nnnrwnnrwwrwdrhkkqdrhkkqrrhkkqpp112222211111/ln2/ln2/ln2井 当然，用其它的 2 井、井 n 井同样可以推导出地层中任一点的压力计算公式。用式（12）计算地层中任意点的地层压力时，采油井的产量看作已产量，而注入井的注入量看作是负产量，其它各项参数没有变化。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。
