[咨询求助]地层压力随钻预监测方法 [复制链接]

中国自1993年成为石油净进口国以来，对外能源依赖越来越大，对石油需求的增速愈益加快。石油消费的急剧增长使国家面临巨大压力，对中国能源安全构成威胁。在供应与消费之间发生越来越大缺口，对外石油依赖程度越来越高的情况下，节约勘探成本、加快勘探步伐对于缓解石油供需矛盾、稳定国民经济和社会生活秩序具有十分重要的意义。
异常地层压力带来的潜在危险包括井眼报废、井漏、井喷、井壁失稳、卡钻、地层污染、多余套管和泥浆费用增加等。据统计，由于地层压力预测不准而带来的问题，使工业界每年消耗20亿美元的额外费用。比费用更令人担心的是人身安全问题，因为对地层压力预测不准，可能导致火灾和井喷。因此，研究异常压力随钻检测方法有助于保证钻井安全，保护油气层，提高经济效益与社会效益。
但异常压力随钻检测是一个世界级的难题，欢迎录井、钻井、测井人士对此方法展开讨论。

dc指数法、西格玛指数法、泥页岩法
地震速度预测、测井声波测井预测等
但实际操作中，都不能真正解决随钻的地层压力预测和钻探前的预测。
还是一个有待解决的现实问题。

异常地层压力在地质和地球物理方面的响应如下：
⑴岩石的致密程度
异常压力会导致孔隙体积的改变，从而改变岩石的致密程度，一般情况下，在碎屑岩地层中，超压会引起孔隙体积的增加，表现为欠压实的特征。在钻井过程中，岩石的致密程度可以根据地层的可钻性来判断。
⑵储层的发育程度
储层不仅是地层流体的储集场所和疏导通道，同时也是地层压力的传导体，储层越发育，异常压力越难保持。因此，异常压力多发育于储层相对缺乏的区段。以岩性控制占优势的碎屑地层中，一般都保持有普遍的异常高压。
⑶孔渗性
与岩石的致密程度相对应，超压地层中由于含有异常高的流体含量，保持了其孔隙度，因而具有异常高的孔隙度和渗透率。这就是根据层速度预测地层压力的重要依据。
⑷成岩性
由于压力的封闭作用，孔隙流体承担了部分上覆地层重量，这就减轻了岩石骨架的承受力，因而也就阻碍了成岩作用的产生，造成超压地层一般机械压实作用较弱。从成岩阶段的划分上看，超压地层多位于晚成岩阶段，正好与油气的晚期生成相对应，为油气的初次运移提供了基本动力条件。
⑸形成环境
层位上，从前寒武系到更新世皆有分布，且在一般情况下，时代较老的地层中异常压力较低，甚至为负压，而年代较新的地层中多具异常高压。构造环境方面，被动大陆边缘盆地、活动大陆边缘盆地、克拉通盆地、前陆盆地、裂谷盆地中都有分布，总体上，以前陆盆地中的居多，油气聚集类型也以构造为主。
⑹构造特征
强烈的构造活动不仅破坏地层的完整性，同时也破坏地层的压力系统，在构造活动区，往往是断裂发育区，异常压力不易保存，并且异常压力的分布规律也变得不易掌握。这与一个具体的油藏保存条件密切相关。
⑺速度特征
由于异常高压地层具有异常高的孔隙度，其速度表现为低速特征，表现为在正常的速度变化趋势下出现速度的异常降低。这就是由声波测井和地震速度资料预测异常压力的依据。
⑻密度特征
与孔渗性及地层速度相对应，异常高压地层由于其压实程度低，孔隙度高，其地层密度也异常降低。
⑼电阻率
由于异常高压地层含有异常高的流体，而油田地层水多含有大量的盐份，其导电性好。因此，异常高压地层较正常压力地层为低阻特征。
⑽盐度特征
Overton & Timko提出清洁砂岩的含盐量Cw与相邻泥岩孔隙度sh之间的关系为：
Cw×sh = 常数               (2.1)
即，地层水含盐量（假设砂岩与泥岩之间盐度是平衡的）与邻近泥岩的孔隙度成反比。在正常压实情况下，随埋深增加，泥岩孔隙度减小，地层水含盐量增加。而在异常地层压力环境下则偏离这一趋势，在超压层中，泥岩孔隙度异常增大，而地层水中的含盐量异常减小。
上述响应特征可综合归纳于图2-1，其中含盐量、电阻率、矿化度是基于孔隙流体矿化度的变化；而孔隙度、钻速、声波时差、层速度、岩石密度是基于孔隙体积的变化。孔隙度、电导率、声波时差表现为偏离正常趋势线呈增高的趋势；而钻速、电阻率、含盐量、层速度、岩石密度则表现为偏离正常趋势线呈降低的趋势。

2.2 综合录井响应特征
综合录井仪提供了钻井工程、钻井液、地质三大类数十项随钻测量参数。大量的实践经验表明，只有综合多项参数的分析，才有可能取得一个比较准确的压力解释。由于各种数据来源的方式不同，与地层压力存在的联系也是不同的，有的甚至没有关系，这就要求我们进行系统的分析研究，找出各种参数对压力识别和测量的程度。
⑴钻井工程参数
凡是与钻头钻进速度有关的一切机械参数都归为此类。主要有钻速、钻压、转盘转速、扭矩、钻头参数等，由于这些参数的变化都有人为控制因素的存在，所以在用于指示地层压力变化时，需要进行一系列的修正或标准化，为此，提出了d指数、dc指数等进行压力预、监测的方法。
⑵钻井液变化特征
由于超压层异常高的孔隙和异常高的含流体量，在钻开时必然会引起钻井液中的流体特征和一系列物理特性的异常变化。这就为我们判断超压的存在提供了依据。根据大量的实践证明，在综合录井参数中，下列参数可以检测到超压层的存在。
①钻井液气侵
气测录井中的含气异常往往是异常高压层的显示，因此根据钻井液气侵可以预测超压的存在，但钻井液气侵受钻进的地质环境和使用的钻井技术影响很大（Fertl，1973；Daw et al，1977）。钻井液中的气侵可能来源于油气产层、钻井液添加剂老化、煤层、深层泥火山、断层、循环气、单根气等多个方面，因而察明影响钻井液气侵的主要因素对于异常地层压力的预测和监测至关重要。
②钻井液出口密度
油气侵会导致钻井液密度的降低，因此钻井液出口密度可作为检测超压是否存在的辅助标志。
③井涌
出于对油气层保护和安全施工的需要，平衡钻井技术得以广泛采用。一般情况下，所使用的钻井液密度能够很好平衡井下地层压力，它们之间的压差常常小于35.2 kg/cm2。所以，若发生井涌，则说明地层压力大于钻井液所能平衡的压力，是钻遇高压层的指示标志。
④钻井液出口温度
在压力过渡带，地层孔隙压力随深度增加的速度高于正常速度，地层温度的增加也是如此。
异常压力过渡带具有较低渗透率，有效阻止了下伏异常压力向上传递；同时，它也起到了“隔热板”的作用，阻止了下部热流的传导，使得异常压力过渡带的温度明显增高。所以，在随钻过程中，可通过监测钻井液的入、出口温度来识别异常高压的存在。
Lewis和Rose（1970），以基本热流的考虑为基础，提出了一个有关于超压和高温的数学模型（Guyod，1946）。在进入超压井段之前和（或者）进入超压井段时，可以观察到出口温度的变化（图2-2）。
⑤电阻率、氯离子含量
Chilingarian和Rieke(1968)、Chilingar等（1969）、Overton和Timko（1969）、Fertl和Timko（1970）讨论了在压实和欠压实地层中，地层水矿化度与地层压力之间的关系，从而可以通过入、出口钻井液中氯化物含量的异常变化，指示地层压力的异常。盐度的异常变化，必然会引起钻井液电阻率的异常变化。
⑥泥浆池液位和总池体积
超压层中异常高的流体含量在异常高的压力作用下进入井筒，必然导致泥浆池液位的升高和总池体积的增加。
2.3 地质录井响应特征
⑴泥页岩密度
泥页岩的体积密度一般随深度而增加，而超压带的泥页岩密度则表现为降低的特征（图2-3）。
但由于地区的不同或人为的因素，常常也可以出现一些测量上的不准确，如：①页岩气的存在，使体积密度降低；②泥页岩中富含有机质，导致体积密度降低；③年代地层界面，不整合面、差异压实、构造影响和在裂谷盆地中的位置，对正常压实趋势线产生影响；⑤岩性变化，如粉砂质泥页岩或砂质泥页岩、泥岩或泥灰岩、泥页岩中的碳酸盐岩含量等，也会影响体积密度的测量结果；⑥重矿物的存在，如黄铁矿、菱铁矿等，将增加泥页岩的体积密度。
⑵页岩岩屑的体积、形状和大小
经验证明，进入超压环境的特点在于钻速增加，结果就造成页岩振筛器上岩屑体积的增加。此外，岩屑的形状和大小也将变化。在过渡带，岩屑的形状是多角的和尖角的，而不像在正常压力环境的圆形。此外，从超压环境中来的岩屑，在外形上，可以变得异乎寻常的大，而且通常呈现破裂片。
⑶泥岩造浆电阻率
根据测井分析泥岩的电性特性，对压力的探测和定量的地层压力评价是一个有效的方法。超压地层在感应电测井的短电位测井曲线上，表现为偏离“正常”趋势到低于正常泥岩电阻率。
把这种异常压力探测概念推进一步，在井场上可以对代表性的泥岩样品（岩屑）进行类似的电性的测量。试验可以在泥岩岩屑，泥岩岩屑造浆，造浆滤液中进行，或在泥浆流动管线进口和出口测量泥浆流电阻率（含盐量）的瞬息变化来实现。
⑷泥岩造浆的渗滤速度
当钻井中接近超压层时，在地层中就要遇到一些地球化学变化。同样，泥岩岩屑造浆的渗滤速度也将发生变化。影响渗滤速度的因素包括岩屑样品的泥岩与砂岩比率，颗粒大小，存在的粘土矿物的类型和形状；页岩中空隙流体的PH值和电解质浓度（含盐量）等。
在正常压力井段，滤液停留的时间十分稳定（图2-4）。然而，在进入高压环境之前，渗滤时间显著地降低，其最低值与其它压力预测技术和泥浆需要的重量所准确定位的高压段，开始出现点相吻合。
⑸重碳酸盐—超压之间的关系
图2-5根据Collins（1970）和Jones（1968）的资料，画出了HCO3-浓度与深度间的关系曲线，外加上所研究井中的压力图中表明，对一特定的深度来说，异常高压带地层水的HCO3-浓度表现为高于正常压力带地层水的HCO3-浓度。
墨西哥湾岸地区的经验表明，地层盐水在超压或接近超压环境是较淡的；地层盐水中，重碳酸盐含量随含盐量减少而增加。超压环境中占优势的高压和高温，将增加这一作用。

楼主的分析很是全面，关键环节还需要像楼主这样的研究人员研究出操作可靠的程式，楼主可否把这方面的文章，例如上面帖出来的，以文件形式上传，大家共同提高进步呢.

写了几篇论文，正在被杂志社审理，刊出后将原稿上传

地层压力随钻评价是将钻井、录井紧密联系在一起的一项重要工作。不仅影响到勘探成本、人身安全、油气层保护，更为重要的是影响到油气勘探进程，关系到国民经济的发展及社会的稳定。建议大家对此继续展开讨论。

不管好用与否，目前钻井施工中随钻压力监测多采用Dc指数法，该方法原于标准钻速法，通过对钻井液密度影响的校正称为Dc 指数法，该方法与钻压、转速、钻头尺寸、牙齿磨损情况、钻井液相对密度等参数有关，不适应于PDC、巴拉斯、刮刀钻头，也不是用于钻头磨牙轮和钻头寿命终结阶段的判断。关键技术在于趋势线的正确选择和岩层物理参数如柏松比的正确选取。（该版版主加分那么少，不鼓舞一下气势，建议好的回复贴起点30分，呵呵）

以往对PDC钻头的压力检测观点要么是不可预测，要么是重新建立新的dc指数方法（dp、dcp指数）。根据我的研究，确定了PDC钻头条件下地层压力的可预测性以及dc指数对于连续使用PDC钻头条件的可适用性。