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1、九、地层孔隙压力预测、检测技术 理论基础 监测方法 预测方法异常孔隙压力 孔隙压力通过有效应力影响岩石的变形和破坏。 在沉积过程中一般地层中的孔隙水能够自由运移 ，形成常压地层。 偏离正常压力的地层称为异常压力地层，分异常 高压和异常低压两种。异常压力特点： 地层比较年轻； 伴随高孔隙度； 起始于较大埋深； 砂泥岩交互层较厚。异常压力产生的原因： 欠压实 迅速沉积盆地 断层运动封闭地层 高位水源头，如高山附近。 其它原因，如热膨胀等。9.1 地层孔隙压力预测理论基础在陆地和海上烃类资源普查中，均发现了异 常压力。 可以存在于砂泥岩剖面，也可以存在于蒸发 岩剖面。 在地质时代上，形成范围从新生代
2、到古生代 。 成因有：沉积压实不均、水热增压、渗透作 用和构造运动。地层沉积过程：沉积物压缩过程是由上覆沉积层重力引起的。随 着上覆岩层的增加，下面的地层逐渐被压实。若沉积速度较慢，沉积层内岩石颗粒有足够的时 间进行重新紧密排列，使孔隙度减小，孔隙中过 剩流体被挤出。如果是“开放”地质环境，被挤出 流体就沿阻力小的方向或向低压高渗方向流动， 于是便建立了正常压力环境。影响地层压实的主要因素有：上覆沉积速度；地层渗透率大小；孔隙度减小速 度；排出流体能力。9.2 地层孔隙压力监测方法dc指数法（1）1965宾汉通过室内模拟实验，提出了钻速 方程：V=KaNe(P/D)d由钻速方程可以得到d指数，
3、进一步修正得到dc 指数。dc=n/ m=log(3.282e/N)/log(0.0684P/D)(2)绘制dc指数随深度变化图（3）建立正常趋势线AMCO认为不同地区正常趋势线变化不大。dchdc指数示意图(4)运用dc指数计算孔隙压力有四种方法：a.反算法p=(dcn/dc) hb.等效应力法dc指数反映了泥页岩压实程度，相等dc指数其基岩应力也相等。而上覆岩层压力总是等于地层压力和基岩应力之 和，正常压力下基岩应力可以求得，这样，应用dc值相同和值相同原理，可得计算公式：Gp=Gp0+(Go-Gp0)(dcn-dc)/(a*h)a为正常趋势线的斜率dcndchehc 伊顿法1976年伊顿
4、通过大量实践，得出：Gp=Go-(Go-Gn)(dc/dc)1.2d 对数法1967年统计分析得：p=0.91log(dcn-dc)+1.98C指数法1982年P.L. Moore提出的新方法，原理：孔隙压力增加机械钻速增高，增加泥浆密度可 使钻速降低。若增加泥浆密度使机械钻速恢复到原来的值，泥浆密度的增量即为孔隙压 力的增量。2= 1log(3.2808vh1)/log(3.2808vh21/cc值由邻井资料计算。9.3 孔隙压力预测方法地震层速度法1。公式法先建立正常压实地层层速度与井深的关系线。然 后建立计算公式。a等效深度法层速度相同的地层具有相同的有效应力。Pp=GnHe+(H-He
5、)Gob比值法正常压力地层层速度与地层压力之积等于异常压 力地层层速度与孔隙压力之积。Pp=Gn(vn/v)2.图版法3.直接预测法=B(v-vmin)/(vmax-A(v-vmin)Pp=Go-(Go-Gn)(v/vn)3Pp=Go(vmax-v)/(vmax-vmin)4 声波时差法等效深度法Gp=Go-(Go-Gn)ln( t0)-ln(tn)/Ch伊顿法Gp=Go-(Go-Gn)(tn/ t)3.6十、井壁稳定的基本原理 地层三个压力的概念 孔隙压力 地层孔隙压力是指地层中孔隙流体的压力。 坍塌压力 地层坍塌压力是指井壁产生剪切破坏时的临界 井眼压力。 破裂压力 地层破裂压力是指地层产
6、生拉伸破坏时的临界 井眼压力。10.1 井眼围岩应力分布规律应力 强度 直井线弹性模型 斜井线弹性模型 蠕变模型直井线弹性井眼围岩应力分布规律 假设：地层为线性、均质、各向同性弹性体。HhhHhhH- h则，井眼围岩有效应力分布规律为：井壁上一点的应力状态 ：斜井井眼应力分布规律Hhvz r井壁上一点的应力状态：10.2 坍塌压力的计算 Mohr-Coulumb 准则 直井井壁应力表达式：井壁应力与圆周角的关系：当=90，井壁应力分量为：pmz rP1 p2令1= ， 3= r，则带入库伦准则，得：令1= z， 3= r，则带入库伦准则，得：令1= z， 3= ，则带入库伦准则，得：10.3
7、破裂压力的计算拉伸破坏准则：破裂压力表达式：10.4 计算示例某油田井深为2600米的砂岩地层，强度符合 Mohr-Coulumb准则，其内聚力为6MPa,内摩擦角为43.8度，泊松比为0.2，单轴抗拉强度为0。地层的上覆岩层压力梯度为22.6KPa/m,地层孔隙 压力梯度为12.2KPa/m,假设水平地应力均匀，且 其应力梯度为17KPa/m.试求打开该砂岩层的合理钻井液密度范围。解：（1）原地应力状态上覆岩层压力v=22.6x2600=58.76MPa;水平地应力h=H=17x2600=44.2MPa；（2）孔隙压力Pp=12.2x2600=31.7MPa;（3）地层破裂压力Pf=3h-H
8、+t-Pp=3x44.2-44.2+0-31.72=56.68当量钻井液密度为100x56.68/2600=2.18g/cm3（4）地层坍塌压力井壁上的应力分量r=Pm= 2h-Pm=88.4-Pmz= v=58.76若： 1= ，3= r,则根据Mohr-Coulumb定律，有 ：40.66-0.922Pm=6+(0.6922Pm-18.11)x0.959Pc=36.79当量钻井液密度为：1.42g/cm3该层位合理钻井液密度范围是1.42-2.18解：（1）原地应力状态上覆岩层压力v=22.6x2600=58.76MPa;水平地应力h=44.2MPa,H=50MPa；（2）孔隙压力Pp=1
9、2.2x2600=31.7MPa;（3）地层破裂压力Pf=3h-H+t-Pp=3x44.2-50+0-31.72=50.88当量钻井液密度为100x56.68/2600=1.96g/cm3例2 对上题砂岩层，若水平地应力非均匀H=50MPa, h=44.2MPa,其它条件不变，试确定打开砂岩层的合理 钻井液密度范围。（4）地层坍塌压力井壁上的应力分量r=Pm= H-h-Pm-2( H-h )cos2=94.2-11.6cos2-Pmz= v-2( H-h )cos2=58.76-2.32cos2当=90，270时， 1= ，3= r,则根据Mohr-Coulumb 定律，有：29.8-0.72
10、2Pm=6+(0.6922Pm-19)x0.959Pc=30.32当量钻井液密度为：1.17g/cm3该层位合理钻井液密度范围是1.17-1.96一、固液耦合1。基本参数的确定Effective stress/Biot coefficient Fluid storage /Skempton coefficient(1)SPE Formation Evaluation, June 1993,117-193(2)Detournay, J. App. Mech. 1987, 54 p783-787.(3)Green, Wang, Geophysics, 1986,51(4), p948-956(4)
11、 Int. J. Rock Mech. 1988,25(3),171- 182.2。应力-渗透率关系研究(1)Int. J. 1997, 34(3-4), p446; (2)Int. J. 1995, 32(6), p268A; (3)2000,37(1-2), p51-61; (4)1997,33(4),p154A.3。压力衰竭与地应力SPE65512; SPE47381SPE47350Int. J. Rock Mech. Min. Sci, 1993,Cheng, A. H-D, Review of some poroelastic effects in rock Mechanics.二、
12、出砂机理与防砂1。出砂预测模型(1)Int. J. Rock. Mech. 1997,34(3-4), p466 (2)Int. J. Rock Mech., 24(4), p197-211 (3)SPE56631. (4)SPEJ(April 1981)p236-248 (5)Geertsma, J., SPEJ (1985)p848-856 (6)spe169892。Frac-Pack SPE26564; SPE26563; SPE27344三、井眼稳定1。弹塑性分析SPE28070; SPE27899; Int. J. 35(4- 5)1996.2。水化应力与坍塌周期SPE49263; Mody Hale, JPT(Nov.)1993Simpson, SPEJD(Dec)1995SPE54356.四、压裂1。预测模型Int. J. Rock Mech. 1993, 30(3) p233- 238.2。水平井压裂与压裂分析SPE56780, SPE60291, SPE63032SPE78186
