双鱼石构造地层三压力剖面的建立及应用

•地质应用•双鱼石构造地层三压力剖面的建立及应用邱莎莎）夏宏泉1,陈颖杰2（1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室2.中国石油西南油气田公司勘探事业部）摘要：双鱼石构造钻井工程地质环境复杂，纵向上存在多套压力系统且地层微裂缝发育，喷漏卡塌等复杂井下事故频发,很有必要开展其地层三压力（孔隙压力、坍塌压力和破裂压力）剖面变化特征的研究文章结合该构造的地质特征和实钻资料，利用常规和偶极声波等测井资料，针对不同岩性地层的压实机理建立了地层孔隙压力预测模型；基于摩尔一库仑剪切破坏准则和拉应力破坏理论建立了地层坍塌压力和破裂压力计算模型，由此建立了双鱼石构造的地层三压力剖面据此，以ST1井为例分析了其井壁失稳的原因，并结合实钻资料确定了安全钻井液密度窗口研究结果表明，砂泥岩层段具有较宽的安全钻井液密度窗口，要注意防塌、防漏，而碳酸盐岩地层微裂缝发育，安全钻井液密度窗口窄，要注意防喷防漏关键词：双鱼石构造;孔隙压力；地层三压力剖面；安全钻井液密度0前言双鱼石构造位于四川盆地川西地区西北部，目前已完钻4口井（ST1井、ST2井、ST3井、Y1井），钻深达7000m以上，属于超深层气藏目的层为栖霞组和梁山组，主要钻遇上部砂泥岩地层（蓬莱镇-须家河组）和深层碳酸盐地层（雷口坡-梁山组）。

该构造纵向上存在多套压力系统，异常高压发育，属于典型的“喷漏塌同存”地层砂泥岩地层自流井组中部坍塌压力梯度高至1.37,地层垮塌、掉块；碳酸盐岩地层茅口组以下地层裂缝发育，破裂压力梯度低，钻井液漏失严重这些问题都与地层三压力剖面和安全钻井液密度窗口密切相关为提高该构造的钻井效率，有必要开展地层三压力（孔隙压力、坍塌压力和破裂压力）剖面特征研究，形成一套比较实用的基于测井、钻井等资料确定地层三压力剖面的方法，为该区新井的钻井优化设计和现场施工提供科学依据，实现优质、高效、安全钻井叫1三压力剖面计算模型建立1.1地层孔隙压力的测井计算利用测井资料预测地层孔隙压力有等效深度法[2]、伊顿法和有效应力法等其中，伊顿法计算砂泥岩孔隙压力时综合考虑了除压实作用以外的其它异常压力形成机制，并总结参考了钻井实测压力与各测井信息之间的关系，是一种比较实用的方法;但是对于碳酸盐岩地层剖面，由于泥岩较少,导致难以构建正常压实趋势方程，选用有效应力法计算孔隙压力较准确为此，采用伊顿法计算双鱼石构造砂泥岩地层的孔隙压力，采用有效应力法计算碳酸盐岩地层的孔隙压力’（1）伊顿法计算砂泥岩地层孔隙压力正常压实趋势线的构建是利用伊顿法计算地层孔隙压力的基础与关键固，可采用正常压力井段的泥岩层的声波测井数据进行回归计算与经验调整相结合的方来而建立。

图1为双鱼石构造泥岩层在正常压实条件下声波时差随埋深变化的趋势图LnAC=-0.000107dep+4.48808（1）基金项目：国家重点基础研究发展计划（973）项目子课题（2（）13CB228003）作者简介:邱莎莎（1988-）,女，在读硕士，西南石油大学，从事岩石力学和赭细测井解释研究图1双鱼石构造地层正常压实趋势线0

综合地层纵波时差、电阻率对碳酸盐岩地层孔隙压力的贡献度,通过最优化线性拟合可得到有效应力与地层电阻率、纵波时差的关系（式5）,表1为采用上述模型计算的碳酸盐岩地层孔隙压力值与实测值对比表，可知，其相对误差小于10%,满足工程要求伊顿法向原理如式（2）,该方法引入了压实系数C（也称伊顿指数）不同地区由于岩性、成岩作用、流体类型差异，忒实系数C也不同根据工区内多口井实测点得到C与纵波时差的关系式（式3）,对式（2）整理变换便得到计算砂泥岩地层孔隙压力的伊顿公式（4）AC(2)saoo80.006aoo2.oo4«oo6xx>8.ooiaoo1X00inRT(ohm.m)c=218651xNC_3655(3)5=q—（q—U）（ACjAC）4）式中：巳为孔隙压力，MPa;g为上覆岩层压力，由密度测井曲线积分求得，MPa;氏为地层静液柱压力，MPa;AC、AG分别为实测点的纵波时差值和正常趋势线上的声波时差值，p

g、bH分别为水平最小地应力和最大地应力,MPa双鱼石构造具有低孔、低渗、天然裂缝发育的地质特征，因此采用Newberry地应力模型计算其水平地应力J=^e-aPp)+PpaH=k

根据摩尔一库仑剪切破坏准则叫,双鱼石构造的地层坍塌压力预测模型为：p=成％-bh)-2Ck+aPp(F一1)O.5ZV/-/4C2式中：为泊松比,*~/V2-AC2；k为S水平最大地应力与水平最小水平地应的比值，无量纲，由实验数据得到，该构造砂泥岩地层k取1.34,而碳酸盐岩地层k取1.371.3地层破裂压力的测井计算现场钻井作业时,地层发生破裂是由于钻井液密度过大导致井眼承受的周向应力超过了岩石的拉伸强度，当井眼的周向应力从压应力过渡到张应力时,储层中的隐性裂缝就有可能被撑开根据拉应力破坏理论也迫使隐性裂缝张开的最小液柱压力为：Pm=3"bH—aPp(11)当储层为完整岩石时，井内液柱压力还要克服岩石的抗张强度6,张性裂缝才能从井眼周边出现，此时地层破裂压力的临界压力P,为：Pf=3ah-aH-aPp+at(⑵采用式(12)计算双鱼石构造地层破裂压力式中：Pm为迫使隐性裂缝张开的最小液柱压力,MPa;为地层破裂压力,MPa;S为抗张强度，MPa2三压力剖面的建立与应用基于上述方法和理论，以双鱼石构造ST1井为典型实例井，建立了ST1井的地层三压力剖面(图4)0在砂泥岩段：蓬莱镇-须家河组的地层压力系数为1.0-1.2,属于正常压力地层，坍塌压力梯度为0.752-1.272MPa/100m,破裂压力梯度为1.723-1.996MPa/100m。