随钻地层压力预测技术应用探讨周生友李恩重杨伟彪雷运木张根法（河南石汕勘探局地质录井公司）在以往陆上和海上石油勘探的实践中，普遍存在着异常高压地层，这些广泛分布的 异常高压地层首先影响的是钻井安全，如果未能及早检测或预测可能钻遇到的异常高压 地层，使用的钻井液柱压力小于地层压力时，会引起井涌或井喷事故；反之，钻井液柱 压力人于地层的破裂压力梯度时，又将导致井漏，易造成油气储层的污染，使气测仪检 测不到气测异常显示，在测试时不能出油气，导致圧死油气储层的现象，因而随钻预测 地层压力技术就显得格外重要一、地层压力形成的原因异常高圧地层分布广泛，从新生界第四系更新统到古生界寒武系、震旦系都存在 它的形成原因有多种解释，大多数学者认为，至少有六种机理可以用來解释沉积盆地内 异常高压地层的形成原因，分别是压实效应、成岩作用、密度差的作用、构造应力及构 造活动、异常地温梯度、油气生成等异常高压有可能是某个原因造成的，但往往是儿 个因素综合作用的结果在引起异常高压的诸多原因中，压实作用是引起超压异常最基 本、最主要的机理随着埋藏深度的增加和温度的增加，孔隙水膨胀，而孔隙空间随地 静载荷的增加而减小，因此，只要有足够的渗流通道，才能使地层水迅速排出、保持正 常的地层压力。
换句话说，只要孔隙水按自然压实速度排出，孔隙压力才可保持水静压 力沉积增加，上覆岩层重量增加，使基岩应力继续增加以平衡增加的上覆岩层压力但 如果水的通道被堵塞或严重受阻，逐渐增多的上覆沉积物重量，只能由孔隙内的流体承 担，从而使孔隙压力高于静液压力而形成异常高压二、几种随钻地层压力检测技术原理及计算方法对于随钻地层压力检测技术来说，己经不是什么新技术，它诞生于上壯纪60年代, 发展在80年代，尤其是80年代中期我国大量引进综合录井仪以后，使地层压力检测技 术的应用迅速升温当时，钻井利用人工随钻采集钻井工程资料进行地层压力检测，物 探利用地震资料进行地层压力预测，测井利用声波和密度测井资料进行地层压力预测, 录井利用综合录井仪进行随钻地层压力检测，使这项技术成为一时流行的技术因为 录井采用综合录井仪的计算机实时处理的随钻地层圧力检测技术，因具有直接性、实时 性和准确性而独片鳌头但是录井因为深入开展随钻地层压力检测应用的技术难度和工作量大而一度中断 这项技术应用研究工作实际上，只要我们坚持不懈地去探索和研究，就能逐步看到它 的应用效果和前景——在钻井工程上可以预报工程事故、提高钻井工效、提高井身质量 和固井质量；在地质上可以指导进行不同储层深度归位、提高岩屑描述质量、定量描述 储层厚度、与气测参数配合可预测储层的流体性质和产能，尤其在深层天然气勘探方面 和储层及油气解释评价方面有其独到的作用。
随钻地层压力检测技术有机械钻速法(钻时法)、d指数法、de指数法、des指数 法、Sigma法、页岩密度法等，其中des指数法、Sigma法的应用最普遍，原因是借助 综合录井仪这一工具，这两种方法所需的多种参数由过去的人工采集，变成传感器和计 算机联机口动采集，从而使这两种方法监测的准确度和敏感性有较大幅度的提高一)、des指数法des指数法预测地层异常压力的思想基于泥岩沉积过程中的欠压实，在砂泥岩地层 沉积过程中，泥岩微粒间的流体来不及排岀(泥岩连通性差)就被上部地层快速沉积封 闭在泥岩中而形成欠压实泥岩层，其特点是与上部地层的孔隙不连通，孔隙中保存了压 力异常，这个压力异常与上部地层总压力有关；其下部的砂岩层(高渗透性)具有异常 高压特性欠压实泥岩层作为上部正常压实泥岩层和下部异常高压砂岩层之间的储聚条 件来看，这样的上下部地层岩性结构，恰好是砂泥岩剖面理想油气藏的盖压力过渡带， 正是des指数随钻检测地层压力的关键所在因此，des指数通过检测欠压实泥岩(即 可能的高压渗透层的盖层)的存在，就可预测出下部异常高压层随着埋藏深度的增加，上覆岩石压力增大，泥页岩孔隙度减小，岩石变得致密，可 钻性变差，因而在相同的钻井条件下机械钻速逐渐减小，des指数逐渐増犬，在录井图 上表现为随井深增加，des指数逐渐增人的趋势，当出现界常高压时，岩石孔隙度增人, 井底压差减小，静压持效应减弱，机械钻速增大，des指数下降，在录井图上des指数 表现为向左偏离了正常趋势线。
可见，des指数是与泥浆柱压力和地层压力之间的压差 有关，因此des可以用来预报地层异常高压2、des指数计算方法des指数法是在机械钻速法的基础上发展起來的，计算公式如厂dcs=L0.516+lg (B ROP/RPM) J/L-6.17+lg (WOB/Dh) [ *H/ECD (1)B=ap (2)a=0.93T2+6T+l (3)T=X・ (O.31FBW2+3FBW+1) / (O.31X2+3X+1) (4)X=FBW- (TD-DI) /L (5)式中：b 钻头磨损校止系数；X和T 计算中的中间变量；a 进尺和钻头磨损程度的函数;P 钻头指数；ROP 钻速；RPM 转盘转速；H 地层静水压力梯度；WOB 钻压；Dh 钻头直径；ECD 当量循坏密度；FBW 钻头最终磨损级别；TD 实际井深；DI 起始井深；L 钻头进尺des指数影响因索主要有8项：钻压、转速、ECD、P指数、（预计）钻头进尺、（预 计）钻头最终磨损级别、静水压力梯度二）、Sigma 法在异常压力的实际分布中，有些情形是确实存在着压力过渡带而后进入高压带，但 在另外一些情况下，如在碳酸盐岩地层中，不存在压力过渡带，由于碳酸盐岩地层的孔 隙度和渗透率变化很大，规律性差，孔洞或裂缝分布也是多变的，碳酸盐岩的这种多变 特性导致异常压力的分布也是多变的，碳酸盐岩木身若无渗透性，则它下面的渗透性地 层就可能是髙压层，Sigma法就是基于这一思想而建立的，它是以岩石可钻性与地层孔 隙压力的关系为基础，是对岩石可钻性的反映：致密岩石的骨架强度大，孔隙性、渗透 性差，岩石可钻性变差，Sigma值随井深的增加而增大；孔洞、裂缝发育的地层，岩石 骨架强度小，孔隙性、渗透性好，岩石可钻性变好，Sigma值随井深増加而减小。
根据 这一特点，即可预测出高压地层一般來讲，随着埋藏深度的增加，上覆岩石压力增大，岩层孔隙度变小，岩石变得 致密，可钻性变差，Sigma值随井深增加而增大；钻遇高压层时，岩石孔隙度大，可钻 性好，Sigma值明显减小，偏离正常的Sigma值，根据这一特点，作出井深和Sigma录 井图，就可以看出地层压力的变化情况，计算出地层压力Sigma法的计算公式为：Bsigma=O. 1823*(9.8-1 * 103*WOB)0.5*(2PI*RPM*ROP)0.25/Bsize+0.028*(7- 0.001 *VDepth)式中WOB 钻压(kN)；RPM 转盘转速(turn/min)；ROP 钻时(min/m)；Bsize 钻头直径(mm)；Vdepth 垂直井深(m)；N 换算系数三)des指数与Sigma法的比较des指数法预测地层压力的理论建立在泥砂沉积的理论上，在砂泥岩地层中，一个 高压储层的上部必定有一个具有一定厚度的泥(页)岩盖层，出于高压流体作用，使泥 岩盖层产生欠压实，地层压力自下而上由大逐渐变小，这个泥岩欠压实层称为压力过渡 带，它和髙压储集层形成异常髙压区钻遇压力过渡带，不会有井涌井喷的危险，但在综合录井的实时监测曲线中会发现 des呈现趋势性减小的规律性变化，从而能够预报出压力异常(即进入欠压实层)，但 这要求压力过渡带不能太薄，一般要求这个过渡带地层至少不小于10米，若压力过渡 带太薄，利用des指数就不易预报出欠实地层，正是由于存在压力过渡带，才使得des 指数有预报时间，即有足够的预报时效。
压力过渡带下部的砂岩储集层具有界常高压特 性，钻开这一层会有井涌井喷的可能，这样的上下部地层岩性结构，恰好是泥■砂剖而 理想油气藏的盖■储结构，因此，在砂泥岩地层中，des指数法是一个很好的预报高压地 层存在的方法由des指数法的分析可知，用des指数首先应选好des趋势线，若趋势 值过犬，正常压实地层中的泥岩可能误判为欠压实层；反Z可能漏报欠压实层决定正 常压实泥岩des左限的常数选择不当，也会有类似效果因此，选择好这两个参数是很 重要的，这可以从邻井录井资料或木井上部录井资料的分析处理中获得des指数的缺 点是无法对碳酸盐岩地层中的压力异常作出准确预测，其原因在于碳酸盐岩地层不存在 压力过渡带Sigma法可以弥补des指数法的缺陷，该法是以岩石可钻性与地层孔隙压力的关系 为基础，在钻井条件下都要计算地层圧力新值，而des指数法计算FP却附加条件，该 法使用的最佳条件是选用接近平衡钻进的泥浆密度，这在钻遇灰岩地层时容易满足，原 因在于灰岩不易发生垮塌，因此，在灰岩条件，Sigma法计算地层压力可取得满意效杲 另外，在砂泥岩地层中，当压力过渡带很薄时，利用Sigma法预测地层压力也可取得较 好的效果，实际上，Sigma法在砂泥岩地层也是适用的(正常压实泥岩中的砂岩夹层的 情况例外)，Sigma法的缺点是预测异常高压地层的时效性不如des指数法，钻开了孔 隙发育的高压灰岩层时，才在Sigma上有明显异常显示，因此，Sigma法监测异常地层 压力要特别小心。
可见，des指数法是为砂泥岩地层的超压检测而设计的，在砂泥岩地层中，欠压实 层比较厚时效果明显，但对碳酸盐岩地层的超压检测无能为力；Sigma录井能够克服地 层岩性的变化，在任何地层中都可预测地层压力，尤其在灰岩地层中效果更好des指 数法与Sigma法对比结果见表1表1 des指数法与S i gma法的比较分析项目des指数法Sigma 法理论基础基于砂泥岩沉积过程中的欠压实，主要针 对泥岩中的超压层而设计的基于岩石可钻性与地层孔隙压力的关 系，针对灰岩地层中的超压检测而设汁计算方法为井深、钻速、钻压、转盘转速、钻头直径、 钻头磨损及当量循环密度、静水斥力梯度的 函数为井深、钻速、钻压、转盘转速、钻头 直径及泥浆出口密度的函数压力过渡带即泥岩层中的欠压实，当压力过渡带较厚 时，预测效果明显；当压力过渡带很薄时， 不易检测出超压异常压力过渡带的存在与否，对Sigma法检 测超压地层的压力没有影响时效性即进入高层前冇足够的预报时间，des指 数法预测时效性好检测高压层的提前时效性不好，只冇钻 开了孔隙发育的高压灰岩层时，Sigma法 才有明显的异常显示适用地层在砂泥岩地层有效，对灰岩地层无能为力。
灰岩中检测效果好，在砂泥岩地层中压 力过渡带很薄时，也叮采用此法结论在砂泥岩地层中,以des指数法检测结果为准；碳酸盐岩地层中,只有靠Sigma法检 测异常高压三、随钻地层压力检测技术在工程上的应用1、根据随钻提供的地层压力系数，适时调整泥浆密度达到近平衡压力 钻井(1) 、由于井底压差的降低，可使井底己破碎的岩屑迅速离开井底，始终保持井 底干净，避免了岩石重复破碎，即井底静压差效应降低，使岩石更易于破碎，提高了机 械钻速，降低了钻井成本，从而取得可观的经济效益2) 井底圧差的降低，使得地层流体尤具是低孔、低渗、低地层压力的地层流体 更易进入井筒而在地面被检测到，避免了因泥浆密度过高而压死油气层的现象发生，对 及时发现油气层具有重大意义3）井底压差的降低，可人人降低泥浆侵入地层的程度，减轻对油气储层的污染, 更有利于保护油气层在录井的过程中，根据随钻地层压力检测，及时进行泥浆密度调整，可以提高气测 录井的可靠性，及时发现汕气，防止压死汕气层若循环当量密度（ECD）远大于地层 压力梯度（FP）,说明该。