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1、一、压力检测的目的及意义 1)压力检测和定量求值指导和决定着油气勘探、钻井和采油的设计与施工。 2)对钻井来说，它关系到高速、安全、低成本的作业甚至钻井的成败。 3)只有掌握地层压力，地层破裂压力等地层参数 ，才能正确合理的选择钻井液密度，设计合理的。 4)更有效地开发、保护和利用油气资源。 4.2地层压力检测1二、常地层压力的形成机理1、压实作用: 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缩小。因此，只有足够的渗透通道才能使地层水迅速排出，保持正常的地层压力。如果水的通道被堵塞或严重受阻，增加的上覆岩层压力将引起孔隙压力增加至高于水静压力，孔隙度亦将大于一定深
2、度时的正常值。 22、构造运动 构造运动是地层自身的运动。它引起各地层之间相对位置的变化。由于构造运动，圈闭有地层流体的地层被断层、横向滑动、褶皱或侵入所挤压。促使其体积变小，如果此流体无出路，则意味着同样多的流体要占据较小的体积。因此，压力变高 。 构造运动前砂岩体边缘构造运动后砂岩体被挤压变形构造运动前后地层压力的变化33、粘土成岩作用 成岩指岩石矿物在地质作用下的化学变化。页岩和灰岩经受结晶结构的变化，可以产生异常高的压力。例如在压实期间蒙脱石向伊利石转化。地层压力有异常时，其上必有压力密封层。如石膏 CaS042H20)将放出水化水而变成无水石膏(CaS04)，它是一种特别不渗透的蒸发
3、岩，从而引起其下部异常高压沉积。4、密度差的作用 当存在于非水平构造中的孔隙流体的密度比本地区正常孔隙流体密度小时，则在构造斜上部，可能会形成异常高压。这种情况在钻大斜度气层时常见到。在钻进近构造顶部的气层时，需要比钻油气水界面所需要的钻井液密度高。 4 1号井 A 井深=3000m 2号并 B井深=3500m 3号井 C 井深=4000米由于地层流体密度差形成的异常压力55、流体运移作用 从深层油藏向上部较浅层运动的流体可以导致浅层变成异常压力层。这种情况叫做浅层充压。这种流体移动的流道可能是天然的，也可能是人为的。 沿断层流入上层沿水泥环流入上层地下井喷到上层流体运移引起的异常高压66、保
4、压上移或地面剥蚀 保压上移是渗透地层被不渗透地层包围，上移到较浅深度，在较浅深度便形成异常高压。同样，若是地层剥蚀，也会形成异常高压。如图所示，A处是正常压力，B处井底砂岩地层便为异常高压。地面剥蚀形成异常高压77、盐丘与盐层 盐岩有两个特点(1)不渗透; (2)易溶解并以不同形状再结晶。 因此，在盐岩下面，往往被隔成高压。如果是盐丘，则它向周围地层施加压力，同构造运动一样，促使盐丘附近地层变为异常高压。 异常高压的形成，往往是几种因素交织在一起而形成的，在地质界也存在着几种学说，从不同的方面来解释异常高压的成因。8三、检测地层压力的方法 检测异常地层压力的原理是依据压实理论:随着深度的增加，
5、压实程度增加，孔隙度减小。在相同的埋藏深度，高压层比低压层压实差，孔隙度较大。因此，任何反映地层孔隙度变化的参数均可以用来检测异常地层压力 1、钻井前参考地震资料预测地层压力 地震资料中，地震波每米传播时间可用来预测地层压力。92、钻进中检测地层压力 在钻井过程中要通过随钻压力监测判断地层压力的变化，随钻压力监测主要是指钻井参数检测法。它包括机械钻速法， d指数法及dc指数法，标准化 (正常化钻速法，页岩密度法和C指数法等。这些方法中， dc指数法较为简便易行，应用也最广泛。但是dc指数法只适用于泥页岩地层。 由于异常高压地层形成的地质条件复杂，要准确评价一个地区的地层压力，只应用一种方法是不
6、够的，应利用包括地震和测井资料在内的多种方法进行科学的分析和解释。 下面就页岩密度法和dc指数法做简单的介绍。 101)页岩密度法 一般情况下，随着深度的增加，页岩压实程度增加，孔隙度减小。但在压力过渡带或异常高压地层，由于岩石欠压实，孔隙度比正常情况下大，其密度比正常情况下小。因此，可利用岩石密度的变化检测地层压力。 其方法是，在钻进中，取页岩井段返出的岩屑，测其密度，做出密度与深度的关系曲线，通过正常压力地层的密度值。画出正常趋势线。偏离正常趋势线的点，即压力异常点。开始偏离的部分即为过渡带的顶部。11 (1)岩屑的选取岩屑选取的可靠性直接影响岩屑密度的准确度。在页岩井段，每3-5米取一次
7、砂样，钻速快时可10米或20米取一次，钻速慢时重要层位也可每米取一次。选取岩屑时注意记准迟到时间，除去掉块和磨圆的岩屑。用清水洗去岩屑上的钻井液，用吸水纸将岩屑擦干(或烘干，取一致的干度。 (2)岩石密度的称量方法 式中 Psh页岩密度， g /cm;钻井液密度计称量。将岩屑放入密度计的量杯中，加盖后等1g/m3;再加淡水充满量杯，加盖后称得杯内的密度值PT利用下式计算页岩密度Psh值。页岩与淡水混合物的密度12密度液法。把岩屑放入标准密度液内，看其在液柱内停留的位置，直接读出密度大小。(3)页岩密度法的作图方法 将Psh值按相应的深度画到坐标纸上，纵坐标是井深:横坐标是Psh值。根据上部正常
8、压力井段的页岩密度数据做出正常压实趋势线并延长。画正常压实趋势线时应尽量使密度数据点分布在趋势线的两侧，以利准确求值。 （4）用透明标准图版求出测点的地层压力 地层压力当量密度线与H-Psh图上的正常密度趋势线重合，则偏离正常趋势线的点落在透明版的某线上或两线间。版上所表示的密度值即该地层的地层压力当量密度值。13 正常地层在其上覆岩层压力的作用下，随埋藏深度的增加，泥岩页岩的压实程度相应地增加，地层孔隙度减小，钻进时的机械钻速降低。而当钻遇到异常高压层时，由于高压地层欠压实，孔隙度增大，因此，机械钻速相应地升高。利用这一规律可及时地发现异常高压地层，并根据钻速升高的多少来评价地层压力的高低，
9、这就是最初的机械钻速法。de指数法是在机械钻速法的基础上建立起来的。 钻速方程为: 式中Vm一机械钻速，m/h; N一转速，k一岩石可钻性系数: e一转速指数: W一钻压， KN; D一钻头直径， mm; d一钻压指数，即d指数。 2) dc指数法 14假设钻井条件(水利因素、钻头类型和地层岩性不变(均为泥岩页岩)，则K值保持常量不变，取K= 1。又因泥岩页岩均属软地层，转速N与机械钻速Vm呈线性关系，即e=l。将上述钻速方程整理、取对数，得d指数表达式。式中T一钻时， min/m。 d指数法的前提之一是保持钻井液密度不变，这在实际施工中难以达到，尤其在进入压力过渡带以后，为了安全起见，需提高
10、钻井液密度，这样， d指数随之升高，影响了它的正常显示。为了消除此影响，提出了修正的d指数，即dc指数。15式中Pn一正常压力层段地层水密度(一般取1.0-1.07)，g/cm3;Pm一在用钻井液密度，g/cm3。 在正常地层压力情况下，随着井深的增加，机械钻速Vm逐渐降低，dc指数变大当进入异常高压地层时，井底压差减小，机械钻速增加，相应的dc指数就会减小，16 3 钻井后检测地层压力 钻井后主要是分析测井资料或直接测试求地层压力。直接用于评价地层压力的测井方法包括声波测井、电阻率测井、密度测井等，其中应用最多的是声波测井。 1)声波法 利用声波时差检测地层压力的原理:声波测井记录的纵向声波
11、速度是孔隙度和岩性的函数。在某种特定的岩石中测井，则声波测井曲线基本上反映孔隙度的变化。在正常压实条件下，(页泥岩孔隙度随井深增加而减小。因此，声波时差也随井深增加而减小。2)利用电阻(导)率评价地层压力的方法 17四、地层强度试验在钻井作业中，为了保护泊气层，防止其受到污染，同时也为了获得高的机械钻速，应使用合理的钻井液密度，形成略高于地层压力的液柱压力，以防止地层流体进入井内造成井涌或井喷。同时，钻井液液柱压力又不能超过地层破裂压力。因此，在准确预测地层压力的同时，还要了解地层承压能力。在钻井施工中，通常通过地层强度试验了解地层承压能力的大小，地层强度试验的目的主要有两个:一是了解套管鞋处
12、地层破裂压力值;二是钻开高压油气层前了解上部裸眼地层的承压能力。试验的方法主要有三种，即地层破裂压力试验、地层漏失压力试验、地层承压能力试验。181、地层破裂压力试验 地层破裂压力试验是为了确定套管鞋下面第一个砂岩层的破裂压力，新区第一口探井必须进行地层破裂压力试验。试验方法如下:(1)关闭环形空间。 (2)用水泥车以低速(0.81.32l/s)缓慢地启动泵向井内注入钻井液。 (3)记录各个时间的泵入量和相应的井口压力。 (4)作出以井口压力与泵入量为坐标的试验曲线，如泵速不变，也可作出井口压力和泵入时间 的关系曲线19进行地层破裂压力试验时，要注意确定以下几个压力值( 1)漏失压力PL，试验
13、曲线偏离直线的点。此时井内钻井液开始向地层少量漏失。 (2)破裂压力Pf，试验曲线的最高点。反映了井内压力克服地层的强度使其破裂，形成裂缝， 钻井液向裂缝中漏失，其后压力将下降。20(3)延伸压力Ppro压力趋于平缓的点。它使裂缝向远处扩展延伸。 (4)瞬时停泵压力Ps,当裂缝延伸到离开井壁压力集中区，即6倍井眼半径以远时(估计从破 裂点起约历时1分钟左右），进行瞬时停泵。记录下停泵时的压力Ps，此时裂缝仍开启，Ps应与垂直于裂缝的最小地应力值相平衡。 (5)裂缝重张压力Pr，瞬时停泵后重新启动泵，使闭合的裂缝重新张开。由于张开闭合裂缝时 不再需要克服岩石的抗拉强度，因此可以认为地层的抗拉强度
14、等于破裂压力与重张压力之差。上述记录的压力值为井口压力。为了计算地层实际的漏失压力或破裂压力还需加上井内钻井液的静液压力。21 另外，在直井与定向井中对同一地层所做的破裂压力试验所得到的数据不能互换用。当套管鞋以下第一层为脆性岩层时，只对其做极限压力试验，而不作破裂压力试验，因为脆性岩层做破裂压力试验时在其开裂前变形很小，一旦被压裂则承压能力会下降。极限压力试验要根据下部地层钻进将采用的最大钻井液密度及溢流关井和压井时，对该地层承压能力的要求决定。试验方法同破裂压力试验一样，但只试到极限压力为止。22 2、地层漏失压力试验 有些井只需进行地层漏失压力试验即可满足井控要求。试验方法同破裂压力试验
15、类似。当钻至套管鞋以下第一个砂岩层时，用水泥车进行试验。试验前确保井内钻井液性能稳定，上提钻头至套管鞋内并关闭防喷器。试验时缓慢启动泵，以小排量(0.81.32l/s)向井内注入钻井液，每泵入80升钻井液(或压力上升0.7MPa)后，停泵观察5分钟。如果压力保持不变，则继续泵入，重复以上步骤，直到压力不上升为止。233、地层承压能力试验 在钻开高压油气层前，用钻开高压油气层的钻井液循环，观察上部裸眼地层是否能承受钻开高压油气层钻井液的液柱压力，若发生漏失则应堵漏后再钻开高压油气层，这就是地层承压能力试验。承压能力试验也可以采用分段试验的方式进行，即每钻进100200米，就用钻进下部地层的钻井液循环试压一次。地层承压能力试验也可以通过地面蹩压的方式进行，把高压油气层或下部地层将要使用的钻井液与当前井内的钻井液密度差折算成井口压力，通过井口蹩压的方法检验裸眼地层的承压能力。由于井口蹩压的方式是在井内钻井液静止的情况下进行的，所以试验时要考虑给钻井液密度差附加一系数(通常情况下取0.2g/cm3)，以确保在提高密度后，循环的情况下也不会发生漏失。24
