S油田淺層異常高壓特點分析

彭永生

（中國石油大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江大慶163413）

1 S油田淺部地層巖性及電性特征

1.1 S油田淺部地層巖性特征

S油田第四系厚度為60m左右，分布廣，不成巖無化石，主要由黃色和灰色粘土以及黃灰色砂層、砂礫層組成，表層有黑色腐植土。

明水組厚度由于受構造位置因素影響，厚度變化由20～100m不等，上部為棕紅色、灰綠色泥巖與灰白色砂巖互層，呈正旋回，多含鈣質結核，下部為灰色、灰黑色泥巖與白色粉砂巖互層。四方臺組為灰綠色泥巖夾砂質泥巖、粉砂巖及灰白色鈣質粉砂巖。嫩江組上部地層為灰綠色泥巖夾砂質泥巖、粉砂巖及灰白色鈣質粉砂巖，灰、灰褐色至深灰色泥巖、鈣質粉砂巖夾淺灰色鈣質粉砂巖、粉砂巖，下部為深灰色至灰黑色頁狀泥巖夾灰色泥質粉砂巖，底為灰褐色油頁巖夾薄層泥灰巖、鈣質粉砂巖。

1.2 S油田淺部地層電性特征

S油田第四系含淡水，所以電阻基值比較高，底部為一砂礫層，電阻呈高峰狀。第四系沉積前雖有剝蝕現象，與下部地層是一個不整合接觸，但構造形態已經形成，所以厚度不受構造影響。明二段全部出露時，從電阻曲線和自然電位曲線都可劃分出2個明顯的正旋回，底部為高滲透，電阻曲線為明顯高峰，上部為低滲透的泥巖，電阻、自然電位曲線有小的起伏，基本平直，明一段完整的出露時，曲線為2個明顯的正旋回，2個正旋回的電阻曲線均有一平直段，平直段下部有一明顯低值洼當，一般上部旋回電阻曲線值高，下部旋回電阻曲線值略低。四方臺組曲線形態反映為一正旋回，電阻曲線不穩定，多呈鋸齒狀，常有2個以上電阻高峰組成一組，高峰間有低值回反，相對應的自然電位曲線由兩三組負異常組成。松遼盆地嫩江組地層劃分為五段，DQ長垣北部劃分為四段。因為嫩江組后期沉積時遭受剝蝕，嫩五段地層缺失，嫩四段曲線形態下部電阻呈中高值，由鈣質砂巖形成的中高電阻曲線呈尖刀形，所夾黑色泥巖形成的電阻低值在小范圍內穩定。中上部出現較高電阻曲線，縱觀全段可劃為5個正旋回，底部曲線變化較大，但常有低值出現，明顯的低值和尖刀狀高峰可作為局部對比的標志。嫩三段地層從電阻曲線和自然電位曲線上都明顯地反映出3個反旋回，曲線底部呈反S形，中部呈梳狀，頂部為鯨魚吐水狀，也稱龜背狀。嫩二段電阻曲線在上部有明顯的起伏，俗稱“箱狀陡坎”，自然電位曲線上部有30～40m小的負異常，就是人們常說的嫩二段上砂巖是劃分淺氣層構造深度標準。中部大段電阻曲線和自然電位曲線平直，長垣上分布非常穩定。底部是油頁巖反映的一組電阻尖峰，一般由7個高電阻組成，沉積穩定，特征明顯，分布范圍廣，是全長垣地層對比標準層，從嫩二底到頂可認為是一個反旋回。

2 S油田淺層套損區動態數據預測異常高壓

S油田2014N東鉆井區塊共有套損井216口，其中采油井有102口，注水井有114口。套損井中有14口井是淺層套損（套損數據見表1），其中有11口井套損層位是N3-N2段，有5口井是注水井，有2口井已報廢。3口注水井套損后繼續注水，形成套損異常高壓井區。根據套損注水井的動態開發數據，將鉆井區塊分為3個淺層套損高壓井區，根據淺層壓力分布情況，指導鉆井生產。

表1 2014N東淺層套損數據統計表

3 S油田標準層套損區異常高壓預測方法

3.1 嫩二段標準層套損機理

嫩二段套損的力學性質屬于剪切套損，嫩二段標志層是一套化石層組合,2.5m視電阻率曲線的6個特征尖峰與地層化石含量密切相關。化石含量越多,電阻率尖峰值越高。嫩二段標志層泥巖因富含鈣質而堅硬,又因化石沿層理面密集分布而具有薄弱面,且在電阻率最高峰值處表現最薄弱,這是導致成片剪切套損的重要地質因素。在松遼盆地,嫩二標志層沉積于白堊紀最大湖侵時期,沉積環境與沉積特征具有區域上的一致性,這是導致大慶油田在不同區塊同一層位發生成片套損的地質基礎。泥巖遇水膨脹與剪切是導致成片套損的主要原因。

3.2 嫩二段底油頁巖異常壓力形成的原因

標準層套損后仍繼續注水形成異常壓力。嫩二底標準層為油頁巖，這種巖性吸水性很差，但油頁巖的水平層理發育，當老的注水井嫩二底套損后，注入水沿套損部位進入到油頁巖Z，沿水平層理竄流，局部地區形成浸水域，在浸水域內形成異常壓力，當老的套損注水井關井后進入到標準層油頁巖Z的水在上覆巖層強大的重壓下，又會被重新擠回到井筒內，從而浸水域逐漸縮小最后直至消失，所以只有當注水井套損后繼續注水才能形成浸水域并且存在異常壓力。

3.3 嫩二段套損區異常壓力的計算

根據套損井的套損點處的壓力等于注水壓力與靜水柱壓力之和，可以得出新鉆井的標準層處的地層壓力系數公式：

式中：P注——套損注水井的注水壓力，MPa；

h1——套損井標準層套損深度，m；γ——注入物的當量密度，g/cm3；

L——套損井與新鉆井的平面距離，m；

Β——地層傾角，（°）；

w——套損井到新鉆井方向與地層傾向之間的夾角,（°）；

F——地層壓力損失系數，MPa/m；

h2——新鉆井標準層深度，m。

N 1-31-E057井鉆井時，只有N 1-32-74井正在繼續注水，根據公式計算，標準層地層壓力系數預測值為1.68，實際檢測為1.71。

3.4 標準層套損區異常高壓預測方法

（1）標準層套損注水井，套損后繼續注水，淺層存在異常高壓。套損注水井N1-32-74井，標準層套損后繼續注水，井區存在異常高壓。做出該井區壓力系數等值線圖，該區待鉆井最高壓力系數為1.73。

（2）利用已完鉆井的鉆井資料預測淺層異常高壓井區。N1-221-E061井油層設計密度1.65，打鉆時發生水浸，嫩三段泥巖浸水形成塑性蠕動地層，導致井眼縮徑，報廢進尺960m。

（3）斷層兩側成片套損淺層高壓區壓力預測。油田注水開發后期，斷層兩側地層壓力產生差異后，使斷層兩側的采油井關井后形成死油區，隨著相應注水井的繼續注水，使層內、層間及平面矛盾進一步加劇，從而形成異常高壓區。在137#大斷層兩側，采油井在標準層處成片套損，注水井在標準層套損后繼續注水，因此形成淺層套損高壓區。在該套損區鉆井時易發生水浸。N 1-221-E061井位于標準層套損區，該井設計比重1.60～1.65g/cm3，設計加重井深656～686m，鉆至標準層時泵壓升高，最后淺層浸水形成塑性蠕動地層，導致井眼縮徑，報廢進尺960m。在標準層套損區的套管損壞處形成一定的浸水區域，該區域內的待鉆井淺層存在異常高壓。

4 S油田淺層異常高壓相關性

4.1 淺層斷層—注水井三角高壓區

S油田斷層的走向大多為北西向，傾向為北東向正斷層，斷層與注水井排相交成銳角區，當該三角區位于斷層上升盤時，使注水井水驅面積減少，形成注大于采的狀況，從而形成高壓井區，如果該井區采油井套損或高含水關井，則注采不平衡進一步加劇，形成異常高壓井區

4.2 淺層異常高壓區

由于固井質量差或套管損壞等因素，使注水井的注入水竄入淺部的非開采地層，從而形成只注不采的狀況，在具備構造或巖性壓力封閉條件的情況下，形成淺層異常高壓區。

5 S油田淺層出水及縮徑鉆井應對措施

由于固井質量差或套管損壞等因素，使注水井的注入水竄入淺部的非開采地層形成淺層異常高壓，或由于標準層套損后繼續注水形成的淺層異常高壓，采用提前加重和提高鉆井液密度的方法來平衡地層蠕變壓力，并跟蹤鉆井隊施工情況，及時調整鉆井液密度，擴大或者縮小淺部易蠕動縮徑區域，通過檢測電測曲線，注意井徑情況和流體情況，應用精細地質分析技術，滾動設計鉆井液密度。

5.1 采取提前加重措施

針對2014N東鉆井區塊淺層存在異常高壓情況，對劃分出的3個淺層高壓區的共計129口井采取了提前加重的措施，加重井深由正常的油層頂部以上10m提至嫩三頂。這種提前加重措施，平衡了地層蠕變壓力，減少了復雜事故的發生。

5.2 適當調整鉆井液密度

通過新鉆井的鉆井情況及壓力檢測結果，應用精細地質分析技術，滾動設計鉆井液密度,有效降低了鉆井液密度，3個淺層高壓區鉆井液密度由原來的1.75g/cm3，降低至1.62g/cm3，降低了鉆井成本，提高了鉆井速度，減少了油層污染。

5.3 套損井區降壓方法的

套損區的高壓異常層與套管損壞同時存在，高壓異常層的位置與套損層位置吻合，套損井排液時高壓流體將從套損處溢出，達到降低孔隙壓力的目的。套損注水井套損后長期注水形成的局部異常高壓，可以采用套損注水井放溢流的泄壓方法。套損井通過放溢流，使高壓流體經套損處流至地面，使套損處孔隙壓力降低。

6 實鉆應用

S油田2014N東區塊鉆井過程中，經現場試驗驗證，淺層異常高壓層預測準確率達80%，在縮短建井周期，減小油氣水浸、井漏等復雜事故方面取得了很好的效果。

利用套損井的動態數據，預測出58口待鉆井在異常高壓區中，利用鉆井區塊最高壓力系數等值線法預測出10口井在壓力較高地區，對這些井采取提前加重并及時調整了鉆井液密度和鉆機運行，按一口井鉆井周期縮短了1.50d計算，單口井一天的鉆井費用為2.3萬元，則68口井節約費用為：

68×1.50×2.3＝234.6（萬元）

該理論適用于DQ長垣內部鉆井區塊。通過對淺層壓力預測技術可以提高鉆速，縮短建井周期，從而可以減少油氣水浸、井漏、井噴等各種復雜事故的發生，而且提高了固井質量，該方法對提高經濟效益具有重要意義。

由于目前采油廠提供的注水井套損時間都是經過修井作業等確定的套損時間，而在修井作業時套損已經損壞，所以有些鉆井區塊的套損井資料不能準確反映套損情況，這對計算套損注水井套損后注水量有很大誤差，因此影響了預測的準確性。針對以上問題，在淺層套損區壓力預測時綜合運用精細地質分析的方法，進一步提高預測的準確率。

7 結論

（1）利用淺層套損井的套損數據及注水井動態數據預測淺層異常壓力。

（2）利用淺層斷層和注水井排形成的淺層高壓井區，注水井淺層套損預測待鉆井的淺層異常壓力。

（3）利用斷層兩側標準層成片套損預測套損區內淺層異常壓力。

（4）應用壓力系數等值線及油層密度等值線預測淺層壓力預測。

（5）對于淺層異常高壓井區通過提前加重和根據實鉆情況調整鉆井液密度來壓穩高壓層。