地層壓力預測技術在渤中A區塊鉆井中的應用

李 紅，于忠濤，袁洪水，袁則名，和鵬飛

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

地層壓力是鉆井過程中井身結構設計、鉆井液密度合理選擇、油氣層污染降到最低程度的重要依據[1，2]。地層孔隙壓力的準確評價，鉆井過程中地下地層壓力的正確認識，已成為目前亟待解決的問題[3]。通過對渤中A區塊地質構造的認識，地層壓力成因機理的分析，應用Dc指數方法和測井資料解釋方法對渤中區塊A1井等4口井的地層壓力進行了跟蹤計算和鉆后分析。結果表明，Dc指數法計算結果與測井資料解釋方法計算的地層壓力一致性高，該方法在渤中A區塊的實用性很強，計算精確性很高。這幾口井的地層壓力計算結果對該區塊以后作業井均具有很強的參考意義，現場實用性很強。

1 渤中A區塊的地質油藏背景及異常壓力成因機理

渤中A構造位于渤中凹陷西南部，被渤中凹陷和黃河口凹陷包圍，構造范圍內平均水深約23.0 m。

2016-2017年在渤中A構造鉆探了A1井。該井于2016年12月14日開鉆，完井日期2017年4月18日，完鉆井深4 180 m，完鉆層位太古界潛山。該井在明下段、館陶組、東營組、孔店組和太古界均見油氣顯示，累計C-D級熒光顯示303 m，同時在孔店組見324 m氣測異常。為了進一步擴大該區的勘探成果，2017年渤西勘探室根據A1井鉆探結果，對渤中A構造區進行了進一步的構造精細落實。綜合石油地質研究表明，該區具有較好的成藏條件：構造落實，形態較好，圈閉面積較大；中深層儲層發育，儲蓋組合條件好；烴源巖及油氣運聚條件較為有利；具有較大資源潛力。而A1井沙二段實測壓力系數1.518，孔店組實測壓力系數1.23～1.34，因此該區鉆井施工作業的主要風險為高壓地層，只有將高壓情況認識清楚，才能更好的保證鉆井作業安全順利的完成。

國內外眾多專家學者對超壓成因進行了系統分析。滲透性地層超壓的形成機制分為以下四種[4]：（1）快速沉積引起的欠壓實作用，含有大量泥質的沉積物快速堆積過程中砂體被泥巖包圍，砂體周圍泥巖滲透性將快速降低，砂體中的孔隙水不能順利排出而支撐了部分上覆地層壓力，從而形成了超過靜水壓力的異常高壓。（2）儲層內液態烴類裂解作用，液態烴裂解為氣態烴，其體積大幅度增加，從而導致地層壓力的增加。（3）鄰源高壓，指在滲透性地層中由于相鄰高壓泥巖的壓力和流體傳遞而在滲透性砂巖中引起的超壓。（4）他源高壓，指滲透性地層由于與其他深部超壓滲透地層因地質或工程原因發生水動力聯通，原先極不平衡的地層間壓力快速調整而在淺部地層中產生異常高流體壓力。非滲透性地層超壓的形成機制主要有[4]：快速堆積，水熱增壓，構造應力，黏土礦物的脫水，有機質的熱演化等。渤中區塊的資料分析得到東二上段為砂泥巖不等厚互層，東二下段上部以厚層泥巖為主，東二下段中下部為厚層泥巖夾粉砂巖，東三段整體為厚層純質泥巖，沙河街組為灰色泥巖。在東三段發育較厚低速泥巖，欠壓實特征明顯，與正常壓實泥巖相比速度下降可達1 000 m/s以上。因此，該區塊異常壓力成因機理應該是由欠壓實作用造成的。

2 地層壓力預測方法及原理

2.1 聲波測井法預測地層壓力基本方法和原理

聲波測井測量彈性波在地層中的傳播時間，主要反映巖性、壓實程度和孔隙度。除了含氣層的聲波時差顯示高值或出現周波跳躍外，它受井眼的尺寸、溫度及地層水礦化度變化的影響比其他測井方法小的多。因而，在一般情況下，只要儀器刻度正確，測井正常，就能測得質量良好的聲波曲線，用它識別和計算地層壓力比較準確[5]。

聲波測井所記錄的縱向傳播速度主要是巖性和孔隙度的函數，對砂泥巖而言，聲波測井曲線基本上為一條反映孔隙度變化的曲線，在正常壓實情況下，聲波傳播時間將隨埋藏深度的增加而減小，而聲波傳播速度則隨埋藏深度的增加而增大，如遇異常地層壓力過渡帶，泥巖孔隙度增加，聲波時差將偏離正常壓實趨勢線[6]，應用聲波測井資料可以對欠壓實作用產生的異常壓力進行預測。在砂泥巖地層，地層水性質變化不大的地質剖面，地層聲波時差與孔隙度之間成正比關系，在正常壓實的地層中，在半對數坐標上，聲波時差與深度呈線性關系，聲波時差對數值隨深度增加呈線性減少，據此可在正常壓力層段建立正常趨勢線，如果出現異常高壓，聲波時差散點會明顯高于正常趨勢線[5]。

2.2 Dc指數法預測地層壓力基本方法和原理

Dc指數基本計算模型[5]：

式中：N-轉速，r/min；T-鉆時，min/m；W-鉆壓，kN；D-鉆頭直徑，mm ；ρm-實際鉆井液密度，g/cm3；ρn-正常壓力井段地層壓力當量密度，g/cm3。

在正常壓實的地層中，在半對數坐標上，Dc指數與深度呈線性關系，Dc指數對數值隨深度增加呈線性減少，據此可在正常壓力層段建立正常趨勢線，如果出現異常高壓，Dc指數散點會明顯低于正常趨勢線[7]。

2.3 計算地層壓力

Dc指數法與聲波時差法均使用伊頓模型計算地層壓力。在進行地層壓力計算之前，均需要對數據進行檢查和處理，盡量減少和消除測井過程中由于其他因素造成的測量數據的偏差和錯誤，以減少不良數據對后續計算分析的影響[3]。然后根據已經建立的正常壓實趨勢線和實際數據，使用伊頓模型計算地層壓力。

伊頓法計算公式：

式中：ρp-地層壓力當量密度，g/cm3；ρn-正常地層壓力當量密度，g/cm3；ρo-上覆巖層壓力當量密度，g/cm3；n-伊頓系數。

3 現場應用效果

運用以上的方法，對渤中A區塊4口井的地層壓力進行了計算（見圖1～圖4），并繪制了A5井的地層壓力剖面圖（見圖5）。將Dc指數法、聲波時差計算的地層壓力與實際測壓數據進行對比，結果表明兩種方法計算的誤差很小，平均誤差率在5%左右，滿足工程需要，對現場鉆井施工作業具有現實意義。

圖1 A1井地層壓力對比圖

4 結論

（1）渤中A區塊地層異常壓力是欠壓實作用造成的。

（2）Dc指數法、聲波時差計算的地層壓力計算渤中A區塊異常壓力是合適的，最大誤差為5%，滿足了工程的需要，對現場鉆井施工作業具有現實意義。

（3）鉆井過程中，需要使用合適的鉆井液密度來平衡高壓地層，保證鉆井作業安全順利完成。

圖3 A3井地層壓力對比圖

圖4 BZA-4井地層壓力對比圖

圖5 A5井地層壓力剖面圖