在鉆井過程中影響地層壓力預測的因素分析

李照亮

摘要：在地層壓力預測的過程中，有許多因素會影響地層壓力預測的準確性，如果不能排出這個影響地層壓力準確性的因素，會對我們地層壓力的預測造成錯誤的結果，從而容易在鉆井過程中的運用錯誤的施工措施導致井涌，井漏甚至井噴事故的發生。本文章意在指導地層壓力工程師在施工時能夠及時有效的排出這些因素，從而能夠準確有效的預測出地層壓力，為鉆井施工提供準確的指導和幫助。

關鍵詞：地層壓力預測；鉆井施工；事故

巖性

海相沉積物的砂/頁巖層可能是最容易評估的。在鉆速曲線、Dxc圖、氣測圖、掉塊發生、溫度圖和mw/電纜測井時，這些巖性序列是可識別的。厚的頁巖層容易進行正常的壓實趨勢預測，可滲透的砂巖利用泥漿密度/氣體關系提供良好的壓差評估，并且可以在頁巖層中繪制正常壓實趨勢。

大量的厚層粘土巖為DC指數評估和掉塊分析提供了絕佳的機會。

粗砂/砂質巖性不能用書的指數方法來計算，濁積巖、灰巖、火山巖和陸源碎屑巖的巨大厚度排除了可以判斷出正常頁巖壓實趨勢的可能性，然而，這些沉積物類型將顯示出Dxc、密度和溫度的正常趨勢。由于大部分的地層壓力評價技術都是基于粘土分析的，砂質巖性嚴格地限制了評價方法。然而，壓差是評估的主要線索，泥漿密度/氣體關系必須得到最大限度的利用。有了這些工具，地層壓力就有把握的評估，盡管在某種程度上，它的細節要比在泥石中要小得多。在砂質沉積物中，滲透率受到限制，下面發生高壓的可能性增加。

在碳酸鹽巖中進行地質評價是最困難。碳酸鹽沉積物可以涵蓋從巨大的洞穴到微化石的次生溶液類型。碳酸鹽的特性變化導致了地層壓力的相應變化。粘土質石灰巖和石灰質粘土巖通常可以（在大多數情況下）以與黏土相同的方式進行評估（所有的評估技術都適用）。碎屑灰巖，沒有高度的膠結作用，可以作為砂型來評價。膠結較好的，較厚的類型（例如微晶，次生膠結的化石灰巖等）是非常難以評估的。這些石灰石類型具有高度變化的滲透性，這使得評估變得困難。

也許唯一能預測在石灰巖中可能出現的高壓的技術，是各種溫度圖。前提是假設是高壓層的是多孔的，并且充滿了水，因此它可以起到隔熱的作用。

除了上述討論之外，在碳酸鹽巖中，不可標準的公式或者方法去判斷地層壓力。在碳酸鹽巖密集鉆探的地區應總結出真正的經驗，但在任何時候，在碳酸鹽巖性中鉆的探井都是需要地質學家最細致的觀察和綜合的解釋。

控速鉆進

在近海鉆探上部的地層中控制速度及鉆井參數鉆進是比較常見的。然而，它確實會導致指數分析的問題。因為鉆頭不是完全依靠鉆壓等參數鉆進，鉆頭的噴射作用在鉆進過程中起主導作用，所以DC指數此時不能真實的反映地層壓力變化。由于鉆速是可控的，而且轉速保持恒定，Dxc的變化成為了一個鉆壓的函數。然后，鉆壓應該隨著巖性變化而變化。在柔軟、松散的粘土中，噴射將起主導作用，并在增加孔隙壓力的情況下可以發揮更大的主導作用。

無論的是控制鉆速還是通過循環，淺層氣可以在沒有任何警告的情況存在。鉆井人員必須了解在地層壓力預測在淺層沉積物中的局限性，特別是計算壓力大小的方面。未固結的砂巖地層包含有生物成因的淺層氣，且該地層不會有過渡帶的存：所以在鉆遇可能遇到淺層氣的上部地層時，鉆井人員應該更加小心和謹慎。

水馬力

鉆速，也就是鉆井指數，是鉆頭上水馬力的函數。目前的DC指數沒有考慮到水馬力參數的影響：他們認為鉆頭水馬力是百分之百有效和優化的。泵的效率、地表壓力損失和各種井下壓力損失都可以計算出來，但目前還沒有非常準確的測量方法，以便對標準的計算進行檢查。

動力鉆具的應用和PDM鉆井所涉及的不同的水馬力系統導致了各種趨勢的變化，但是由于鉆井機制的變化，這種趨勢的變化有多少是無法確定的。

牙輪鉆頭的類型和磨損

如果選擇了一個不能有效地破碎地層的鉆頭，指數趨勢將會被該鉆頭的低效率掩蓋。一個常見的選擇鉆頭類型錯誤是在中等硬度的地層中選擇一個鑲齒鉆頭，因為該類型鉆頭會造成非常緩慢的鉆進速度。已知的情況是，在利用一個效率非常低的鉆頭鉆取一個地層壓力過渡區，結果是正常或輕微變化的Dxc趨勢，完全掩蓋了逐漸增大的孔隙壓力。如果允許這種情況繼續下去，可能會由于突然的井涌或者溢流造成井下事故。

利用標準的IADC評分方案和一個簡單的定量方法，在使用第二代DC指數時，鉆頭的分級變得有意義，并可能得到有效的利用。該方法并不嚴格，但在可用的時間框架內提供了一致性和合理的準確性。

固定齒切削鉆頭（PDC、TSP、ND）

在過去的幾年中，固定齒切削鉆頭的使用，特別是PDC類型的使用急劇增加。相較于普通的牙輪鉆頭因為該鉆頭能夠即提高鉆速，減少鉆頭磨損。然而，由于由該鉆頭破碎巖屑的方式不同，所以造成了巖屑的結構發生改變，從而不能有效的反應真實地層。這些影響因高轉速和來自井下泥漿馬達的溫度而變得更加復雜。

在較軟的巖石中，剪切是主導作用，壓實、孔隙度和鉆井參數之間的關系跟使用牙輪鉆頭不一樣。因此，當使用固定刀具位時，鉆速和Dxc的評估并不是像使用牙輪鉆頭時那樣是可靠的孔隙壓力指標。當使用固定刀具鉆頭時，Dxc趨向于接近垂直，因此識別偏差變得非常困難。

這些固定齒的鉆頭是為鉆更硬的巖層而設計的，而那些有尖刀的刀具則在其鉆井裝置中增加了破碎和鑿孔的元素，因此可能會顯示出類似于牙輪鉆頭的趨勢和行為。在這種情況下，孔隙壓力評估更可靠。

鉆井液類型

水基泥漿系統，清水或含鹽水泥漿，可以與可水化的粘土發生反應。如果發生反應，粘土就會膨脹，失去形態，甚至溶解在泥漿中。其造成的結果是，粘度、泥漿密度和固相含量都在迅速增加，而且明顯缺乏粘土巖屑。

具有抑制粘土的水合作用的泥漿系統，有助于減少掉塊和與井壁穩定有關的問題。鈣、石膏、飽和鹽（NaCl）和木質素磺酸鹽都能在不同程度上控制黏土的水合作用，而特定的泥漿類型的選擇通常取決于它們的其他性質。也許最有效的粘土抑制劑水基泥漿是一種氯化鉀（KCl）類型。

油基和合成的泥漿是目前為止是對地層壓力預測來說最好的鉆井液。所有的巖屑和掉塊都以原始的形式保存下來。由于沒有水的存在，頁巖因素和體積密度測量是準確的，聲波和密度測井曲線具有代表性。

斜井和水平井

在大井斜和水平井井底鉆壓的不確定性，所以鉆壓關的鉆速和Dxc指數的計算也會變得不準確，因此孔隙壓力評估變得更加困難。由于鉆鋌和扶正器與周圍的井壁的摩擦，使觀察的到的鉆壓可能比實際井底的鉆壓要高得多。

在這種情況下，如果試圖使用鉆速或Dxc，必須格外小心，而且可能需要更多地依賴于泥漿密度/氣體關系或者井內一些現象來判斷地層壓力。

當試圖在斜井評估鉆井或測井參數時，也有必要認識到，壓實趨勢應該與垂深相對照，而不測量深度。

（作者單位：中石化勝利石油工程有限公司地質錄井公司）