隨鉆地層壓力監測技術在鉆井工程上的應用

唐凱(長城鉆探工程有限公司錄井公司，遼寧 盤錦 124010)

1 隨鉆地層壓力監測技術原理及方法

1.1 異常孔隙壓力成因

從地巖的孔中流出流體所產生的壓力被稱為地下巖層孔隙壓力，在正常情況下，隨著鉆井工程的不斷推進，在地下深埋的水會從地巖的孔中滲出，從地面到深挖的深度間形成的壓力，是正常的孔隙壓力。一旦壓實得不夠均勻，使得地孔的壓力比靜液柱的壓力還要高，這里就會被稱為地下巖層超壓。異常原因有多種：諸如泥頁巖沒有被壓實、構造運動導致的變化、高溫水對壓力的增強、沉積物中形成了烴類、水位測壓造成影響、氣水密度差的作用以及地面的剝蝕等。這些情況都會造成地下巖層超壓，是異常孔隙壓力形成的主要原因。

1.2 地層壓力響應參數

沉積環境的主要構成為砂石巖，隨著縱深的不斷加深，沉積的物質會向巖質進行轉變，同時經受巨大的壓力后，巖石本身也會產生從結構、密度等物理參數上發生變化，巖石孔也會隨之改變。物理參數諸如聲波在巖石中的傳遞速度、電介質在巖石中的傳播能力等，主要由巖石本身的架構以及巖孔中的液體形成關系。在壓力處于正常給予的情況下，縱深程度越深，壓力所發揮的作用就越大。當巖孔中的液體滲出時，壓力使巖孔縮小，該層壓力會與凈水壓力保持一致，被稱為常壓。但擁有充分量的物源時，該層會發生穩定的沉降，使得沉淀中的物質會發生迅速有大規模的堆積，此時被稱為不平衡壓實，圍柵的滲透能力差，沉淀中物質的一部分排水會受到阻攔，此時沉淀物沉積的速度會大于排水的速率，相較于常壓，該層的巖孔會更多更大，巖石中的液體會更多，密度也會小于常壓，使聲波在巖石中的傳遞速度更慢，電介質在巖石中的傳播能力更強[1]。

地層在深處D的泥頁巖孔隙度與泥面泥頁巖孔隙度及地層深度的關系為：

取對數后可得：

儀器響應值X與深度D的關系為：

取對數后可得：

1.3 地層壓力監測技術

憑借地層壓力監測技術，可以提前處理隨鉆對井進行測量與錄井得到的數據，包括通過隨鉆采集到的測井數據，計算地下各層中巖孔的孔隙度、巖石密度以及泥質量；從溫度角度對通過電介質測井得到的數據進行校正、對地下巖層因子與地下每層巖石的橫波速度與泊松比進行計算，對于難以確認情況的老井，可以采用聲波技術進行測井，將數據進行處理后還可以得到聲波在該井巖石中的傳播速度等。通過這些數據可以對地下每層可承受的壓力以及每層漏失的試驗值進行預測和計算，在進行實時監測以及對井壁穩定程度做分析時，可以起到很大幫助。

正常凈液壓力梯度NHG與鉆盤面海拔KB、海水深度WD、正常凈液壓力梯度常數NHG0、海水密度SWG及垂深TVD關系為：

上覆壓力梯度OBG與垂深TVD、巖石體密度RHOB及鉆盤面海拔KB的關系為：

孔隙壓力梯度PP與測量值Xobs、正常壓實趨勢值XNCT及伊頓指數n的關系為：

地層破裂壓力梯度FG與地層上覆壓力梯度OBG、地層孔隙壓力梯度PP及地層泊松比的關系為：

Dxc指數與機械鉆速ROP、鉆頭轉速REV、鉆壓WOB、鉆頭尺寸BSIZ以及正常靜液柱壓力梯度的關系為：

2 隨鉆地層壓力監測技術在鉆井工程上的應用

2.1 井壁失衡分析

一旦在實際下鉆時，發生井壁垮塌使得工程無法正常推進，就需要對地下巖層進行壓力分析。在分析進行之前，首先要詳細了解施工地區的地質概況。此時需要利用隨鉆地層壓力監測技術分析地下巖層中巖孔受到的壓力。得到數據后，要選擇幾口井作為參照，進行橫向對比，對地下巖層中巖孔受到的壓力進行反應分析。得到結論后，可以從工程角度進行驗證，如果是由于壓力超壓，可通過使用鉆井液密度的角度上進行工程調整。在實踐中，才能對隨鉆地層壓力監測技術有新的認知，有效地將理論投入到工程作業中來。能夠對井壁的失衡進行分析，是隨鉆地層壓力監測技術在具體應用上起到關鍵作用的一方面體現。

2.2 井的井漏控制

在對深水井進行鉆井的工程中，地下巖層壓力超常與鉆井液密度窗口的寬度不足是非常難以避免發生的。不同于在陸地或是淺水區域，由于在泥面下縱深不長的緣故，地底巖層極容易發生破裂現象，并且在破裂后非常難以恢復。在鉆井工程中，隨鉆地層壓力監測至關重要，因為一旦鉆到了壓力過高的層級，極容易由井漏發展成為井涌甚至井噴的嚴重事故。井漏發生時，隨鉆地層壓力監測技術帶回的數據可以作為對井漏進行控制的有效參考，可以根據返回的數據決定采取堵漏劑的方式或者調整鉆井液的密度。堵漏材料添加時，還可以通過實時監測觀察效果，決定是否需要調整措施。在處理井漏問題中，對于壓力的監測和分析可以為處理提供有效的支持，使井涌和溢流的情況更少發生。能夠對井的井漏情況進行切實有效的控制，是隨鉆地層壓力監測技術在具體應用上起到關鍵作用的重要體現之一[2]。

2.3 預測孔隙壓力

在進行孔隙壓力預測的過程中，需要對隨鉆地層壓力監測技術所得數據結合欠壓實理論以及具體環境進行分析，對鉆頭達到地下巖層之下的巖層壓力數據進行合理的推論，才能使鉆井工程得出結論，對于到達泥巖層后是否向砂巖層繼續鉆進進行把握，最終使得各方的工作得到妥善的協調，這都離不開隨鉆地層壓力監測技術對于預測孔隙壓力的有效運用。在這個過程中，有兩點會起到非常關鍵的作用：一點是，需要相關人員對于隨鉆地層壓力監測技術有著熟練地掌握以及精準的運用，使得該技術所得數據可靠無誤。另一點是，對于地層壓力監測技術要有完備的理論知識支撐，在需要的時候，能夠做出非常正確的判斷以及可靠的指導。

2.4 優化套管程序

在鉆井工程中所使用管套的各項數據、下地方式以及縱深可以統稱為套管程序。套管在鉆井工程中可以起到很重要的作用諸如：防坍塌、防止鉆井液對井體沖蝕過度、對油氣層進行保護、對受到不同壓力的地下巖層進行分割以及增強地下巖層的防破裂能力。隨鉆地層壓力監測技術可以在套管進入地下的過程中為套管程序優化的過程提供技術支持，如想要對套管的使用層數進行減負或提高套管下地的縱深時，隨鉆地層壓力監測技術可以為地下巖層壓力做到實時數據的反饋，對地下巖層各項壓力的數據浮動進行有效地分析。在對鉆井過程中運用隨鉆地層壓力監測技術時，根據地下巖層各項壓力的反饋數據，可以結合監測結果有效地為套管程序中使用的數量以及下地的縱深提供合適的意見，在實際鉆井的過程里，還可以不斷地依據反饋數據對套管程序進行持續化地解析與改進，使得在工程推進的過程中，套管程序不僅可以在同等深度下進行節省，同樣也可以對套管縱深進行優化，使得做工工序更為清晰，不僅對成本進行了有效控制，也對工程的提速起到了很大的幫助[3]。

2.5 效果以及評價

地層壓力監測技術對于地層壓力所進行監測結果是否能做到準確無誤是對該項技術是否達到合格的主要判斷。對該技術反饋數據是否準確無誤的判斷方式分為以下三種：首先，對地下巖層壓力進行測驗，可以將測量地下巖層的儀器隨鉆頭一同下地，在鉆井工程進行的同時，對地下巖層受到壓力進行直觀的檢驗，但在檢驗過程中，需要停下鉆頭與泵的工作狀態，而且等待地下巖層與儀器達到壓力平衡的狀態需要大量時間，所以這種手段具有一定的局限性。其次，在鉆井工程結束后，應用電纜對地下巖層所受壓力進行測量，能夠直觀地得到地下巖孔所受到的壓力數據。最后，在對油進行測試的階段中，對井下壓力進行測量，將所得數據進行分析與推算，得到想要驗證的地下巖層巖孔所受的壓力，由于壓力計不會直接下到需要驗證的地下巖層，所以在對地下巖層巖孔受到的壓力進行驗證時，需要結合理論知識，嚴謹地進行運算。在這三種手段中，第二種方式所需時間與條件最少，所得數據也最為嚴謹準確，在對地層壓力監測技術進行驗證時，是首要選擇的方式。

3 結語

綜上所述，隨鉆地層壓力監測技術對于鉆井工程的具有舉足輕重的意義。在實際應用層面，也有著非常廣泛的用途。經過對于該項技術的原理、方法以及實際運用的闡釋與研討，相信該項技術在鉆井工程中會更受到重視，也會得到更廣泛的應用，促進鉆井工程的長足發展。