钻井过程中地层压力预测与监测
泥页岩地层孔隙压力的预测方法
泥页岩地层孔隙压力的预测方法左 星1 何世明1 黄 桢2 范兴亮2 李 薇1 曾永清3(11西南石油大学,四川成都610500;21四川石油管理局川东开发公司,重庆400021;31塔里木油田公司勘探事业部,新疆库尔勒841000) 摘 要 勘探开发过程中,由于地层孔隙压力预测不准,时常造成井眼坍塌、破裂,这不但影响了工程的进行,而且带来了巨大的经济损失。
因此,准确预测地层孔隙压力,对钻井设计中钻井液密度的选择和合理的井身结构设计起着重要作用,同时也是打好一口井的重要因素。
文中概述了关于地层孔隙压力预测的一系列方法,并通过实例来说明如何准确预测,最后针对预测方法的局限性提出了一些建议。
关键词 勘探开发 预测 地层孔隙压力 钻井液密度 地层孔隙压力预测方法的理论基础是压实理论、均衡理论及有效应力理论,预测方法有钻速法、地球物理方法(地震波)、测井法(声波时差)等。
目前单一应用某一种方法是很难准确评价一个地区或区块的地层孔隙压力,往往需要运用多种方法形成一种规范的预测准则[1],来进行综合分析和解释。
地层孔隙压力评价方法可分为2类:一类是利用地震资料或已钻井资料进行预测,建立单井或区块地层压力剖面,用于钻井工程设计、施工;另一类是钻井过程中监测地层压力,掌握地层压力实际变化,确定现行钻井措施及溢流监控。
3 目前常用的地层孔隙压力预测方法有钻前预测地层压力、随钻检测地层压力和钻井后检测地层压力。
1 钻前预测地层压力由于在钻某一区块的第一口井时没有可用的测井资料及邻井相关数据,所以只能通过地震资料来估算地层压力[2]。
预测原理:地震波在地层中的传播速度与地层岩石的岩性压实程度、埋藏深度以及地质时代等因素有关。
一般情况下,地震波的传播速度随地层的埋藏深度的加大而增加,地震波在地层介质中的传播速度与岩层埋藏深度、岩石沉积时代和岩石密度成正比关系,与岩石孔隙度成反比关系,利用这些特性就可以对地层压力进行预测。
随钻地层压力监测技术在钻井工程上的应用思考
随钻地层压力监测技术在钻井工程上的应用思考【摘要】随钻地层压力监测技术在钻井工程中扮演着重要的角色。
通过对压力变化的实时监测和分析，可以有效指导钻井过程中的施工操作，提高钻井效率、降低事故风险。
本文首先介绍了随钻地层压力监测技术的原理和应用范围，然后重点探讨了其在钻井过程中的优势和具体应用案例。
随后，文章对随钻地层压力监测技术未来的发展方向进行了展望，强调了其在钻井工程中的潜在价值和应用前景。
通过对这一技术的深入研究和应用，将有望推动钻井工程的发展，提高钻井效率和安全性，为整个行业带来新的发展机遇和挑战。
【关键词】随钻地层压力监测技术、钻井工程、原理、应用范围、优势、应用案例、发展方向、价值、应用前景1. 引言1.1 背景介绍随钻地层压力监测技术在钻井工程上的应用思考引言随着石油工业的发展和需求的不断增长，钻井工程作为石油勘探开发的重要环节，其安全高效进行对于石油产量的稳定和提高至关重要。
地层压力是影响钻井过程中井底工作状态的关键因素之一，通过监测地层压力，可以更准确地掌握井下情况，避免因为地层压力突变而引发的事故。
传统的地层压力监测技术存在着监测精度低、实时性差等问题，为了解决这些问题，随钻地层压力监测技术应运而生。
随钻地层压力监测技术利用传感器与钻头下接触，实时监测地层压力变化情况，为钻井工程提供实时数据支持，提高了钻井作业的安全性和效率。
随钻地层压力监测技术的引入，为钻井工程带来了新的发展机遇和挑战。
在实际应用中，随钻地层压力监测技术已经取得了一定的成功，但也面临着一些问题和挑战，需要进一步深入研究和探讨。
1.2 研究意义随钻地层压力监测技术在钻井工程中具有重要的研究意义。
随钻地层压力监测技术可以帮助钻井工程人员实时了解井下地层的压力情况，有助于预防井漏、井喷等事故的发生，提高钻井作业的安全性和效率。
随钻地层压力监测技术可以为钻井设计提供可靠的地质参数，帮助钻井工程人员准确地选择钻井液密度、井深等参数，从而保证钻井过程的顺利进行。
地层孔隙压力检测预测技术
异常地层孔隙压力定量确定技术
樊洪海
2006 年11月17日
二、异常高压的形成机制与分类
1、不平衡压实作用
①沉积速率；②孔隙空间减小速率；③地层渗透率的大小；④流体排出情况; 平衡压实形成正常压力，平衡压实形成异常高压。
快速沉积是造成不平衡压实的主要原因之一，由于沉积速率过快，造成沉积颗粒排列不规则(没有足够的时间)，排水能力减弱，继续增加的上覆沉积载荷部分由孔隙流体承担，形成异常高压，同时造成地层的欠压实。
原始加载曲线关系卸载曲线关系沉积压实过程力学关系
3. 存在的问题：
◆dc的求法:钻头磨损（牙齿磨损、轴承磨损）、水力因素等影响不易消除；
◆正常趋势确定：非直线
◆Eaton指数确定
◆仅限于泥岩使用
正常压实地层：式中：Δt: h 处的时差，us/m.
Δt 0: 地表时差，us/m.
c —系数。
若将上式在半对数坐标(Δt 为对数、h 为常规坐标),则Δt 与h 成直线。
在非正常压实地层：Δt 偏离(大于)正常趋势线，意味着高压地层。
2．算法：
c 、确定正常趋势线（选泥岩声波时差）
d 、定性判断异常高压
e 、定量计算。
ch
e t t −Δ=Δ0。
精细控压钻井技术创新及应用探讨
精细控压钻井技术创新及应用探讨随着石油工业的发展，传统的钻井技术已经不能满足日益复杂的油气田开发需求，钻井工程中的控压钻井技术应运而生。
精细控压钻井技术是一种将压力控制作为主要目标的钻井技术，通过优化井探、井涌和井泥等环节，实现在高压高温、脆弱地层和易燃易爆气体层块等困难机井状况下的安全高效钻井作业。
精细控压钻井技术的创新主要体现在以下几个方面：1.压力预测与控制：传统钻井过程中，地层压力预测准确度较低，容易导致井溢漏现象，而精细控压钻井技术采用了先进的井下测量技术和分析方法，能够实时准确地预测地层压力，及时采取相应措施进行压力控制，有效避免井溢漏风险。
2.岩石力学与井壁稳定：精细控压钻井技术注重研究地层力学行为，针对不同地层岩石的物理力学特性进行分析，并结合井壁稳定性评价方法，科学合理地选择钻井液，优化钻井参数，提高井壁稳定性和钻井效率。
3.井探技术与井眼质量控制：精细控压钻井技术引入了先进的测井和地层评价方法，能够实时监测并评估井壁稳定性、岩性、孔隙度等地层参数，及时调整钻井液和钻井工艺，确保井眼质量，避免井下事故和作业延误。
4.井涌与井泥控制：在复杂地层条件下，井涌和井泥控制是精细控压钻井技术的重要研究内容。
通过合理设计固井策略、优化钻井液配方和监测井下压力变化等手段，控制井涌和井泥，防止井下气体和地层流体逆进，确保井口安全。
精细控压钻井技术在石油工业中的应用也得到了广泛推广。
通过应用该技术，可以提高钻井作业的安全性、稳定性和效率，降低边际成本，提高项目经济效益。
精细控压钻井技术能够有效地控制井下压力，降低井溢漏风险，保障作业人员和设备的安全。
在高压高温、脆弱地层和易燃易爆气体层块等复杂环境下，精细控压钻井技术可以准确预测地层压力，及时采取相应措施，实现安全高效的钻井作业。
精细控压钻井技术还可以降低油气井的开发成本，提高项目经济效益。
通过优化钻井液配方和控制井涌和井泥，可以减少资源的浪费，降低开发成本；通过提高钻井效率，可以缩短开发周期，提前实现投资回收。
地层压力-地层破裂压力-地层坍塌压力预检测
地层破裂压力和坍塌压力预测摘要地层破裂压力和地层坍塌压力是钻井工程设计的重要依据，对确定合理的钻井液密度和其他钻井参数有重要意义。
在参考了一些书籍和相关论文的基础上，对地层破裂压力和坍塌压力的预测方法做出了较为系统的总结。
地层破裂压力的预测主要有H-W模式和H-F模式，包括伊顿法、黄荣樽法、安德森法等；地层坍塌压力的预测主要基于井壁岩石剪切和拉伸破坏的原理。
关键词：破裂压力；坍塌压力；预测第一章前言地层破裂压力是指使地层产生水力裂缝或张开原有裂缝时的井底流体压力。
它是钻井和压裂设计的基础和依据。
如何准确地预测地层破裂压力，对于预防漏、喷、塌、卡等钻井事故的发生及确保油气井压裂增产施工的成功有着重要的意义。
地层坍塌压力是指随着钻井液密度的降低，井眼围岩的剪应力水平不断提高，当超过岩石的抗剪强度时，岩石发生剪切破坏时的临界井眼压力。
它的确定对于确定合理的钻井液密度和钻井设计及施工有重要意义。
地层三项压力研究历史及发展现状：✧八十年代以前，地层孔隙压力以监测为主，地层破裂压力预测处于经验模式阶段，如马修斯-凯利模式、伊顿模式等。
没有地层坍塌压力的概念。
✧八十年代，提出了地层坍塌压力的概念，从理论上对地层三个压力进行了公式推导。
✧九十年代以来，一般根据岩石力学的基本原理由地应力和地层的抗拉强度预测地层的破裂压力，进入实用技术开发阶段。
目前，地层三项压力预测技术已经得到广泛的重视，也从各个方面对其进行了研究和应用：●室内实验研究方法（研究院）●地震层速度法（石大北京）●常规测井资料法（华北钻井所、石大）●页岩比表面积法（Exxon)●人造岩心法(Norway)●岩屑法(Amoco、石油大学）●LWD、SWD法（厂家）●经验模式法（USA)第二章 地层三项压力预测机理2.1 地应力模型1、各向同性模型利用电缆地层测试或压力恢复测试资料，在不考虑构造应力影响情况下，各向同性模型计算水平应力公式为：()p p b x P P P PR PR αασ+-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=01（2-1） 式中：PR — 泊松比；Pob — 上覆岩层压力；Pp — 孔隙流体压力；α — Biot 常量。
地层压力检测
地层压力检测钻进时，井内压力的控制是使井眼压力处在地层孔隙压力和地层破裂压力之间。
既不发生井喷，又不压破地层，钻井的整个过程中要随时测试地层孔隙压力、井内液柱压力和地层破裂压力的平衡情况。
一、压力完整性测试1、dc指数法dc指数法是通过分析钻进动态数据来检测地层压力的一种方法。
其原理是钻进速度在钻头类型；钻头直径；水眼尺寸；钻头磨损；钻压；转速；钻井液类型；钻井液密度；钻井液粘度；固相含量、颗粒大小及在钻井液中的分布；泵压；泵速相对不变的条件下和地层压力、地层岩性有关。
正常情况下，随井深的增加岩石的强度增大，钻速下降，但进入异常压力过渡带，正常趋势发生变化。
这是由于地层的欠压实作用，地层的空隙度大硬度小，所以利用随井深钻速的变化能检测异常高压层的到来。
根据钻速模式：Ｒ=aN(W/D)d式中：Ｒ－钻速,ft/h;a－可钻性系数，对于大段页岩，视为1；Ｎ－转数，r/min;Ｗ－钻压，klbf;Ｄ－钻头直径，in；d－指数，无因次。
由钻速方程，可得出d指数的表达式为：d指数可用来检测从正常到异常压力的过渡带。
但没有考虑钻井液密度的影响现场上用修正d指数，式中：ρn－地层水密度（从当地地层水含盐量中查出）g/cm3ρm－所用密度g/cm3d用下式表达式中：Ｒ－钻速m/h; N－转速r/min;Ｗ－钻压t；Ｄ－钻头直径mm；Ｌ－进尺m；Ｔ－钻时min。
若Ｗ的单位用KN(千牛)，则由于0.0547R N 一般小于1，所以在d中，Ｒ增大，则d减小，故d反映地层的压实情况与ΔＰ。
压实差、孔隙多，地层压力大，ΔＰ减小，钻速可增加。
运用d c指数求地层压力可按下述方法进行：(1)、列表，准备记录和计算表的内容包括：井深Ｈ，进尺Ｌ，钻时Ｔ，钻速Ｒ，转速Ｎ，井径Ｄ，钻压Ｗ，地层水密度ρ0,钻井液密度ρm大，dc地层压力PP。
(2)、取点记录,计算dc,填入表内.在钻速慢的地层每1m-3m取1点，在钻速快的地层,可5、10、15、30m取1点。
在钻井过程中影响地层压力预测的因素分析
在钻井过程中影响地层压力预测的因素分析地层压力预测是钻井过程中的重要环节之一。
它对钻井的安全、效率和经济性都有着至关重要的影响。
地层压力预测的准确性和可靠性不仅取决于地质条件和地应力状况，还受到多种因素的影响。
本文将分析在钻井过程中影响地层压力预测的因素。
一、地质构造地质构造是影响地层压力预测的主要因素之一。
地质构造是指地壳的形成及其内部结构。
不同地质构造的地层性质和应力状况不同，因此在进行地层压力预测时需要考虑地质构造的影响。
例如，断层带地区的地层断裂、变形等因素对地层压力造成了很大的影响。
二、地层岩性地层岩性是影响地层压力的另一个重要因素。
地层的岩性不同，导致其地应力状态不同。
例如，相对于砂岩来说，页岩因其含油、气等物质的渗透性差，其应力状态相对较低，因此需要在地层压力预测时特别注意。
三、井筒设计与施工井筒设计与施工也是影响地层压力预测的重要因素。
良好的井筒设计和施工有利于减少孔隙压力及正应力，并且能够降低地层与井壁之间的剪切应力，从而减小地层的应力状态。
因此，在进行地层压力预测时，需要综合考虑井筒设计和施工的因素，以保证预测结果的准确性和可靠性。
四、钻井工艺钻井工艺是影响地层压力的因素之一。
不同的钻井工艺对地层的应力状态有不同的影响。
例如，直井钻探相对于水平井钻探，能够减少钻井带来的应力变化，从而提高地层压力预测的精度和可靠性。
五、测井技术测井技术也是影响地层压力预测的重要因素之一。
测井技术可以对地层进行全面、详细的测量和评价，可以有效地提高地层压力预测的准确性和可靠性。
例如，电阻率测井、声波测井等技术都能够提供地层重要参数的测量结果，有利于进行地层压力预测。
综上所述，在钻井过程中影响地层压力预测的因素包括地质构造、地层岩性、井筒设计与施工、钻井工艺、测井技术等多个方面，需要将这些因素合理地综合考虑，才能更好地预测地层压力，并且确保钻井过程的安全、高效和经济。
钻井工程地质条件—压力
（1-8）
式中：Δ t——声波时差； ρ ——岩层密度， ρ =f(φ )； E ——岩石的弹性模量； μ ——岩石的泊松比。 对于一定的岩性（泥页岩）， Δ t≈f(φ )。
第一节
2.基本原理
地下压力特性
（1）声波时差与泥页岩孔隙度的关系
t t t
f
t
m m
（1-9）
（2）正常沉积条件下，泥页岩孔隙度与埋藏深度的关系
第一节
3. 地层压力的计算方法
地下压力特性
经验图版法、经验公式法、当量（等效）深度法 （1）经验公式法
p
d
n
cn ca
d
（1—17）
（2）等效深度法
等效深度：若深度为D的异常压力地 层与正常压力段的某一深度De处的地层 具有相等的dc指数，则可以认为两处地 层的压实程度相同，基岩应力相等，即： 若dc(D)=dc(De)，则σ(D)= σ(De)。 De处：po(De)=σ(De)+pp(De) D处： po(D)= σ(De)+pp(D) pp(D)= po(D)－ po(De)+ pp(De) =GOD －（GO －Gpn)De （1-18）
第一节
地下压力特性
（二）地层压力监测（检测）
dc指数法、页岩密度法、标准化钻速法
1.dc指数的概念
宾汉钻速模型（Bingham,1964)：Vpc＝Kne(W/db)d
(1―13)
（1—14）
d指数（泥页岩层）：
d
采用常用工程单位：
d
log( V
pc
/ n)
log(W / d b )
第一节
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钻井过程中地层压力预测与监测
[摘要]钻井过程中异常高压研究在石油勘探行业给予了足够的重视是因为它在石油勘探开发中具有十分重要的理论和实际意义。
本文提出了以地质研究为基础，综合测井、地震和录井等资料，进行区块研究，建立压力分布的宏观模型，为随钻预测与监测提供静态预测模型，并根据实时录井资料进行适当修正，将预测与监测紧密结合，达到准确压力预测的目的。
[关键词]超压成因超压预测 dc指数定量预测方法设计
中图分类号：te271 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）11-0164-01
1 异常高压的基本成因及压力预测的理论依据
对超压成因的认识是我们进行压力预测与监测的基础，不同成因类型的超压，决定了我们所采用预测和监测方法的适应程度。
超压体的成因是由多种因素造成的，可归纳为沉积型和构造型两类。
沉积型成因以快速沉积造成的不均衡压实作用为主，带动水热增压作用、蒙脱石变成伊利石的成岩作用和烃类生成作用等。
构造型成因主要是由区域性抬升隆起等构造应力作用形成的。
目前的压力预测水平分析，主要都是根据地震、测井、钻速等三个方面的资料来进行定量预测和监测的，而这些方法的根本理论依据就是超压起因于压实与排液的不平衡，我们的讨论也仅限于压实成因的超压预测问题。
2 地层压力定量预测方法设计
异常高压带的预测方法按类别可分为钻井法、测井法和地震法等。
这些方法的一个共同特点就是通过对欠压实地层的检测来间接地求取地层压力。
我们的研究主要通过钻井资料、测压资料进行标定，以地震资料和测井资料研究和处理为主，开展岩性组合、泥岩过剩压力、储层流体势的预测，在压力预测的基础上，将预测结果应用于现场dc 指数的实时地层压力监测。
2.1 地层压力预测
应用等效深度法，将测井解释的泥岩压实曲线或地震速度曲线变换为地层压力曲线，进而获取地层的地层压力、过剩压力、压力系数、压力梯度等参数，达到异常压力预测的目的。
并将计算结果按点、线、面（目标层段）成图。
评价研究区的压力分布和油气富集规律、指导钻井泥浆比重的设计，同时也可间接地指示储层的次生孔隙发育区段。
2.2 地层压力监测
在现场综合录井仪器上，比较系统采集的资料主要是钻井参数与泥浆参数，因此利用dc指数进行现场地层压力的监测就成为了最主要的手段。
而利用dc指数进行地层压力监测的核心技术环节是准确地确定正常压力趋势线，由于在每口井开钻前都缺少该项参数，就使得dc指数的压力监测缺乏可靠性。
因此，将根据地震资料或邻井资料所作的地层压力预测对于正常压力趋势线的确定就显得非常重要。
3 应用实例
3.1 异常高压地层的发育情况
图1综合表示了xx井测井（声波、密度）和钻井录井参数随深度的变化情况。
首先从测井资料反映的情况来看（图1中的第一、二栏），该井上、下第三系两套地层压实系统显示得非常清楚，表现为该井在纵向上应该具有两条不同的正常压力趋势线。
这一点是在目前所有综合录井压力预测中基本上都没有引起重视的，同时也是决定了压力预测与监测结果可信度最为关键性的因素。
这从图1中的第四栏中的dcn曲线可以说明。
该曲线与实际资料没有任何关系，显然是人为确定的，可想而知，这样确定正常趋势线的方法根本没有精度可言。
因此，根据声波测井资料所反映出来的地层压实情况，也就决定了地层中异常高压的发育与分布情况。
（图1）中清楚地表示出了沙一段地层3200m～3700m井段为该井异常高压的主要发育段，地层压力最高的深度约为3500m左右，计算地层压力系数1.435左右；沙二段次之。
3.2 异常高压的录井显示特征
在地层层段中，普遍发育的异常高压地层，在各项录井参数中都具有明显的显示在钻井参数中，集中体现为dc指数的异常降低变化；泥浆参数中表现为立管压力（spp）降低、进（出）温度在压力变化点突变（进入超压层出现温度梯度增大、进（出）口电阻率降低（意味着流体含量增大）；气测参数则与异常高压段具有更好
的对应关系。
这些变化规律都与异常高压与各项录井参数的关系相一致，在目前尚未一一建立起它们与地层压力之间的定量相关关系的情况下，可以作为异常高压现场监测的重要的综合标志。
图1中一个非常值得注意现象就是，正常压实趋势线的分段性。
其分界面实际上就是地层不整合面。
是不同构造层的地层具有不同压实规律的反映。
5 结论
我们将测井计算、dc指数计算结果对比发现二者所预测的地层压力系数比较接近。
从他们的差异性来看，其差别具有很大的随机性，这显然与两套不同的参数系统的影响因素不同有关，在我们实际应用中，尽量考虑到了其中系统误差的校正问题。
钻井过程中地层压力的预测与监测是一项综合性的工作，对于预测和定量计算来讲，其主要的依据是异常高压的沉积成因，超压起源于欠压实泥岩。
因此，无论是钻井法、地质法，还是地球物理方法都会有一定的局限性。
对于那些非欠压实成因的异常高压，如构造成因，这套方法就会显得无能为力。
同样，对于压实作用没有那么明显的碳酸盐岩地层，这些方法也是不能适应的。
对于随钻监测，不能仅仅依靠上述的定量计算参数。
还应该综合各种能够反映超压存在的所有录井参数。
尤其是对那些非压实成因的超压的监测。
多参数的综合分析与判断是行之有效的。
参考文献
[1] 高德利.地层压力随钻监测和预测技术研究.《石油大学学报
（自然科学版）》.1999年01期.
[2] （美）g.v.奇林格等著；赵文智等译.异常地层压力成因与预测.《石油与天然气地质》.1982年04期.
[3] 朱礼平等.随钻监测技术在气体钻井中的应用.《海洋石油》.2008年28卷04期.。