利用测井资料建立新区地层压力剖面指导邻井平衡钻井

谢 云 李西英 翟 勇

(1.中石化胜利油田分公司勘探项目管理部 山东东营) (2.中石化胜利石油管理局测井公司 山东东营)

利用测井资料建立新区地层压力剖面指导邻井平衡钻井

谢 云1李西英2翟 勇2

(1.中石化胜利油田分公司勘探项目管理部 山东东营) (2.中石化胜利石油管理局测井公司 山东东营)

测井资料中利用声波时差检测地层孔隙压力具有代表性和普遍性。正常压实地层中,泥岩声波时差与埋深在对数坐标上呈线性关系(正常压实趋势线),可以利用声波时差偏离程度来预测异常高压,利用等效深度法来定量计算异常压力。区域钻探中,利用声波资料计算孔隙压力,建立新区压力剖面,根据地震资料层位的追踪对邻井压力剖面进行预测,可有效指导井身结构和钻井液分段性能的设计。

声波测井;孔隙压力;正常压实趋势线;等效深度法

0 引 言

钻井过程中的钻井液密度大小的设计,要求不仅能保持井壁稳定,还要能够保持井内压力平衡,避免地层流体大量流人井内,造成井涌、井喷、压差卡钻等工程问题。因此,准确预测地层压力对提高钻井速度、保护油层、合理设计井身结构和钻井液密度有着重要的意义。预测和评价异常地层压力方法有多种:测井资料蕴藏着大量的地层信息并能充分反映岩石力学性质,而声波测井资料与地层压力信息尤为密切。

胜利油田的勘探逐步迈向深层,地层压力系统复杂,形成纵向多套压力系统叠置、横向压力系统变化大的特点,给勘探、钻探造成很大困难。近年来在多口探井中进行了偶极声波测井,利用其提取的高质量声波资料计算了地层压力,建立了勘探新区的地层压力剖面,并为邻井的钻探提供了有效的指导。

1 利用声波测井资料判断异常高压

在测井资料中,利用声波时差检测地层孔隙压力具有代表性和普遍性。目前常用检测地层孔隙压力的泥岩声波时差方法是 Hottman等人于1965年提出的[1],理论依据是“泥质沉积物不平衡压实造成地层欠压实并产生异常高地层孔隙压力”这一最普遍的异常高压形成机制。在砂泥岩剖面中,岩层是由骨架和孔隙两部分组成,敞开系统中泥岩的压实程度依赖于上覆岩层的质量。由于孔隙和失水的作用,泥岩地层随埋藏深度的增加,所受上覆岩层的重量增大,孔隙随之减少,在孔隙度为对数横坐标、深度为普通纵坐标的半对数坐标系中,孔隙度与深度的关系为随深度逐渐减小的直线关系,称为“正常压实趋势线”[2]。

对于欠压实泥岩,由于沉积物的迅速堆积等因素造成了水力的关闭,阻止了地层水的流动,使地层水不能够逸出,从而导致孔隙度比正常压实情况偏大,即偏离了正常压实趋势线,按照不平衡压实理论,则认为该处存在异常高压。泥页岩的声波时差与孔隙度存在良好的相关关系,在正常压实情况下,可以建立时差与深度的函数关系,即存在“泥岩正常压实声波时差趋势线”,可根据测井声波时差值是否偏离正常趋势线来定性判断是否存在异常高压。若测井时差偏离了其正常压实趋势线(偏大),则认为存在异常高压[3]。

2 声波正常压实趋势线的选取

由于正常压实趋势线主要反映泥岩层的压实情况,直接影响到计算地层压力的精确度,因此合理地确定正常压实趋势线是很关键的,一般应满足以下原则:

(1)正常压实趋势线的指数线性回归关系式的相关系数应大于0.7,可靠的点子落在正常压实趋势线左右;

(2)选取纯的泥岩段,表现为自然电位平直、均匀的低电阻、高自然伽马;

(3)选取的纯泥岩段应尽量选取厚层;

(4)检查测井曲线质量的可靠性,尽量避免严重井塌的泥岩层段,一般要求扩径不超过2 in(1 in=25.4 mm);

(5)不能选取缩径泥岩段,因为它们往往反映假的异常压力。

由于异常高压带的形成关系复杂,后期的构造运动又会影响其特征,所以实际的压实趋势线是有地区性的,尤其不同层位、岩性的变化、地层水矿化度的改变都会影响趋势线本身的特征,所以在构造的不同位置、不同层位、趋势线也会各异,总的来说趋势线在一个地质区域有共同性。但对不同构造、断层不同位置等区域内,也要注意其差异性,这样又会使我们的认识符合客观实际,才能作出合理的正常压实趋势线。

3 等效深度法计算地层压力

在地层埋藏的某一深度,上覆地层压力(po)等于地层孔隙压力(pp)与岩石颗粒骨架垂直应力(σ)之和,有:

图1是孔隙度与深度的关系图。在正常地层孔隙压力深度点Hn,颗粒骨架垂直应力σn为

图1 异常地层孔隙度随深度变化

式中,g为重力加速度,ρb为平均地层密度,ρw为平均流体密度。在异常地层孔隙压力深度点Ha,有:pp=po-σa。

由于在深度点Hn和Ha处,地层岩石颗粒骨架垂直应力相等,即σn=σa,因而计算异常地层孔隙压力的公式为

式中,gρw与gρb分别为地层孔隙压力梯度(Gw)和上覆地层压力梯度(Gb)。

从上分析,只要知道深度点Hn和Ha,便可求出地层孔隙压力的大小。当深度点Hn和Ha相等时,地层孔隙压力等于地层静水压力。

由孔隙度与深度的指数关系式,得:

在实际工作中,作与H交会图,要作近似处理,即:

因为Δtoe-CH≫Δtma(1-e-CH),所以上式可以近似地表示为

根据声波时差与深度的交会图,确定出深度点Ha和Hn,然后使用式(3)计算出地层孔隙压力。

4 应用实例分析

C66井是DWB洼陷西部构造带上的第一口预探井,钻探目的为了解C66井区沙三段含油气情况。该井在目的层沙三段钻遇巨厚的深水浊积砾岩体,油气显示活跃,压力高,中途测试获得日产132 t高产油气流,实现了DWB洼陷沙三段勘探的突破。为了给下一口评价井C660井的钻井工程提供平衡钻井的地层压力剖面,在C66井进行了VSP和DSI的测井采集和数据处理。DSI测井可以提供地层的孔隙压力、破裂压力等岩石力学特性参数,获取连续的地层孔隙压力剖面;VSP测井可以获取精确的层速度,由此可转化为地层孔隙压力,同时标定地面地震获取精确的时深转换关系。对钻井目的层进行追踪、标定,然后对钻井利用过的钻井地面地震数据与VSP数据相结合,预测地层孔隙压力剖面。

图2 C66、C60井层速度剖面

在C660井钻井前,先根据C66井实测VSP资料对C660井地层层速度剖面进行了标定与预测如图2所示,然后将C66井DSI测井资料确定的孔隙压力剖面根据地震剖面映射到C660井,做了一个粗略的孔隙压力预测:2 237 m～3 400 m孔隙压力梯度为1.0 g/cm3～1.3 g/cm3,3 500 m～4 300 m为1.5 g/cm3～1.7 g/cm3,4 300 m～5 000 m为1.4 g/cm3～1.8 g/cm3,并由此进行了C660井的钻井液密度的设计。

C660完钻后,利用DSI测井资料结合钻井工程简况,对3 000 m～4 753 m井段进行了钻后孔隙压力评价,得到如下结果,如图3所示。

图3 C660井孔隙压力计算成果图

3 000 m～3 400 m孔隙压力梯度主要分布在1.00 g/cm3～1.35 g/cm3;

3 400 m～4 350 m孔隙压力梯度主要分布在1.45 g/cm3～1.81 g/cm3,根据工程简况记录,分别在3 883 m、4 138 m、4 146 m、4 238 m等深度处有明显的槽面上涨现象,说明所用钻井液密度小于地层孔隙压力,直到提高到1.78 g/cm3以上才能够平衡孔隙压力;

4 350 m～4 753 m孔隙压力梯度主要分布在1.26 g/cm3～1.55 g/cm3之间,试油结果表明油藏中部压力系数大于1.33(1.36 g/cm3)。

由上可知,根据C66井声波和VSP反演的速度预测地层孔隙压力跟C660井声波计算的结果趋势基本吻合,以此为指导建立的井身结构和钻井液分段性能,保障了工程的安全施工,同时C660钻井周期比C66井提高近一倍,取得了良好的应用效果。

5 结论与建议

(1)利用偶极声波及其它常规测井资料相结合可以有效计算地层孔隙压力,合理确定正常压实趋势线是关键。

(2)利用C660井实测DSI资料计算的地层孔隙压力与实钻压力资料以及VSP预测结果基本一致。

(3)建议在探井,特别是预探井中加强偶极声波及垂直地震资料的采集,建立区块地层压力剖面,为优化井身结构,指导钻井安全平衡钻进提供科学依据。

[1] 艾 池,冯福平,李洪伟.地层压力预测技术现状及发展趋势[J].石油地质与工程,2007,21(6)

[2] 江心林,朱发银,朱仁宏.油气勘探与开发[M].东营:石油大学出版社,2002

[3] 常贵钊,邵秀丽,黄新平.井眼稳定性计算方法[J].测井技术,2001,25(4)

Establishing formation pressure profiles and guiding adjacent wells bal- anced drilling in new area by logging data.

Xie Yun,Li Xiying and Zhai Yong.

It is representative and universal to detecting formation porous pressure by acoustic transit time.In normal compaction formation,shale acoustic time and buried depth are linear relationship under logarithmic coordinates,that is,the normal compaction trend line.Overpressure can be predicted by using departure degree of acoustic difference while the abnormal pressure can be calculated quantitatively by using equivalent depth method.During the region drilling,porous pressure can be calculated and pressure profiles can be established in new area by acoustic data.Furthermore,pressure profiles of adjacent wells can be predicted by horizon tracing of seismic data,Finally guide the designing of well structure and drilling fluid section properties.All this applications have achieved good effect in Shengli oilfield.

acoustic logging;porous pressure;normal compaction trend line;equivalent depth method

P631.8+4

B

1004-9134(2011)05-0046-03

谢 云,男,1960年生,工程师,毕业于江汉石油学校地质专业,现在中石化胜利油田分公司勘探项目管理部从事测井管理工作。邮编:257000

2011-04-03编辑刘雅铭)

PI,2011,25(5):46～48

·计算机与通讯技术·