Dc指数随钻监测地层压力的应用分析

李 红

Dc指数随钻监测地层压力的应用分析

李 红

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）

利用在线辅助决策系统的实时参数数据库及压力预测软件drillworks，结合综合录井方法及Dc指数法，跟踪了A井、B井和C井三口井的地层压力情况。在线辅助决策系统的软件系统，可显示钻井过程中的各种参数，对定性判断是否进入异常高压地层，起着很重要的作用。地层压力监测的结果显示，使用Dc指数法跟踪监测该地区地层压力，具有较高的精确性。

Dc指数法；地层压力；随钻监测

中海油第一个实时在线辅助决策中心建成，包括实时监测系统、辅助决策系统及培训系统。实时监测系统可以接受、存储并显示钻井过程中的所有参数，包括钻井参数，测井数据，气测值显示以及泥浆温度，池体积等各种参数。陆地实时中心人员，可以利用这些数据对现场作业情况进行跟踪、分析，并及时发现问题，为现场下一步工作做出预测，使得后续工作有法可依。除此之外，我们可以利用这些参数对地层压力进行实时监测。在一口井开钻之前，地层压力对井身结构的设计，钻井液密度的确定，压力控制钻井，酸化压力以及储层保护都有很重要的作用，但是钻井之前分析得到的三压力数据均是通过邻井测井资料或者地震数据得到的，这种数据应用于即将开钻的井，具有一定的参考性，但是在存在断层，地层连通性不好的情况下，压力数据会与邻井地层压力有所差别；而在钻井过程中，如果能够采用一些手段，实时跟踪监测地层压力甚至提前预测，这对于钻井作业的意义重大。在在线辅助决策系统服务过程中，应用监测系统的数据及压力预测软件drillworks，对3口井进行了地层压力随钻监测及钻后分析，分析得到的地层压力精度满足作业要求，为今后实时监测地层压力作业，减少因地层压力问题带来的复杂情况，降低作业成本，具有现实意义。

1 综合录井方法监测地层压力

监测地层压力分为定性分析法与定量分析法两种，定量分析法即通过计算确定地层压力的确切值在第二部分进行介绍。定性分析法是指对录井时各种参数，如气测值、地层密度、钻井液密度、钻井液出口温度、起下钻具遇阻卡等进行综合分析来标定地层压力趋势的走向。通过钻井过程中各种参数的变化，来分析地层压力的变化情况。

在异常高压地区，一般地层能量是很强的，在钻遇到地层能量较强的地层时，会有气体出现，对这些气体的深入分析，会对地层压力分析有很大的帮助。钻进过程中，在遇到高压层之前，随着地层压力升高，钻井液液柱压力和地层压力之间的压差减小，随着钻头钻入地层，由钻头机械破碎而释放到钻井液中的破碎气正常释放；井底钻井液液柱压力小于地层压力时，地层产出气体进入钻井液引起的压差气释放增多，因而背景气、接单根气、起下钻气（后效气）气测值呈递增趋势。气测显示成为油气勘探中异常高压的标志之一[1]。下面详细解释一下气体显示的类型：接单根气是判断井眼液柱压力与地层压力是否平衡的一个重要标志。钻进过程中接单根或者接立柱时，必须停泵和短距离的钻具上下活动，从而造成ECD下降和对地层微量抽吸作用，此时如果井底地层压力梯度大于ECD，则井底会出现气体聚集（也叫气侵），接完立柱重新开泵循环一个迟到时间后，该气体峰值（明显高于背景气）就会被检测到，该峰值减去背景气就是接单根气[1]。起下钻后效气是当停止钻井液循环，实施起下钻或短起下钻作业过程中，由于已被钻穿的油气层的侵入，当再次开泵循环时，在井底恢复循环直至一个迟到时间以后测得的气体峰值[1]。起下钻后效气产生的原因是：在平衡或欠平衡钻井情况下，停止循环时，钻井液压力的减小，造成井筒欠压，促使地层中的烃类物质向钻井液中扩散、渗滤；抽吸效应，当钻柱向上运动时，高黏度的胶凝钻井液试图和钻柱一起向上运动，减少了作用在井壁上的有效井压力（其减少值是上提速度，钻井液流变性和环空直径的函数）会发生“抽吸效应”。抽吸会引起整个裸眼井段处于欠压状态；起下钻时还会造成裸眼井段非渗透性的泥饼剥落，起下钻作业时间越长，因扩散、渗滤和抽吸作业而进入钻井液的烃类物质会越多，浓度更大[2]。上提钻具的抽吸效应是形成接单根气（停钻气的一种）的主要原因。背景气是上部已钻穿储层或钻井液中气体，形成的稳定的气值，背景气是已钻穿的地层处于欠压实状态有一定量的烃类物质不断地进入钻井液形成的，在压力平衡或过平衡存在的地方，如非渗透的泥饼还没形成的地方或泥饼被钻具活动时去掉的地方，或者钻井液材料中的石油产品或添加剂降解产生的气体进入钻井液都可能形成背景气[3]。

钻遇异常高压地层，不仅会有气体的显示，钻井液出口温度也会有变化。由于高孔隙度和含水的原因，欠压实的泥岩地层的热导率降低，导致在异常地层压力过渡带，地温梯度增高，温度梯度突变的地方往往就是高压异常过渡带的顶部位置，使用录井技术不能够测量井底温度，但是可以依据钻井液出口温度，随着深度增加建立一个温度剖面，反映地温梯度的变化情况，使用这个方法判断异常压力地层的存在，常常可以提前数十至数百米进行预报，与其他方法配合使用，可为指示超压地层的存在提供有价值的信息[4]。

2 Dc指数法定量计算地层压力

综合录井方法可以很好的发现异常压力地层的存在，但是综合录井方法中也会存在假异常的现象影响预测结果，为了更准确的预测地层压力，还需要使用Dc指数法对地层压力梯度进行计算。

Dc指数法属于定量分析方法。定量分析法监测异常压力的原理是基于某项参数随井深的增加呈规律性的变化，而遇到压力异常时，该项参数发生相应的变化，其变化的幅度与压力异常的幅度呈函数关系[5]。

Dc指数的原理就是在正常压力地层，随着井深的增加，对泥、页岩而言，钻时逐渐增大，Dc指数也逐渐增大，在录井图上表现为随井深增加，Dc指数逐渐增大的趋势[6]。在异常高压段，钻时相对减小，Dc指数也相应减小，在Dc指数录井图上表现为向左偏离正常趋势线，根据偏离正常趋势线大小来计算地层压力的大小。在正常和异常压力井段之间，通常存在压力过渡带，在过渡带上Dc指数是逐渐变化的，逐渐地偏离正常的趋势。需要指出的是，过渡带可能很薄或不易发现，在实践中应当引起注意[6]。

Dc指数法的计算步骤分如下四步：

（1）收集资料，钻井过程中的各种参数。

本次计算使用的是drillworks软件与WITSML数据库，两个软件结合获得计算的基本资料并展示。首先建立drillworks软件与WITSML数据库的实时连接通道，将计算所需要的所有实时参数，通过这个通道，进入drillworks软件，结合邻井或者本井随钻测得的GR，电阻率等数值，做好计算分析的准备。

（2）计算Dc指数。

Dc指数基本计算模型[5]：

式中：N为转速，r/min；T为钻时，min/m；W为钻压，kN；D为钻头直径，mm；ρm为实际钻井液密度，g/cm3；ρn为正常压力井段地层压力当量密度，g/ cm3。

（3）建立正常压实段的Dc 指数趋势线。

Dc指数与井深之间存在的一元线性关系，是建立正常压力趋势线的基础。通过观察计算值与趋势线的偏移情况，来判断是不是有高压层出现，定性判断之后，再进行计算得到地层压力。

Dc指数方法影响监测效果与精度的关键因素，在于正常压实趋势线的准确确定。建立正常压实趋势线，一般是选取正常压实的大段泥岩，不小于300m。声波测井数据分析地层压力的方法，精确度较高，建立的趋势线方程也是比较可信的，可在地层对比的基础上，借助邻井的声波时差曲线确定建立Dc指数趋势线的井段[1]，这样就使得Dc指数趋势线较准确，计算的地层压力也更准确。趋势线在使用时注意的事项：a）在换钻头时，在钻头类型发生变化时，必须重新定义趋势线。b）在井眼直径发生变化时，重新定义趋势线。c）在钻井液性能发生突变时，重新定义趋势线[6]。

（4）计算地层压力。

建立趋势线后，可以采用 对数法、等效深度法、反算法和伊顿法进行计算。本文采用伊顿法进行计算。

伊顿法计算公式：

式中：ρp为地层压力当量密度，g/cm3；ρn为正常地层压力当量密度，g/cm3；ρo为上覆岩层压力当量密度，g/cm3；n为伊顿系数。

Dc指数法的局限性在于，在断层发育区，断层对异常压力起到了封堵作用还是泄压作用；在欠压实特征不明显或者非欠压实的地区、在钻井事故处理井段或者事故频发的井段、在牙轮与PDC钻头频繁交替使用的井段，Dc指数法预测地层压力会异常困难[7]。

3 应用实例

根据第一、二部分的内容，对海上A、B井和C井用Dc指数方法计算地层压力。

3.1 A井监测过程

首先将A井的邻井的GR、DT测井数据放到drillworks软件的计算模板，再将计算Dc指数的各项实时参数连接到drillworks软件的计算模板。显示如图1。

从图2上Dc指数值曲线，可以看出下部4100m之后Dc指数明显偏离正常趋势，4100m之上为常压地层，该井过渡带地层厚度较薄，压力由常压到高压非常突然，而且过渡带地层厚度较薄，不足50m，这是使用Dc指数预测的难点。目的层实测地层压力系数为1.42/1.47，图中两个红点， 与Dc指数计算地层压力比较，证明运用Dc指数可以很好的发现并预测异常高压地层，地层压力系数的确定还需要根据钻井过程中录井参数如气体等，并结合钻井液密度来判断地层压力系数的大小，来确定下部钻井液的密度大小。在实际钻井过程中，用Dc指数来判断是否进入异常高压过渡带，地层压力是不是在持续增加，使用平移趋势线法，可以分析地层压力系数增加趋势及增加的大小，当Dc指数显示不再继续偏离的时候，就是地层压力最大处的深度值。

图1 基础数据曲线图

图2 计算的地层压力系数结果图

3.2 B井监测过程

在对B井进行在线辅助决策支持时，应现场要求，对该井进行地层压力监测跟踪，跟踪结果显示，该井所钻遇的地层为常压地层，现场根据监测结果如图3，始终使用1.21g/mL的钻井液密度，该井顺利钻完，未出现复杂情况。钻井结束后又使用测井数据进行地层压力计算，结果如图4。钻进时监测结果与钻后分析结果基本一致。

图3 监测过程Dc指数计算结果图

图4 B井钻后测井数据地层压力分析结果

3.3 渤海C 井监测过程

对C井进行在线实时地层压力监测跟踪支持，跟踪结果如图5。钻井结束后又使用测井数据进行地层压力计算，结果如图6。

图5 C井计算Dc指数的基本参数及结果图

图6 C 井钻后测井声波数据地层压力分析结果

C井的DT数据只有3575m之上的测井数据，下面采用与探井2井的DT声波测井数据，分析的结果。从图7可知，3300～ 4100m 井段，Dc指数计算结果与声波测井解释结果不一致。下面我们从钻井过程中的气显示来分析，从C井的作业日报可知，在4048m之前，均没有任何气体的显示，而这个分析结果与声波测井分析的结果是有矛盾的，在3950m左右，声波解释的地层压力值以及到达使用的钻井液密度值，在划眼或者停钻工况下，是无法平衡地层压力的。在4081m开始有气显示，日报显示背景气有增高趋势，由2% ～ 3%升高至25% ～ 30%，单根气70% ～ 80%，而且机械钻速很低，无增加显示。从4166m，到4324m，再到4465m，背景气持续增加，4324m出现单根气，也成增加趋势，而且钻压减小，机械钻速增加，应该是逐渐进入高压地层的显示，该分析与Dc指数计算结果相一致，所以分析认为，钻井过程中使用Dc指数监测地层压力，具有较高的精确性。

4 结论

（1）钻井过程中使用Dc指数法监测地层压力，具有较高的精确性，可以很好的掌握地层压力变化情况。

（2）使用Dc指数法监测地层压力也不是适用于所有的地层，在泥、页岩地层使用较为适合，泥页岩地层之外还需要深入学习其他的地层压力监测方法，如岩石强度法。

（3）Dc指数法监测地层压力，对于常压到高压地层过渡带地层非常薄的井，有时会出现预测不准的情况，在这种情况下，使用Dc指数方法监测地层压力时，要十分注意，现场与监测人员要高度配合。

[1]余明发， 徐孝日， 黄彦庆.欠压实成因异常高压的随钻检测技术应用研究 [J]. 石油天然气学报， 2008， 30（3）： 308-310.

[2]武庆河， 严国平， 赵铁锁.常见气显示的成因及特征[J]. 断块油气田， 1998， 6（3）： 15-18.

[3]操延辉. 油气勘探发研究中如何甄别气测录井资料[J]. 中国石油和化工标准与质量， 2014（2）： 201-202.

[4]王志战， 盖珊珊， 许爱生.基于Dc指数的2种异常压力随钻预监测新方法 [J]. 中南大学学报（自然科学版）， 2012， 43（4）：1429-1433.

[5]董星亮， 王长利， 刘书杰， 等 . 海洋石油手册 [M]. 北京 ： 石油工业出版社， 2009.

[6]武少波， 赵雷青.浅谈DC指数法预测地层压力的影响因素[J].西部探矿工程， 2013， 25（12）： 46-48， 52.

图7 C井钻后与钻进时分析结果对比图

[7]王志战， 许小琼.地层压力随钻评价方法应用研究——以济阳坳陷为例 [J]. 录井工程， 2008， 19（4）： 12-16.

Application and Analysis of Monitoring Formation Pressure while Drilling with Dc Index

LI Hong
（Engineering Technology Branch of CNOOC Energy Development Co. LTD., Tianjin 300452, China）

Using real-time parameter database of online assistant decision-making system and pressure prediction software drillworks, combined with the comprehensive logging method and Dc index method, the formation pressure of the wells A, B and C has been monitored. Various parameters in the process of drilling can be display throughonline assistant decision system, which plays a very important role for qualitative judgment of whether entering the abnormal high pressure formation. Formation pressure monitoring results indicated thatthe formation pressuremonitoring accuracy is high using Dc index method.

Dc index method; formation pressure; monitoring while drilling

TE132.1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2017.03.043

1008-2336（2017）03-0043-06

2016-11-18；改回日期：2017-03-29

李红，女，1984年生，硕士，工程师，主要从事钻井工程计算，井壁稳定性分析，随钻地层压力分析等辅助决策计算工作。

E-mail：lihong7@cnooc.com.cn。