利用測井資料建立新區(qū)地層壓力剖面指導(dǎo)鄰井平衡鉆井

謝 云 李西英 翟 勇

(1.中石化勝利油田分公司勘探項目管理部 山東東營) (2.中石化勝利石油管理局測井公司 山東東營)

利用測井資料建立新區(qū)地層壓力剖面指導(dǎo)鄰井平衡鉆井

謝 云1李西英2翟 勇2

(1.中石化勝利油田分公司勘探項目管理部 山東東營) (2.中石化勝利石油管理局測井公司 山東東營)

測井資料中利用聲波時差檢測地層孔隙壓力具有代表性和普遍性。正常壓實地層中,泥巖聲波時差與埋深在對數(shù)坐標上呈線性關(guān)系(正常壓實趨勢線),可以利用聲波時差偏離程度來預(yù)測異常高壓,利用等效深度法來定量計算異常壓力。區(qū)域鉆探中,利用聲波資料計算孔隙壓力,建立新區(qū)壓力剖面,根據(jù)地震資料層位的追蹤對鄰井壓力剖面進行預(yù)測,可有效指導(dǎo)井身結(jié)構(gòu)和鉆井液分段性能的設(shè)計。

聲波測井;孔隙壓力;正常壓實趨勢線;等效深度法

0 引 言

鉆井過程中的鉆井液密度大小的設(shè)計,要求不僅能保持井壁穩(wěn)定,還要能夠保持井內(nèi)壓力平衡,避免地層流體大量流人井內(nèi),造成井涌、井噴、壓差卡鉆等工程問題。因此,準確預(yù)測地層壓力對提高鉆井速度、保護油層、合理設(shè)計井身結(jié)構(gòu)和鉆井液密度有著重要的意義。預(yù)測和評價異常地層壓力方法有多種:測井資料蘊藏著大量的地層信息并能充分反映巖石力學(xué)性質(zhì),而聲波測井資料與地層壓力信息尤為密切。

勝利油田的勘探逐步邁向深層,地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜,形成縱向多套壓力系統(tǒng)疊置、橫向壓力系統(tǒng)變化大的特點,給勘探、鉆探造成很大困難。近年來在多口探井中進行了偶極聲波測井,利用其提取的高質(zhì)量聲波資料計算了地層壓力,建立了勘探新區(qū)的地層壓力剖面,并為鄰井的鉆探提供了有效的指導(dǎo)。

1 利用聲波測井資料判斷異常高壓

在測井資料中,利用聲波時差檢測地層孔隙壓力具有代表性和普遍性。目前常用檢測地層孔隙壓力的泥巖聲波時差方法是 Hottman等人于1965年提出的[1],理論依據(jù)是“泥質(zhì)沉積物不平衡壓實造成地層欠壓實并產(chǎn)生異常高地層孔隙壓力”這一最普遍的異常高壓形成機制。在砂泥巖剖面中,巖層是由骨架和孔隙兩部分組成,敞開系統(tǒng)中泥巖的壓實程度依賴于上覆巖層的質(zhì)量。由于孔隙和失水的作用,泥巖地層隨埋藏深度的增加,所受上覆巖層的重量增大,孔隙隨之減少,在孔隙度為對數(shù)橫坐標、深度為普通縱坐標的半對數(shù)坐標系中,孔隙度與深度的關(guān)系為隨深度逐漸減小的直線關(guān)系,稱為“正常壓實趨勢線”[2]。

對于欠壓實泥巖,由于沉積物的迅速堆積等因素造成了水力的關(guān)閉,阻止了地層水的流動,使地層水不能夠逸出,從而導(dǎo)致孔隙度比正常壓實情況偏大,即偏離了正常壓實趨勢線,按照不平衡壓實理論,則認為該處存在異常高壓。泥頁巖的聲波時差與孔隙度存在良好的相關(guān)關(guān)系,在正常壓實情況下,可以建立時差與深度的函數(shù)關(guān)系,即存在“泥巖正常壓實聲波時差趨勢線”,可根據(jù)測井聲波時差值是否偏離正常趨勢線來定性判斷是否存在異常高壓。若測井時差偏離了其正常壓實趨勢線(偏大),則認為存在異常高壓[3]。

2 聲波正常壓實趨勢線的選取

由于正常壓實趨勢線主要反映泥巖層的壓實情況,直接影響到計算地層壓力的精確度,因此合理地確定正常壓實趨勢線是很關(guān)鍵的,一般應(yīng)滿足以下原則:

(1)正常壓實趨勢線的指數(shù)線性回歸關(guān)系式的相關(guān)系數(shù)應(yīng)大于0.7,可靠的點子落在正常壓實趨勢線左右;

(2)選取純的泥巖段,表現(xiàn)為自然電位平直、均勻的低電阻、高自然伽馬;

(3)選取的純泥巖段應(yīng)盡量選取厚層;

(4)檢查測井曲線質(zhì)量的可靠性,盡量避免嚴重井塌的泥巖層段,一般要求擴徑不超過2 in(1 in=25.4 mm);

(5)不能選取縮徑泥巖段,因為它們往往反映假的異常壓力。

由于異常高壓帶的形成關(guān)系復(fù)雜,后期的構(gòu)造運動又會影響其特征,所以實際的壓實趨勢線是有地區(qū)性的,尤其不同層位、巖性的變化、地層水礦化度的改變都會影響趨勢線本身的特征,所以在構(gòu)造的不同位置、不同層位、趨勢線也會各異,總的來說趨勢線在一個地質(zhì)區(qū)域有共同性。但對不同構(gòu)造、斷層不同位置等區(qū)域內(nèi),也要注意其差異性,這樣又會使我們的認識符合客觀實際,才能作出合理的正常壓實趨勢線。

3 等效深度法計算地層壓力

在地層埋藏的某一深度,上覆地層壓力(po)等于地層孔隙壓力(pp)與巖石顆粒骨架垂直應(yīng)力(σ)之和,有:

圖1是孔隙度與深度的關(guān)系圖。在正常地層孔隙壓力深度點Hn,顆粒骨架垂直應(yīng)力σn為

圖1 異常地層孔隙度隨深度變化

式中,g為重力加速度,ρb為平均地層密度,ρw為平均流體密度。在異常地層孔隙壓力深度點Ha,有:pp=po-σa。

由于在深度點Hn和Ha處,地層巖石顆粒骨架垂直應(yīng)力相等,即σn=σa,因而計算異常地層孔隙壓力的公式為

式中,gρw與gρb分別為地層孔隙壓力梯度(Gw)和上覆地層壓力梯度(Gb)。

從上分析,只要知道深度點Hn和Ha,便可求出地層孔隙壓力的大小。當深度點Hn和Ha相等時,地層孔隙壓力等于地層靜水壓力。

由孔隙度與深度的指數(shù)關(guān)系式,得:

在實際工作中,作與H交會圖,要作近似處理,即:

因為Δtoe-CH?Δtma(1-e-CH),所以上式可以近似地表示為

根據(jù)聲波時差與深度的交會圖,確定出深度點Ha和Hn,然后使用式(3)計算出地層孔隙壓力。

4 應(yīng)用實例分析

C66井是DWB洼陷西部構(gòu)造帶上的第一口預(yù)探井,鉆探目的為了解C66井區(qū)沙三段含油氣情況。該井在目的層沙三段鉆遇巨厚的深水濁積礫巖體,油氣顯示活躍,壓力高,中途測試獲得日產(chǎn)132 t高產(chǎn)油氣流,實現(xiàn)了DWB洼陷沙三段勘探的突破。為了給下一口評價井C660井的鉆井工程提供平衡鉆井的地層壓力剖面,在C66井進行了VSP和DSI的測井采集和數(shù)據(jù)處理。DSI測井可以提供地層的孔隙壓力、破裂壓力等巖石力學(xué)特性參數(shù),獲取連續(xù)的地層孔隙壓力剖面;VSP測井可以獲取精確的層速度,由此可轉(zhuǎn)化為地層孔隙壓力,同時標定地面地震獲取精確的時深轉(zhuǎn)換關(guān)系。對鉆井目的層進行追蹤、標定,然后對鉆井利用過的鉆井地面地震數(shù)據(jù)與VSP數(shù)據(jù)相結(jié)合,預(yù)測地層孔隙壓力剖面。

圖2 C66、C60井層速度剖面

在C660井鉆井前,先根據(jù)C66井實測VSP資料對C660井地層層速度剖面進行了標定與預(yù)測如圖2所示,然后將C66井DSI測井資料確定的孔隙壓力剖面根據(jù)地震剖面映射到C660井,做了一個粗略的孔隙壓力預(yù)測:2 237 m～3 400 m孔隙壓力梯度為1.0 g/cm3～1.3 g/cm3,3 500 m～4 300 m為1.5 g/cm3～1.7 g/cm3,4 300 m～5 000 m為1.4 g/cm3～1.8 g/cm3,并由此進行了C660井的鉆井液密度的設(shè)計。

C660完鉆后,利用DSI測井資料結(jié)合鉆井工程簡況,對3 000 m～4 753 m井段進行了鉆后孔隙壓力評價,得到如下結(jié)果,如圖3所示。

圖3 C660井孔隙壓力計算成果圖

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

3 400 m～4 350 m孔隙壓力梯度主要分布在1.45 g/cm3～1.81 g/cm3,根據(jù)工程簡況記錄,分別在3 883 m、4 138 m、4 146 m、4 238 m等深度處有明顯的槽面上漲現(xiàn)象,說明所用鉆井液密度小于地層孔隙壓力,直到提高到1.78 g/cm3以上才能夠平衡孔隙壓力;

4 350 m～4 753 m孔隙壓力梯度主要分布在1.26 g/cm3～1.55 g/cm3之間,試油結(jié)果表明油藏中部壓力系數(shù)大于1.33(1.36 g/cm3)。

由上可知,根據(jù)C66井聲波和VSP反演的速度預(yù)測地層孔隙壓力跟C660井聲波計算的結(jié)果趨勢基本吻合,以此為指導(dǎo)建立的井身結(jié)構(gòu)和鉆井液分段性能,保障了工程的安全施工,同時C660鉆井周期比C66井提高近一倍,取得了良好的應(yīng)用效果。

5 結(jié)論與建議

(1)利用偶極聲波及其它常規(guī)測井資料相結(jié)合可以有效計算地層孔隙壓力,合理確定正常壓實趨勢線是關(guān)鍵。

(2)利用C660井實測DSI資料計算的地層孔隙壓力與實鉆壓力資料以及VSP預(yù)測結(jié)果基本一致。

(3)建議在探井,特別是預(yù)探井中加強偶極聲波及垂直地震資料的采集,建立區(qū)塊地層壓力剖面,為優(yōu)化井身結(jié)構(gòu),指導(dǎo)鉆井安全平衡鉆進提供科學(xué)依據(jù)。

[1] 艾 池,馮福平,李洪偉.地層壓力預(yù)測技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].石油地質(zhì)與工程,2007,21(6)

[2] 江心林,朱發(fā)銀,朱仁宏.油氣勘探與開發(fā)[M].東營:石油大學(xué)出版社,2002

[3] 常貴釗,邵秀麗,黃新平.井眼穩(wěn)定性計算方法[J].測井技術(shù),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

謝 云,男,1960年生,工程師,畢業(yè)于江漢石油學(xué)校地質(zhì)專業(yè),現(xiàn)在中石化勝利油田分公司勘探項目管理部從事測井管理工作。郵編:257000

2011-04-03編輯劉雅銘)

PI,2011,25(5):46～48

·計算機與通訊技術(shù)·