隨鉆地層壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)在鉆井工程上的應(yīng)用

唐凱(長(zhǎng)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(jiān)測(cè)技術(shù)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(chǎn)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(jìn)，在地下深埋的水會(huì)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(shí)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(huì)被稱為地下巖層超壓。異常原因有多種：諸如泥頁(yè)巖沒(méi)有被壓實(shí)、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的變化、高溫水對(duì)壓力的增強(qiáng)、沉積物中形成了烴類、水位測(cè)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(huì)造成地下巖層超壓，是異?？紫秹毫π纬傻闹饕?。

1.2 地層壓力響應(yīng)參數(shù)

沉積環(huán)境的主要構(gòu)成為砂石巖，隨著縱深的不斷加深，沉積的物質(zhì)會(huì)向巖質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，同時(shí)經(jīng)受巨大的壓力后，巖石本身也會(huì)產(chǎn)生從結(jié)構(gòu)、密度等物理參數(shù)上發(fā)生變化，巖石孔也會(huì)隨之改變。物理參數(shù)諸如聲波在巖石中的傳遞速度、電介質(zhì)在巖石中的傳播能力等，主要由巖石本身的架構(gòu)以及巖孔中的液體形成關(guān)系。在壓力處于正常給予的情況下，縱深程度越深，壓力所發(fā)揮的作用就越大。當(dāng)巖孔中的液體滲出時(shí)，壓力使巖孔縮小，該層壓力會(huì)與凈水壓力保持一致，被稱為常壓。但擁有充分量的物源時(shí)，該層會(huì)發(fā)生穩(wěn)定的沉降，使得沉淀中的物質(zhì)會(huì)發(fā)生迅速有大規(guī)模的堆積，此時(shí)被稱為不平衡壓實(shí)，圍柵的滲透能力差，沉淀中物質(zhì)的一部分排水會(huì)受到阻攔，此時(shí)沉淀物沉積的速度會(huì)大于排水的速率，相較于常壓，該層的巖孔會(huì)更多更大，巖石中的液體會(huì)更多，密度也會(huì)小于常壓，使聲波在巖石中的傳遞速度更慢，電介質(zhì)在巖石中的傳播能力更強(qiáng)[1]。

地層在深處D的泥頁(yè)巖孔隙度與泥面泥頁(yè)巖孔隙度及地層深度的關(guān)系為：

取對(duì)數(shù)后可得：

儀器響應(yīng)值X與深度D的關(guān)系為：

取對(duì)數(shù)后可得：

1.3 地層壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)

憑借地層壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以提前處理隨鉆對(duì)井進(jìn)行測(cè)量與錄井得到的數(shù)據(jù)，包括通過(guò)隨鉆采集到的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，計(jì)算地下各層中巖孔的孔隙度、巖石密度以及泥質(zhì)量；從溫度角度對(duì)通過(guò)電介質(zhì)測(cè)井得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正、對(duì)地下巖層因子與地下每層巖石的橫波速度與泊松比進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于難以確認(rèn)情況的老井，可以采用聲波技術(shù)進(jìn)行測(cè)井，將數(shù)據(jù)進(jìn)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(guò)這些數(shù)據(jù)可以對(duì)地下每層可承受的壓力以及每層漏失的試驗(yàn)值進(jìn)行預(yù)測(cè)和計(jì)算，在進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及對(duì)井壁穩(wěn)定程度做分析時(shí)，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(shù)NHG0、海水密度SWG及垂深TVD關(guān)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(guān)系為：

孔隙壓力梯度PP與測(cè)量值Xobs、正常壓實(shí)趨勢(shì)值XNCT及伊頓指數(shù)n的關(guān)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(guān)系為：

Dxc指數(shù)與機(jī)械鉆速ROP、鉆頭轉(zhuǎn)速REV、鉆壓WOB、鉆頭尺寸BSIZ以及正常靜液柱壓力梯度的關(guān)系為：

2 隨鉆地層壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)在鉆井工程上的應(yīng)用

2.1 井壁失衡分析

一旦在實(shí)際下鉆時(shí)，發(fā)生井壁垮塌使得工程無(wú)法正常推進(jìn)，就需要對(duì)地下巖層進(jìn)行壓力分析。在分析進(jìn)行之前，首先要詳細(xì)了解施工地區(qū)的地質(zhì)概況。此時(shí)需要利用隨鉆地層壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)分析地下巖層中巖孔受到的壓力。得到數(shù)據(jù)后，要選擇幾口井作為參照，進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，?duì)地下巖層中巖孔受到的壓力進(jìn)行反應(yīng)分析。得到結(jié)論后，可以從工程角度進(jìn)行驗(yàn)證，如果是由于壓力超壓，可通過(guò)使用鉆井液密度的角度上進(jìn)行工程調(diào)整。在實(shí)踐中，才能對(duì)隨鉆地層壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)有新的認(rèn)知，有效地將理論投入到工程作業(yè)中來(lái)。能夠?qū)诘氖Ш膺M(jìn)行分析，是隨鉆地層壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)在具體應(yīng)用上起到關(guān)鍵作用的一方面體現(xiàn)。

2.2 井的井漏控制

在對(duì)深水井進(jìn)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(fā)生的。不同于在陸地或是淺水區(qū)域，由于在泥面下縱深不長(zhǎng)的緣故，地底巖層極容易發(fā)生破裂現(xiàn)象，并且在破裂后非常難以恢復(fù)。在鉆井工程中，隨鉆地層壓力監(jiān)測(cè)至關(guān)重要，因?yàn)橐坏┿@到了壓力過(guò)高的層級(jí)，極容易由井漏發(fā)展成為井涌甚至井噴的嚴(yán)重事故。井漏發(fā)生時(shí)，隨鉆地層壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)帶回的數(shù)據(jù)可以作為對(duì)井漏進(jìn)行控制的有效參考，可以根據(jù)返回的數(shù)據(jù)決定采取堵漏劑的方式或者調(diào)整鉆井液的密度。堵漏材料添加時(shí)，還可以通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)觀察效果，決定是否需要調(diào)整措施。在處理井漏問(wèn)題中，對(duì)于壓力的監(jiān)測(cè)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(fā)生。能夠?qū)木┣闆r進(jìn)行切實(shí)有效的控制，是隨鉆地層壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)在具體應(yīng)用上起到關(guān)鍵作用的重要體現(xiàn)之一[2]。

2.3 預(yù)測(cè)孔隙壓力

在進(jìn)行孔隙壓力預(yù)測(cè)的過(guò)程中，需要對(duì)隨鉆地層壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)所得數(shù)據(jù)結(jié)合欠壓實(shí)理論以及具體環(huán)境進(jìn)行分析，對(duì)鉆頭達(dá)到地下巖層之下的巖層壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的推論，才能使鉆井工程得出結(jié)論，對(duì)于到達(dá)泥巖層后是否向砂巖層繼續(xù)鉆進(jìn)進(jìn)行把握，最終使得各方的工作得到妥善的協(xié)調(diào)，這都離不開(kāi)隨鉆地層壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)于預(yù)測(cè)孔隙壓力的有效運(yùn)用。在這個(gè)過(guò)程中，有兩點(diǎn)會(huì)起到非常關(guān)鍵的作用：一點(diǎn)是，需要相關(guān)人員對(duì)于隨鉆地層壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)有著熟練地掌握以及精準(zhǔn)的運(yùn)用，使得該技術(shù)所得數(shù)據(jù)可靠無(wú)誤。另一點(diǎn)是，對(duì)于地層壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)要有完備的理論知識(shí)支撐，在需要的時(shí)候，能夠做出非常正確的判斷以及可靠的指導(dǎo)。

2.4 優(yōu)化套管程序

在鉆井工程中所使用管套的各項(xiàng)數(shù)據(jù)、下地方式以及縱深可以統(tǒng)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(duì)井體沖蝕過(guò)度、對(duì)油氣層進(jìn)行保護(hù)、對(duì)受到不同壓力的地下巖層進(jìn)行分割以及增強(qiáng)地下巖層的防破裂能力。隨鉆地層壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)可以在套管進(jìn)入地下的過(guò)程中為套管程序優(yōu)化的過(guò)程提供技術(shù)支持，如想要對(duì)套管的使用層數(shù)進(jìn)行減負(fù)或提高套管下地的縱深時(shí)，隨鉆地層壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)可以為地下巖層壓力做到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的反饋，對(duì)地下巖層各項(xiàng)壓力的數(shù)據(jù)浮動(dòng)進(jìn)行有效地分析。在對(duì)鉆井過(guò)程中運(yùn)用隨鉆地層壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)時(shí)，根據(jù)地下巖層各項(xiàng)壓力的反饋數(shù)據(jù)，可以結(jié)合監(jiān)測(cè)結(jié)果有效地為套管程序中使用的數(shù)量以及下地的縱深提供合適的意見(jiàn)，在實(shí)際鉆井的過(guò)程里，還可以不斷地依據(jù)反饋數(shù)據(jù)對(duì)套管程序進(jìn)行持續(xù)化地解析與改進(jìn)，使得在工程推進(jìn)的過(guò)程中，套管程序不僅可以在同等深度下進(jìn)行節(jié)省，同樣也可以對(duì)套管縱深進(jìn)行優(yōu)化，使得做工工序更為清晰，不僅對(duì)成本進(jìn)行了有效控制，也對(duì)工程的提速起到了很大的幫助[3]。

2.5 效果以及評(píng)價(jià)

地層壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)于地層壓力所進(jìn)行監(jiān)測(cè)結(jié)果是否能做到準(zhǔn)確無(wú)誤是對(duì)該項(xiàng)技術(shù)是否達(dá)到合格的主要判斷。對(duì)該技術(shù)反饋數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確無(wú)誤的判斷方式分為以下三種：首先，對(duì)地下巖層壓力進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，可以將測(cè)量地下巖層的儀器隨鉆頭一同下地，在鉆井工程進(jìn)行的同時(shí)，對(duì)地下巖層受到壓力進(jìn)行直觀的檢驗(yàn)，但在檢驗(yàn)過(guò)程中，需要停下鉆頭與泵的工作狀態(tài)，而且等待地下巖層與儀器達(dá)到壓力平衡的狀態(tài)需要大量時(shí)間，所以這種手段具有一定的局限性。其次，在鉆井工程結(jié)束后，應(yīng)用電纜對(duì)地下巖層所受壓力進(jìn)行測(cè)量，能夠直觀地得到地下巖孔所受到的壓力數(shù)據(jù)。最后，在對(duì)油進(jìn)行測(cè)試的階段中，對(duì)井下壓力進(jìn)行測(cè)量，將所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與推算，得到想要驗(yàn)證的地下巖層巖孔所受的壓力，由于壓力計(jì)不會(huì)直接下到需要驗(yàn)證的地下巖層，所以在對(duì)地下巖層巖孔受到的壓力進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，需要結(jié)合理論知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)剡M(jìn)行運(yùn)算。在這三種手段中，第二種方式所需時(shí)間與條件最少，所得數(shù)據(jù)也最為嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確，在對(duì)地層壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，是首要選擇的方式。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨鉆地層壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)于鉆井工程的具有舉足輕重的意義。在實(shí)際應(yīng)用層面，也有著非常廣泛的用途。經(jīng)過(guò)對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)的原理、方法以及實(shí)際運(yùn)用的闡釋與研討，相信該項(xiàng)技術(shù)在鉆井工程中會(huì)更受到重視，也會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用，促進(jìn)鉆井工程的長(zhǎng)足發(fā)展。