地層壓力預(yù)測(cè)技術(shù)在南海東部高溫高壓井中的應(yīng)用

肖喬剛，姚振河，曹鵬飛，夏竹君

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)深圳分公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

南海東部勘探自2020年以來(lái)深層/超深層的井?dāng)?shù)逐年增加，富烴凹陷如陸豐、惠州古近系地層超壓現(xiàn)象越來(lái)越普遍。尤其是2022年下半年后，鉆至文昌組二段以下地層的探井均存在弱超壓，地層壓力系數(shù)在1.300～1.500之間。超壓對(duì)井控安全和資料錄取帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[1-3]。

1 A1井鉆探失利原因分析

1.1 壓力監(jiān)測(cè)情況

2021年6月，對(duì)惠州某構(gòu)造深層的古近系、火山巖構(gòu)造、超覆復(fù)合圈閉鉆探了A1井，在珠海組底部至文昌組文五段發(fā)現(xiàn)較好油氣顯示，巖性主要為細(xì)砂巖、灰質(zhì)細(xì)砂巖、泥質(zhì)細(xì)砂巖、粗砂巖、含礫粗砂巖，熒光面積5%～70%，其中文昌組74 m/18層，恩平組135 m/37層，珠海組5 m/3層。

A1井測(cè)井在文昌組解釋油層33.0 m/5層，恩平組解釋油層10.9 m/4層。該井鉆遇文五段高壓層，井深4 888.0 m。該井在文五段鉆遇地層超壓，壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果：第一次短起下后效氣最大氣全量100%，判斷只由濃度滲透無(wú)法侵入井筒如此大量的氣體，必定有壓力造成的氣侵，循環(huán)壓井處理時(shí)間達(dá)4 d；第二次短起下前循環(huán)氣體呈明顯下降趨勢(shì)，地層壓力應(yīng)該接近循環(huán)ECD；第三次短起后仍有后效氣，認(rèn)為地層壓力系數(shù)應(yīng)該是在1.520～1.590之間。電纜測(cè)壓地層壓力系數(shù)1.533～1.560，鑒于地層壓力導(dǎo)致的工程風(fēng)險(xiǎn)而直接提前完鉆。未取全恩平組—文昌組油層測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，未完成設(shè)計(jì)的五開(kāi)井段古新統(tǒng)火山巖目的層鉆探任務(wù)。

1.2 地層超壓成因分析

惠州某洼文昌組烴源巖內(nèi)部發(fā)育生烴超壓，對(duì)地層超壓目前的認(rèn)識(shí)為惠州某洼10 Ma至現(xiàn)今演化成熟階段為中-晚期，文昌組中間面現(xiàn)今Ro已達(dá)到1.2%～1.8%，屬于高成熟階段。

文四段為厚層泥巖構(gòu)成壓力封存箱惠州某構(gòu)造潛山頂部泥巖蓋層厚近200 m，洼陷內(nèi)幕蓋層條件更好。在A1井鉆后對(duì)惠州某洼進(jìn)行的壓力演化模擬發(fā)現(xiàn)，惠州某洼文昌組烴源巖內(nèi)部發(fā)育生烴超壓，惠州某構(gòu)造周邊10 Ma至今壓力系數(shù)達(dá)1.400～1.600左右。而在A1井上，文昌組為兩段式超壓系統(tǒng)，上部地層(文四段—文五段MFS以上)為復(fù)合成因，以生烴超壓為主，同時(shí)存在欠壓實(shí)影響，測(cè)井曲線特征為聲波時(shí)差升高，密度下降但降幅不大，電阻率下降，測(cè)壓點(diǎn)落在加載曲線上，或加載曲線與卸載曲線之間，壓力系統(tǒng)整體呈現(xiàn)從加載曲線向卸載曲線偏離的趨勢(shì)。下部地層(文五段MFS—基底面)主體為生烴增壓，測(cè)井曲線特征為聲波時(shí)差升高，密度跳躍后基本恒定，電阻率升高，為受有機(jī)質(zhì)含量高和大量生排烴等因素影響所形成的超壓。

A1井文昌組兩段式超壓系統(tǒng)：

上部(文四段—文五段MFS以上)為“生烴增壓+欠壓實(shí)”復(fù)合成因：(1)測(cè)壓點(diǎn)要么落在加載曲線上，要么落在加載曲線與卸載曲線之間；(2)上部壓力系統(tǒng)整體呈現(xiàn)從加載曲線向卸載曲線偏離的趨勢(shì)。

下部(文五段MFS以下)主體為“生烴增壓”：受有機(jī)質(zhì)含量高和大量生排烴等因素影響，密度相比上部減小，校正后整體落在卸載曲線上。

2 A2井鉆前地層壓力預(yù)測(cè)

2.1 鉆探目的

A1井在文五段鉆遇地層超壓，電纜測(cè)壓地層壓力系數(shù)1.533～1.560，鑒于地層壓力導(dǎo)致的工程風(fēng)險(xiǎn)而直接轉(zhuǎn)完井。該井首次在惠州某洼富生烴洼陷取得文五段新層系突破，整個(gè)構(gòu)造規(guī)模大、蓋層好、儲(chǔ)層分布面積廣，有望通過(guò)進(jìn)一步評(píng)價(jià)形成環(huán)惠州某構(gòu)造帶大型構(gòu)造-巖性復(fù)合油氣藏。A1井西北方向約1.7 km，提出鉆探A2井，鉆探目的是落實(shí)惠州某構(gòu)造文五段WC52、WC54油層流體性質(zhì)、測(cè)試求產(chǎn)、升級(jí)儲(chǔ)量，同時(shí)探索古新世火山巖儲(chǔ)層發(fā)育特征和含油氣性，擴(kuò)大惠州某洼古近系、火山巖領(lǐng)域勘探規(guī)模。

2.2 壓力預(yù)測(cè)

將1996年CACT采集的1608大拼接三維地震、2006年采集的惠州20三維地震進(jìn)行了PSTM、PSDM的重處理。重處理后，中深層地震資料成像品質(zhì)得到提升，地層接觸關(guān)系改善明顯，斷面較為清晰，因此評(píng)價(jià)井的沉積相、儲(chǔ)蓋層反演、井位確定主要基于這套重處理資料。精細(xì)解釋層位主要包括T84～T90，深度構(gòu)造圖根據(jù)已鉆A1井?dāng)M合的時(shí)深關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并做深度校正獲得最終構(gòu)造圖。

A1井單井相自文五段最大湖泛面物源供給增強(qiáng)，泥巖偏褐灰色，WC54漏斗狀進(jìn)積砂，為河口壩特征；WC52整體為箱狀加積厚層砂，推測(cè)為疊置河道砂巖。

A1鉆探證實(shí)惠州某構(gòu)造文五段的砂巖阻抗比泥巖阻抗高，通過(guò)波阻抗即可較好區(qū)分砂泥巖。

鑒于A1井鉆遇文昌組地層超壓，鉆后分析認(rèn)為：A1井鉆探過(guò)程中多次短起后后效氣較高，經(jīng)過(guò)計(jì)算地層壓力系數(shù)在1.520～1.590之間，而后續(xù)測(cè)壓所得到的4個(gè)有效點(diǎn)地層壓力系數(shù)在1.533～1.560之間，證實(shí)了惠州某構(gòu)造文昌組存在地層低超壓。

鉆后利用差值法和Eaton法計(jì)算的A1井壓力系數(shù)趨勢(shì)基本一致，Eaton法壓力系數(shù)略高，與實(shí)測(cè)點(diǎn)的吻合程度更高。兩種計(jì)算方法均在4 300 m左右進(jìn)入異常低超壓段，預(yù)測(cè)壓力系數(shù)高達(dá)1.560，與實(shí)際地層壓力系數(shù)較為接近。

A2壓力預(yù)測(cè)借助2015年油服重處理PSDM層速度，采用差值法和Eaton法分別進(jìn)行壓力系數(shù)預(yù)測(cè)。首先根據(jù)A1井實(shí)測(cè)壓力點(diǎn)，調(diào)整各預(yù)測(cè)模型參數(shù)，使之與實(shí)鉆結(jié)果相吻合，從而構(gòu)建適合本工區(qū)的壓力預(yù)測(cè)模型，而后利用該模型預(yù)測(cè)A2井處壓力系數(shù)。依據(jù)地震資料，預(yù)測(cè)全井段壓力系數(shù)在1.000～1.600，井深4 250 m以上地層壓力系數(shù)1.000～1.200，為正常壓力范圍；超過(guò)4 250 m開(kāi)始出現(xiàn)低速異常，且設(shè)計(jì)井位處層速度比A1井處略低。差值法和Eaton法預(yù)測(cè)在4 300 m左右(文昌組)進(jìn)入低超壓層段，壓力系數(shù)約1.300～1.600，如圖1所示。

圖1 A2井層速度及壓力系數(shù)預(yù)測(cè)圖

利用地震層速度資料預(yù)測(cè)深層火山巖地層壓力系數(shù)可靠性較差，參考周邊鄰井火山巖段壓力系數(shù)1.05～1.14，預(yù)測(cè)本井火山巖為正常壓力。但惠州某構(gòu)造火山巖段緊貼文五段低超壓烴源巖，一旦火山巖儲(chǔ)集空間物性變好，超壓傳導(dǎo)進(jìn)入儲(chǔ)層會(huì)導(dǎo)致火山巖層出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。因此，本井火山巖層段也存在低超壓的可能性。

3 A2井實(shí)鉆情況分析

依據(jù)地震資料，超過(guò)4 250 m開(kāi)始出現(xiàn)低速異常，A1井層速度為4 310～4 260 m/s， A2井處層速度比 A1井略低，約為4 300～4 200 m/s，差值法預(yù)測(cè)在4 250 m左右進(jìn)入異常高壓，壓力系數(shù)約為1.300～1.600，Eaton法預(yù)測(cè)在4 350 m附近進(jìn)入異常高壓，壓力系數(shù)約為1.310～1.630。

WC52砂體展布范圍廣，已鉆井A1井比評(píng)價(jià)井A2井更靠近烴源巖，兩口井埋深相差不大，基于屬性圖和地質(zhì)認(rèn)識(shí)，推測(cè)兩者壓力系數(shù)相差不大。

雖然基于地震資料預(yù)測(cè)A2井壓力系數(shù)略高于A1井，但受地震資料品質(zhì)影響，深層資料信噪比、速度精度偏低。結(jié)合地質(zhì)認(rèn)識(shí)和盆模結(jié)果，預(yù)測(cè)A2井同樣存在異常高壓，壓力系數(shù)預(yù)測(cè)與A1井接近，達(dá)1.500～1.600，地層壓力預(yù)測(cè)的核心問(wèn)題為速度問(wèn)題。后續(xù)需開(kāi)展精細(xì)速度場(chǎng)研究，建立高精度速度體，壓力異常和速度異常的成因皆存在多解性，泥巖趨勢(shì)線也存在不確定性。下一步需結(jié)合反演等資料進(jìn)行辨別和研究，地層壓力預(yù)測(cè)方法具有經(jīng)驗(yàn)性和近似性，建議鉆井時(shí)加入隨鉆VSP，實(shí)時(shí)更新壓力預(yù)測(cè)模型，調(diào)整壓力預(yù)測(cè)結(jié)果。

鉆前預(yù)測(cè)A2井在井深4 250 m以上地層壓力系數(shù)1.000～1.200，為正常壓力范圍；超過(guò)4 250 m開(kāi)始出現(xiàn)低速異常，預(yù)測(cè)在4 300 m左右(文昌組)進(jìn)入低超壓層段，壓力系數(shù)約1.300～1.600。鉆后地質(zhì)分析使用Eaton 聲波法進(jìn)行壓力計(jì)算，由于缺少巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)巖石屬性(內(nèi)摩擦力、內(nèi)聚力)進(jìn)行了按照泥巖摩擦角小、砂巖摩擦角大以及內(nèi)聚力隨著埋深而增加、砂巖膠結(jié)強(qiáng)度略低的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行賦值。地層壓力系數(shù)計(jì)算結(jié)果使用MDT測(cè)壓點(diǎn)和DST測(cè)壓點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定，漏失壓力使用三開(kāi)和四開(kāi)兩個(gè)地漏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，如圖2所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，泊松比約0.35，文昌組以上地層壓力系數(shù)均介于1.000～1.040，無(wú)明顯異常，在文昌組內(nèi)井深4 343 m地層壓力開(kāi)始抬升，至井深4 467 m地層壓力達(dá)到1.200，至井深4560 m地層壓力系數(shù)最高達(dá)到1.650左右，計(jì)算地層壓力與實(shí)測(cè)標(biāo)定點(diǎn)對(duì)比如表1所示，計(jì)算與實(shí)測(cè)壓力系數(shù)值差距較小，說(shuō)明壓力計(jì)算方法可以滿足井區(qū)評(píng)價(jià)要求，且與鉆前預(yù)測(cè)趨勢(shì)一致。

表1 A2井地層壓力系數(shù)與標(biāo)定點(diǎn)對(duì)比

圖2 A2井鉆后壓力分析圖

從圖2可以看出，韓江組和珠江組上段地層坍塌壓力系數(shù)值較高，與井徑曲線波動(dòng)對(duì)應(yīng)性一致，分析認(rèn)為與區(qū)域上韓江組和珠江組上段地層成巖性較差有關(guān)。本井在文昌組頂部下入三開(kāi)中完套管，四開(kāi)鉆揭低超壓層，作業(yè)井身結(jié)構(gòu)合理。還可以看出，鉆井液參數(shù)采用鉆井液在線連續(xù)監(jiān)測(cè)記錄數(shù)據(jù)，實(shí)測(cè)三開(kāi)井段鉆井液比重介于1.15～1.31 g/cm3，四開(kāi)井段鉆井液比重介于1.61 ～1.63 g/cm3，四開(kāi)井段因儲(chǔ)層物性較差，鉆井液為窗口下限，總體上所用鉆井液比重介于安全窗口內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)壓力預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)方法的研究，形成了鉆前對(duì)地層壓力進(jìn)行地球物理方法的預(yù)測(cè)；鉆中根據(jù)鉆井工程參數(shù)和工程跡象進(jìn)行壓力系數(shù)校正的工作流程，基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)超壓井壓力系數(shù)的有效把控，保障深層探井鉆井安全可控，不因超壓影響地質(zhì)資料錄取。