【正文】 第五節(jié) 隨鉆地層壓力檢測“正常”的地層流體壓力大致等于流體液柱中的靜水壓力。地層流體壓力有時比靜水壓力高，有時比靜水壓力低。兩種“不正?！钡膲毫l件都能引起鉆井事故，而工業(yè)生產(chǎn)中最為關(guān)心的是異常高壓，有時稱之為地質(zhì)壓力。一、 基本概念靜水壓力(Hydrostatic Pressure)靜水壓力是指單位液體重量與靜液柱垂直高度的乘積。與液柱的直徑和形狀無關(guān)。靜水壓力的計算公式如下：式中 Ph－靜水壓力，kg/cm2d－鉆井液重量，g/cm3H－垂直深度，m帕斯卡定律(Pascal’s Law)帕斯卡定律闡述了靜止流體中任何一點上各個方向的靜水壓力大小相等。通過流體可以傳遞任何施加的壓力，而不隨距離的變化而降低。根據(jù)帕斯卡定律，靜水壓力在液柱中給定的深度上，作用于任何方向上。靜水壓力梯度（Hydrostatic Pressure Gradient）靜水壓力梯度是指每單位深度上靜水壓力的變化量。這個值描述了液體中壓力的變化，表示為單位深度上所受到的壓力。其計量單位是kgF/cm2/m。錄井人員常用體積密度（g/cm3）來描述靜水壓力梯度，以便于同鉆井液密度相對比。靜水壓力梯度的計算公式如下：式中 HPG－靜水壓力梯度，kg/cm2/mPh－靜水壓力，kgf/cm2Pv－單位體積質(zhì)量，g/cm3H－實際垂直深度，m。應(yīng)用體積密度（g/cm3）時，靜水壓力梯度HG的計算公式如下：式中 HG－靜水壓力梯度，g/cm3地層孔隙壓力（Pore Pressure）地層孔隙壓力是指作用在巖石孔隙中流體上的壓力。對于現(xiàn)場計算，孔隙壓力與流體液柱的密度及垂直深度有關(guān)。對于正常壓力系統(tǒng)的地層，給定深度的真實孔隙壓力等于液柱壓力與流體流動的壓力損失及溫度效應(yīng)的總和。計算孔隙壓力的公式為：式中 PF－孔隙壓力，kg/cm2df－流體密度，g/cm3H－真實垂直深度，m地層孔隙壓力梯度（Pore Pressure Gradient）地層孔隙壓力梯度是指單位深度上地層孔隙壓力的變化量。計算公式如下：式中 PFG－孔隙壓力梯度，kgＦ/cm2 孔隙壓力梯度等于或接近于靜水壓力梯度時稱為正?？紫秹毫μ荻?；低于靜水壓力梯度時稱為低壓異常孔隙壓力梯度，簡稱低壓異常；高于靜水壓力梯度時稱為超壓孔隙壓力梯度，簡稱超壓。后兩種孔隙壓力梯度都稱為異?？紫秹毫μ荻?。同一地區(qū)，在不同的深度，可能會有幾種不同的孔隙壓力梯度。孔隙壓力的上限通常等于上覆巖層的壓力。上覆巖層應(yīng)力(Overburden Stress)上覆巖層應(yīng)力是指覆蓋在該地層以上的地層基質(zhì)（巖石骨架）和孔隙中流體的總重量所造成的壓力。在石油領(lǐng)域中，上覆地層應(yīng)力的數(shù)值可用與鉆井液密度等效的壓力或壓力梯度表示。上覆巖層應(yīng)力的計算公式為：式中 S－上覆巖層應(yīng)力，kg/cm2；ρb－區(qū)間平均體積密度，g/cm3；H－深度，m。巖石的體積密度與巖石骨架的密度、巖石孔隙流體的密度以及巖石孔隙度有關(guān)。下面是有代表性的各種巖石、礦物和流體的體積密度：表3－2 常見巖石及液體平均密度物質(zhì)平均密度g/cm3砂巖灰?guī)r白云巖硬石膏巖鹽石膏粘土淡水咸水石油(平均)對于給定巖層的體積密度用以下公式加以定義：式中 ρb－體積密度，g/cm3；φ－孔隙度，％；ρm－巖石骨架密度，g/cm3；df－孔隙流體密度，g/cm3；上覆巖層壓力梯度(Overburden Pressure Gradient)上覆巖層壓力梯度是指單位高度上的上覆巖層應(yīng)力。其計算公式為: 式中 ＰＯＢＧ－上覆巖層壓力梯度，kgf/cm2/m；S－上覆巖層壓力，kgf/cm2；L－某段地層的厚度，m?；鶐r應(yīng)力當一個固態(tài)的物體受到壓力時，在其中某一點上測得的壓力可能在不同的方向上并不相同?；鶐r應(yīng)力這個術(shù)語就是用來描述固體物質(zhì)的壓力分布的?；鶐r應(yīng)力的集中可以形成地層壓力異常，并在很大程度上影響了巖石破裂壓力。巖層的破裂壓力又決定了油井的套管程序和允許使用的最大鉆井液密度。因此，基巖應(yīng)力是在分析地層壓力異常成因及參數(shù)分析計算時不可忽視的因素。正常地層壓力(Normal Formation Pressure)正常地層壓力是由所在地層以上的所有流體所施加給該地層的壓力。上覆巖層壓力全部由巖石骨架所承擔，地層流體僅承載上覆孔隙液體的壓力。因為水是巖石中普遍存在的流體，一個給定深度的正常地層壓力是地層水密度的函數(shù)。地層水密度主要與地層水礦化度有關(guān)。異常地層壓力（Abnormal Formation Pressure）和壓力異常(Pressure Anomalies）異常地層壓力(Abnormal Formation Pressure)是指地層流體壓力大于或小于計算所得的靜水壓力。壓力異常(Pressure Anormalies)是指任何地層流體液柱高度或密度與井眼中的流體液柱的差異所作用的結(jié)果。從技術(shù)上講：壓力異常是“正?！钡貙恿黧w壓力，它與異常地層壓力對井眼的效應(yīng)是相同的。對于任何異常地層流體高壓，部分上覆地層載荷已經(jīng)從巖石骨架轉(zhuǎn)移到了地層流體中。如果鉆井液的壓力低于地層流體壓力，就會發(fā)生流體溢出，直到壓力平衡為止。這種流體溢出就是通常所說的井涌（KICK）。1當量鉆井液循環(huán)密度（ECDEquivalent Circulation Density）當量鉆井液循環(huán)密度（ECD）是相當于井底循環(huán)壓力(BHCP)的鉆井液密度。井底循環(huán)壓力等于鉆井液的靜水壓力加上以實際鉆井液流速在環(huán)空中損失的壓力（ΔPann）。1壓差（Differential Pressure）壓差(ΔP)是井底計算壓力和地層壓力之間的差值。即式中 ΔP－壓差，kgf/cm2；PBHC－計算井底壓力，kgf/cm2；PF－地層壓力，kgf/cm2。ΔP是在現(xiàn)場鉆井活動中與其它許多活動有關(guān)的重要參數(shù)之一。如果ΔP是負值（PF ＞PBHC），可能會產(chǎn)生如下結(jié)果：①來自地層的油氣侵入井眼。②鉆速(ROP)加快。③非滲透巖層坍塌。④滲透性巖層發(fā)生井涌。⑤軟巖層出現(xiàn)井眼跨塌。如果ΔP的值接近于零（PF ＝PBHC），可能會產(chǎn)生如下結(jié)果：①巖屑中有較好的氣體顯示。②由于循環(huán)暫停和鉆桿的運動，鉆井液柱壓力下降，出現(xiàn)起下鉆氣體顯示。如果ΔP是正值（PF ＜PBHC），可能會產(chǎn)生如下結(jié)果：①鉆速(ROP)降低。②由于鉆井液對地層的沖洗，滲透層的氣體顯示較差。③由于鉆井液對地層的沖洗，電測響應(yīng)差。④使鉆井中的固體物質(zhì)注入地層孔隙中，儲層被破壞。⑤可能從地層已有的裂縫中發(fā)生井漏。在大多數(shù)鉆井條件下，ΔP必須大于零。這樣做雖然會導(dǎo)致鉆速小于最優(yōu)鉆速，但可以使鉆進過程中井涌發(fā)生的可能性變得最小。更為重要的是，有一個較小的正壓力差，可以補償起下鉆時的抽汲壓力降。1地層破裂壓力（Formation Fracture Resistance）地層破裂壓力或地層抗破裂壓力，是將地層壓裂所需要的液柱壓力。地層破裂壓力是石油工業(yè)上研究最多的課題之一。油井開采中常常故意壓裂儲層巖石以增加低滲層的產(chǎn)量。但是，鉆井過程中發(fā)生的地層巖石被壓裂破碎卻可能引起嚴重的問題，甚至可以使油井報廢。當鉆穿異常高壓帶時，鉆井人員必須提高鉆井液的密度以平衡地層流體壓力?？墒?，鉆井液的循環(huán)壓力卻不能大于井眼中最弱的巖層的破裂壓力。對應(yīng)于不同的深度，把一口設(shè)計井的所有的破裂壓力值繪成一幅曲線圖，用來描述破裂壓力梯度。破裂壓力梯度可以：幫助我們確定下技術(shù)套管的深度，確定控制井涌時的最大環(huán)空壓力，實施增產(chǎn)措施時，控制人工破碎儲層的壓力。大多數(shù)情況下，在一個給定的裸眼井中，最軟的巖層往往是位于最后一層套管鞋下面的第一個滲透層。如果鉆井液壓力大于破裂壓力，該巖層就會發(fā)生井漏。井漏的發(fā)生又可能導(dǎo)致在漏失層的下部負壓差的出現(xiàn)，可能引發(fā)井涌或井噴。因此，就限定了有一個極限的深度，即在沒有下入另一層套管的情況下，在異常壓力帶可以鉆達的最大深度。1泄漏試驗（LeakOff Test）地層泄漏試驗是在現(xiàn)場確定裸眼井段允許使用的最大鉆井液密度的一種試驗方法。在新下入套管位置以下鉆入幾米，由鉆井施工人員進行測試。如果在這之下沒有更高滲透率的巖層存在，這部位就是最軟的部位。測試的結(jié)果，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的鉆井液密度，從而確定該層位在不發(fā)生井漏的情況下允許使用的最大的鉆井液密度。作業(yè)公司通常僅在一個新區(qū)的最先打的幾口井才作泄漏試驗。這項測試應(yīng)當在下入套管的堅硬地層以下的第一個孔隙地層里進行。測試包括在地面關(guān)井，然后加壓，至到鉆井液開始注入地層。典型的漏失測試包括如下步驟：(1)下套管固井后，下鉆循環(huán)，試壓，再鉆穿套管鞋，鉆入套管鞋下面新的地層最少３米。(2)起鉆到套管鞋。(3)使鉆頭位于套管鞋深