【正文】 地層壓力預(yù)測技術(shù)第一章 大慶油田的地質(zhì)特點(diǎn)大慶油田位于松遼盆地北部，其儲油層屬于內(nèi)陸湖盆地葉狀復(fù)合三角洲沉積，是一個大型的多層砂巖油田，共有三套含油組合，即上部黑帝廟、中部薩葡高和下部扶楊含油組合。由于湖盆頻繁而廣泛的變化，形成了泛濫平原、分流平原、三角洲內(nèi)外前緣等不同的沉積相帶，在薩爾圖、葡萄花、高臺子含油層段內(nèi)，由于不同的沉積時期和不同的沉積環(huán)境，又形成了不同類型的沉積砂體和沉積旋回，因此造成其平面上和垂向上的嚴(yán)重非均質(zhì)性。由于這種特定的內(nèi)陸湖相沉積環(huán)境，構(gòu)成了大慶油田的許多基本特點(diǎn)。一是油層多，含油井段長，儲量豐度高。薩爾圖、葡萄花、高臺子油層組，約有49~130多個單層，含油井段幾十米到幾百米，每平方公里的儲量從幾十萬噸到幾百萬噸不等。二是油層厚度大，差異也大，一般1m~3m，最大單層厚度可達(dá)10m~13m。三是滲透率差異大，,最高達(dá)5μm2。在縱向剖面上，形成了砂巖與泥巖，厚層與薄層，高滲透層與低滲透層交錯分布的復(fù)雜情況。第二章 淺氣層分布規(guī)律及下表層原則 淺氣層的分布規(guī)律淺氣層在大慶油田尤其是大慶油田長垣北部的喇、薩、杏油田具有廣泛的分布。在構(gòu)造軸部的嫩二段頂部粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖層，嫩三段的粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖層，嫩四段的細(xì)砂巖及粉砂巖層，只要具備以下三條件，就能形成淺氣層（在外圍就是黑帝廟油層）。1）m，自然電位3mv的砂巖。2）該砂巖必須在一定海拔深度以上才能形成氣層。3) 同時形成一定的局部構(gòu)造圈閉及斷層遮擋條件（即斷層斷裂后相對隆起的下盤被斷層遮擋），有利于淺氣層的聚集。，薩爾圖、杏樹崗油田淺氣含氣范圍見表11，喇嘛甸油田淺氣含氣范圍見表12。圖11 淺氣層分區(qū)示意圖表11 薩爾圖、杏樹崗油田淺氣層分布及防噴地質(zhì)要求淺層含氣區(qū)名稱含 氣 區(qū) 范 圍表層套管下深(m)鉆井液密度(g/cm3)南三區(qū)以北地區(qū)南四區(qū)～杏三區(qū)杏四區(qū)～太１５井嫩二段海拔頂部深度 (m)相當(dāng)嫩二段頂部深度 (m)嫩二段海拔頂部深度 (m）相當(dāng)頂部嫩二段深度 (m)嫩二段海拔頂部深度（m)相當(dāng)頂部嫩二段深度 (m)開鉆起鉆主要高壓區(qū)280以上430以上395以上540以上400以上540以上100|高壓區(qū)280|320430|470395|415540|560400|420540|560100|主要含氣區(qū)320|360470|510415|455560|600420|440560|580100|表12 喇嘛甸油田淺氣層分布及防噴地質(zhì)要求淺層含氣區(qū)名稱含 氣 區(qū) 范 圍表層套管下深(m)鉆井液密度(g/cm3)喇嘛甸油田嫩二段頂部海拔深度(m)相當(dāng)嫩二段頂部深度(m)開鉆起鉆主要高壓區(qū)450以上600以上100|高壓區(qū)450|480600|630100|主要含氣區(qū)480|510630|660100|儲集在各儲集層的淺氣層的產(chǎn)狀有很大的差別，嫩二段頂部砂巖的淺氣層產(chǎn)狀以純氣層為主，而嫩三段、嫩四段砂巖中的淺氣層則以氣水同層為主，在鉆井過程中，如果不采取防范措施或采取措施不當(dāng)，極易發(fā)生氣浸、井涌、井噴甚至井噴失控等復(fù)雜情況，重者造成鉆機(jī)陷入地下，固后管外噴冒而報廢井，輕者套管外冒氣、冒水而影響油水井投產(chǎn)，使企業(yè)、國家蒙受重大經(jīng)濟(jì)損失，地下資源遭到人為破壞，環(huán)境遭受嚴(yán)重污染，人民群眾生命受到嚴(yán)重威協(xié)，因此必須引起足夠的重視。 下表層的原則 下表層裝防噴器是防噴的基礎(chǔ)技術(shù)措施，是二次井控的必備條件，根據(jù)中國石油天然氣集團(tuán)公司的《石油與天然氣鉆井井控規(guī)定》，結(jié)合大慶油田鉆井生產(chǎn)實(shí)際，于2003年2月制定了《大慶油田井控技術(shù)管理實(shí)施細(xì)則》。細(xì)則規(guī)定凡屬下列情況之一者，必須下表層裝防噴器。1）新區(qū)第一口探井；2）深層及外圍探井；3）探氣井和開發(fā)氣井；4）其它預(yù)探井；5）有淺氣層地區(qū)的開發(fā)井、調(diào)整井；6）、開發(fā)井；7）位于居民區(qū)的調(diào)整井、開發(fā)井；8）在鐵路、公路干線、主要工業(yè)及民用建筑物100m范圍以內(nèi)的調(diào)整井、開發(fā)井；9）特殊作業(yè)或試驗井。第三章 鉆井前降低地層壓力的方法近年來，油藏評價鉆井在長垣內(nèi)部調(diào)整井區(qū)內(nèi)加深鉆探扶楊油層的井越來越多，由于中部薩葡高含油組合注水開發(fā)，給尚處于原始狀態(tài)的扶楊油層鉆井帶來了很大難度。鉆井前，若能把中部薩葡高含油組合的高壓層的壓力降下來，使用較低的鉆井液密度鉆井，既可以減少對油層的污染，也可以有效地減少鉆井中井噴、井漏和卡鉆等復(fù)雜情況發(fā)生，這對提高固井質(zhì)量也有一定的好處，同時還可以降低鉆井成本，提高鉆井速度。因此研究鉆井前降壓方法，也是鉆井中很重要的一項技術(shù)工作。老區(qū)加深鉆探實(shí)際上相當(dāng)于中部薩葡高含油組合鉆調(diào)整井，因此介紹幾種調(diào)整井降壓方法。 分區(qū)塊提前降壓鉆調(diào)整井應(yīng)是一個區(qū)塊一個區(qū)塊進(jìn)行，以便給分區(qū)塊提前降壓創(chuàng)造條件。1）降低注水井的注水泵壓注水開發(fā)的油田，油層壓力的來源是注水井長期注水，在鉆調(diào)整井前，有目的的把注水泵壓相對降低一些，注水量就減少了，地層壓力也就會降低一些。2）采油井加大日產(chǎn)液量在同樣長的時間里，采出較多的液量，是有利于降低地層壓力的。3）采油井打開堵水層堵水層一般是高壓層，鉆調(diào)整井之前，打開堵水層，使采油井對其采液，就可以降低堵水層的壓力。4）對套管錯斷的注水井放溢流對應(yīng)在套管錯斷層位的高壓層，通過套斷注水井放溢流，可以很快的把地層壓力降下來。5）對采油井高壓層射孔后采液有些套斷的注水井，井筒內(nèi)被巖石碎塊等雜物堵死，不能放溢流，為了把套斷層位對應(yīng)的高壓層的地層孔隙壓力降下來，在采油井上，對準(zhǔn)套斷層位進(jìn)行射孔后采液，也可以起到降壓作用。 注水井控制注水量它適用于注水層位單一、吸水層單層厚度大、分布面廣、滲透率高而且注采平衡的層。如大慶的喇嘛甸油田，注P1組油層的注水井，就可以采用控注的辦法，在短時間內(nèi)局部降低注水井附近區(qū)域的地層壓力，以滿足鉆調(diào)整井的需要。 注水井關(guān)井停止注水或停止注水并放溢流 大慶油田老區(qū)調(diào)整初期~1995年基本執(zhí)行：鉆關(guān)距離600m，開鉆前，；300m－ 。1995年開始，陸續(xù)在不同區(qū)塊進(jìn)行了鉆關(guān)現(xiàn)場試驗，在老區(qū)鉆關(guān)距離基本控制在450 m范圍內(nèi)，即開鉆前，300 ；300m－。當(dāng)然，對不同區(qū)塊、不同層位的注水井鉆關(guān)方案差別也較大。 鉆泄壓井對高壓層進(jìn)行泄壓 在油、水井成片的套管損壞區(qū)內(nèi)，套損的注水井和采油井，對套損層位的高壓層，都不能降壓時，就必須有目的鉆一些泄壓井。而后射開套損層位的高壓層，以達(dá)到降壓的目的。第四章 地層壓力與固井質(zhì)量的關(guān)系大慶油田已進(jìn)入高含水后期開采,其二、三次加密調(diào)整方案已經(jīng)陸續(xù)展開。隨著油田開發(fā)的不斷調(diào)整,井網(wǎng)越來越密,不同的開發(fā)層系,幾套開發(fā)井網(wǎng)相互作用,使儲層的地層壓力在平面上和縱向上分布更加復(fù)雜,沿用采油廠提供的籠統(tǒng)的靜壓值來指導(dǎo)調(diào)整井鉆井工作已不能滿足需要。第一,目前影響固井質(zhì)量的主要地質(zhì)因素之一是單層高壓,而籠統(tǒng)的靜壓不能反映單層的壓力。第二,就1口井而言,籠統(tǒng)的靜壓,是高壓層、欠壓層、常壓層的平均值,因此它低于高壓層的壓力。第三,高壓層壓力和靜壓值之間相差多少,不是一個定值,光憑經(jīng)驗,在靜壓值上加上一個差值就等于高壓層的壓力,盲目性太大。第四,高壓層都是注多采少或光注不采的憋壓層,在平面上無規(guī)律可言,但在鉆井之前,如果不弄清楚,會給鉆井和固井造成影響,因此,應(yīng)當(dāng)研究小層的壓力與固井質(zhì)量的關(guān)系,確定合理的套管下深和井身結(jié)構(gòu),制定合理的固井設(shè)計和施工方案,從而確定合理的固井液密度,以確保調(diào)整井的固井質(zhì)量。 鉆井液密度的確定平衡壓力鉆井中鉆井液密度的確定，以地層孔隙壓力當(dāng)量鉆井液密度為基數(shù)，再增加一個安全附加值。選擇附加值時要考慮地層孔隙壓力預(yù)測精度、地層破裂壓力、地層坍塌壓力、H2S含量和井控設(shè)備配套情況，附加值按以下兩種原則之一確定（欠平衡井或其他特殊井執(zhí)行鉆井工程設(shè)計給定的附加值）。1) g/cm3~， g/cm3~。2) MPa~， MPa~。 地層壓力與固井質(zhì)量的關(guān)系利用模擬裝置進(jìn)行了室內(nèi)試驗研究,如圖12所示,試驗裝置主要由外套、模擬巖心、環(huán)空(水泥環(huán))、套管、聲幅儀、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等部分組成。圖12 室內(nèi)模擬裝置圖地層壓力對固井質(zhì)量的影響表現(xiàn)在兩個方面:一個是環(huán)空壓差,即液柱壓力與地層壓力之差值。另一個是層間壓差,即高壓層與低壓層之間孔隙流體壓力的差值。大慶油田由于長期的注水開發(fā),地下已形成高壓層、常壓層、低壓層等并存的多壓力層系。在固井過程中,不同地層的孔隙壓力與液柱壓力之差值不同(即環(huán)空壓差不同),環(huán)空壓差的變化反映了地層壓力的變化。在模擬裝置上,進(jìn)行了不同環(huán)空壓差下水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量室內(nèi)試驗,試驗條件:地層狀態(tài)為鋼壁+325目篩網(wǎng)+60目篩網(wǎng)；水泥漿為哈爾濱A級水泥,。養(yǎng)護(hù)條件為45℃水浴養(yǎng)護(hù)；濾餅情況為憋壓2h2MPa,浸泡24h,厚度2mm~3mm。結(jié)果見圖13。圖13 環(huán)空壓差與固井質(zhì)量關(guān)系圖由圖13可見,液柱壓力和地層壓力的壓差在1MPa~8MPa之間,固井聲幅檢測其幅度值小于5%。(相當(dāng)于低壓層固井)時,A級水泥原漿的水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量的聲幅值將大于10％。(相當(dāng)于高壓層固井)時，水泥漿在固井過程中將不能阻止地層流體的侵入,地層流體將侵入環(huán)空,引起聲幅值的升高或二界面的竄槽,從而破壞環(huán)空的膠結(jié)質(zhì)量。在鉆井固井生產(chǎn)過程中，地層壓力對水泥漿膠結(jié)質(zhì)量的影響可以分為下列2種情況：一是高壓層的固井(相當(dāng)于室內(nèi)試驗的環(huán)空低壓差 MPa，二是低壓層固井(相當(dāng)于室內(nèi)試驗的環(huán)空高壓差)。高壓層固井地質(zhì)因素對水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量的影響機(jī)理是:高壓層固井時地層壓力較高，環(huán)空壓差較小，水泥漿在凝固過程中水泥顆粒餃合強(qiáng)度的發(fā)展引起環(huán)空阻滲能力的降低。當(dāng)環(huán)空阻滲能力降至低于地層侵入能力,而水泥石孔隙毛細(xì)管力的發(fā)展不能補(bǔ)償環(huán)空阻滲能力的降低時，地層流體侵入環(huán)空，破壞水泥環(huán)的膠結(jié)質(zhì)量，引起二界面的竄槽甚至空套管。取環(huán)空壓差試驗的水泥環(huán)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。通過礦相分析可知，環(huán)空壓差，~ MPa形成的水泥石相比，水泥顆粒膠結(jié)疏松，孔隙度較大，膠結(jié)物(主要是氫氧鈣石)不發(fā)育，水泥顆粒之間的膠結(jié)作用減弱，氫氧鈣石在孔隙中自形發(fā)育，水泥石的滲透率和孔隙度較高，毛細(xì)管力較小，水泥石的膠結(jié)質(zhì)量較差。所以高壓層固井時必須保證環(huán)空壓差大于1MPa，以防止地層流體在水泥漿候凝過程中侵入環(huán)空。低壓層固井地質(zhì)因素對水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量的影響機(jī)理是:低壓層由于地層壓力較低，環(huán)空壓差較高，水泥漿的阻滲能力明顯增大，結(jié)果造成水泥漿的濾失。由室內(nèi)試驗，取高壓差下水泥漿失水后形成的水泥石進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)礦相分析可知，高壓失水后形成的水泥石水化顆粒堆積，水化產(chǎn)物不發(fā)育，水泥顆粒自形程度較高，膠結(jié)物氫氧鈣石含量較少，顆粒間的餃合強(qiáng)度低。失水后形成的水泥石再放入水浴中養(yǎng)護(hù)，由礦相分析可見，水泥顆粒繼續(xù)水化，顆粒間膠結(jié)作用增強(qiáng)，水化產(chǎn)物進(jìn)一步發(fā)育，導(dǎo)致水泥石處于高應(yīng)力場中，在應(yīng)力集中處水泥顆粒間原有的膠結(jié)結(jié)構(gòu)被破壞，局部可見微裂縫。故當(dāng)水泥漿的濾失量達(dá)到水泥漿體積的13%時，水泥顆粒堆積，環(huán)空水泥漿的容積變小，相互膠結(jié)很快形成結(jié)構(gòu)，環(huán)空中水泥石具有一定的顆粒餃合強(qiáng)度，環(huán)空的阻滲能力降低，環(huán)空中的水泥漿濾失將減弱乃至停止。由于液柱中自由水的補(bǔ)給，已形成結(jié)構(gòu)的水泥顆粒將進(jìn)一步水化，水泥顆粒逐漸長大，導(dǎo)致水泥石處于高應(yīng)力場中，當(dāng)應(yīng)力足夠大時，原有的水泥石結(jié)構(gòu)受到破壞，水泥顆粒餃合強(qiáng)度降低，環(huán)空的阻滲能力增大，水泥漿繼續(xù)濾失，水泥顆粒又膠結(jié)，形成一定的膠結(jié)結(jié)構(gòu)。自由水的補(bǔ)給造成水泥顆粒繼續(xù)水化，水泥石又處于高應(yīng)力場中，水泥石結(jié)構(gòu)又遭坡壞，結(jié)果造成低壓層在水泥漿凝固過程中環(huán)空阻滲能力的波動，水泥石的膠結(jié)質(zhì)量受到破壞，從而影響固井質(zhì)量。 多壓力層系固井液密度的一種計算方法水泥漿失重是由于水泥在膠凝時，產(chǎn)生返壁懸掛，質(zhì)點(diǎn)沉落，阻止了水泥漿液柱壓力的有效傳遞，以及水泥在水化過程中的收縮和吸水等原因造成的。固井時，；而在計算固井液密度時，常規(guī)水泥漿失重值均按1g/cm3 計算。對于高壓層埋藏較深的井，由于水泥漿失重段長，計算的固井液密度值一般過高，而在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用時，這不僅增加重晶石粉用量，浪費(fèi)成本，而且高密度固井液易導(dǎo)致井漏發(fā)生，污染油層，增加了施工難度。為此，在分析研究現(xiàn)場數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出水泥漿失重值與水泥漿段長之間關(guān)系式，從而,為現(xiàn)場施工提供技術(shù)支持。 常規(guī)固井液密度的計算現(xiàn)場采用的固井液密度是按1g/cm3計算，并在平衡密度的基礎(chǔ)上增加一定的數(shù)值，用此來補(bǔ)加水泥漿失重時的液柱壓力的降低。固井時的安全壓差（液柱壓力與地層壓力之間的差值）~，其計算式為：P1={[H（h1+h2）] R1+h1R2+h2R3}/102 （1）P2= HR4/102 （2）ΔP= P1P2 （3）可以導(dǎo)出R1= [102ΔP +HR4h1R2h2R3]/[H（h1+h2）]（4）式中：P1為地面到高壓層頂?shù)囊褐鶋毫Pa； h2為高壓層頂距水泥面之間的差值m；P2為高壓層的地層壓力MPa；R2為隔離液密度g/cm3；H為高壓層頂深m；R3為水泥漿失重值g/cm3。h1為隔離液高度m；R4為地層壓力因數(shù)（平衡密度）g/cm3；R1為固井液密度g/cm3；ΔP為安全壓差MPa。