【正文】 表18 壓力預(yù)測與實測數(shù)據(jù)對照表井深層位壓力類別壓力實測值壓力預(yù)測值誤差HⅠHⅠHⅠHⅠHⅠHⅠHⅠHⅠHⅡ2HⅡ2HⅡ3HⅡ5HⅠ
。從圖中可以看出，根據(jù)設(shè)計鉆井液密度進行施工，井徑較為規(guī)則，（）。大11664井未出現(xiàn)井塌、泥包、縮徑復(fù)雜，通過鉆井液密度優(yōu)化工作，保證了本井施工安全，取得了較好的穩(wěn)定井壁效果。 圖116 大11664井身結(jié)構(gòu)圖在鉆井過程中本井采用兩性復(fù)合離子鉆井液體系，全井鉆井液性能參數(shù)如表17所示。表層套管下深主要考慮地表坍塌、總承重、保護水層、壓井施工等因素，本井按下深為170m計算。防侵青二三段未穿頂部為綠灰色泥巖，其下為大段黑灰、灰黑色泥巖、含介形蟲泥巖、含介形蟲粉砂質(zhì)泥巖。姚二三段1511上紫紅、灰、深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖。嫩二段1287大段深灰、黑灰、灰黑色泥巖、含介形蟲泥巖，底部為黑褐色油頁巖。防塌嫩四段黑帝廟油層1042上部為紫紅、灰綠、綠灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與綠灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖呈不等厚互層，中、下部為深灰、灰綠色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖呈不等厚互層。地層三項壓力剖面確定后，根據(jù)井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計軟件對大11664井進行了優(yōu)化設(shè)計，相關(guān)參數(shù)按照經(jīng)驗確定。圖114和圖115是大11664井的地層三項壓力剖面預(yù)測圖。該井的地質(zhì)分層情況見表16。 大11664井大11664井是在新站地區(qū)大415區(qū)塊鉆探的一口開發(fā)井，完鉆井深1600，完鉆層位是qn2+3段。f) 油層套管校核應(yīng)進行壓差卡鉆和溢流條件校核。e) 進一步校核尾管校核尾管下入最大深度是否有卡套管危險，同步驟b)。_表層套管鞋處的允許破裂壓力當量密度。一般情況下，尾管下至即可，也可根據(jù)處的破裂壓力下推尾管的最大下深，公式如下： _h2深度處地層破裂壓力當量鉆井液密度，；rp與地層壓力線交點對應(yīng)的井深即為尾管的最大下深。c) 計算尾管的最大下深若出現(xiàn)壓差卡鉆，按上式重新計算中間套管下深后，還需要解決到的鉆井安全問題。若（或），則中間套管下入假設(shè)點有卡鉆危險。 式中： 鉆井液液柱壓力與地層孔隙壓力之間的壓差，； 套管下入深度假設(shè)點的鉆井液密度，； 假設(shè)點以上最小孔隙壓力當量密度，； 最小孔隙壓力點深度。4） 套管層次及下深設(shè)計方法和步驟設(shè)計的方法和步驟如下:a) 利用壓力剖面上最大孔隙壓力梯度或最大坍塌壓力梯度求中間套管下入深度假設(shè)點。該井段鉆進和下套管時的最大靜壓差為: 式中：裸眼段井內(nèi)實際的最大靜壓差，； 該井段內(nèi)砂巖層最小地層壓力當量密度，； 所在地層的垂深。壓井時井內(nèi)壓力增高值以當量密度表示為，則發(fā)生井涌關(guān)井時最大井內(nèi)壓力當量密度為: 上式只適用于發(fā)生井涌時最大地層孔隙壓力所在垂深的井底處，而對任意井深為處則: （3）套管預(yù)選下深正常鉆進時避免套管鞋漏失，求出套管預(yù)選下深 ： （4）套管預(yù)選下深井涌壓井不壓漏地層，求出套管預(yù)選下深 (主要對有井涌風(fēng)險的淺層套管)： 式中：， 、深度處破裂壓力當量鉆井液密度，； 最大孔隙壓力當量鉆井液密度處的垂深()。a) 正常作業(yè)情況最大井內(nèi)壓力梯度發(fā)生在下放鉆柱時，由于產(chǎn)生激動壓力而使井內(nèi)壓力升高: 式中： 下鉆時井內(nèi)最大壓力當量鉆井液密度，； 同地區(qū)直井所選用的激動壓力當量鉆井液密度，；待確定套管的套管鞋處的測深和垂深。實際最大鉆井液密度取以上兩式的最大值?？紤]地層孔隙壓力，最大鉆井液密度為： 式中: 某層套管段在鉆進中所用最大鉆井液密度 ，； 該井段中的最大孔隙壓力當量鉆井液密度 ，；
該井段最大孔隙壓力處的測深 ，； 該井段最大孔隙壓力處的垂深，； 同地區(qū)直井所選用的抽汲壓力當量鉆井液密度。f) 在采用欠平衡鉆井時，為了維持上部井眼的穩(wěn)定性，通常將技術(shù)套管下至產(chǎn)層頂部。e) 表層套管的下入深度要滿足政府有關(guān)的法律法規(guī)，重視環(huán)境保護工作。泥頁巖層防塌需要的鉆井液密度較高，這與保護產(chǎn)層需要較低鉆井液密度產(chǎn)生了矛盾，按壓力剖面進行設(shè)計的結(jié)果可能沒有充分考慮到低壓油氣層防污染的需要或不能有效地解決鉆井液密度選擇的矛盾。b) 一般情況下，地層破裂壓力剖面沒有包括裂縫溶洞型、破裂帶地層、不整合面型漏失，當鉆至這些層位時，鉆井液液柱壓力稍大于地層破裂壓力即發(fā)生井漏，另外淺部疏松地層的地層破裂壓力預(yù)測方法還不完善，也應(yīng)以必封點的形式考慮。（3） 必封點 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計除以地層三項壓力剖面為依據(jù)外，還需考慮影響井眼穩(wěn)定的其它若干因素，我們把這些因素以必封點的形式引入井身結(jié)構(gòu)設(shè)計中，主要的必封點有:a) 易坍塌頁巖層、塑性泥巖層、鹽膏層等。在傾斜井眼中，由于鉆具傾向于與井壁接觸，壓差卡鉆事故更易發(fā)生。若下套管過程中出現(xiàn)卡套管事故，會導(dǎo)致已鉆成的井眼無法進行完井作業(yè)。美國取 ；我國石油天然氣行業(yè)標準井身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中規(guī)定井涌余量一般取。表示井涌的風(fēng)險程度，根據(jù)預(yù)計的最大井涌地層的壓力與鉆井液密度的差別來確定，該值也取決于現(xiàn)場控制井涌的能力，設(shè)備技術(shù)條件較好時可取低值。直井中美國取=，我國石油天然氣行業(yè)標準井身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中規(guī)定地層破裂壓力安全系數(shù) 一般取。 石油天然氣行業(yè)標準井身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中規(guī)定抽汲壓力系數(shù)和激動壓力系數(shù) 一般取。與鉆井工程有關(guān)的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計系數(shù)主要有：a) 抽汲壓力系數(shù)和激動壓力系數(shù)鉆井過程中，起下鉆或下套管作業(yè)時將在井眼內(nèi)產(chǎn)生波動壓力，即下放管柱產(chǎn)生激動壓力，上提管柱產(chǎn)生抽汲壓力。（2） 鉆井工藝類數(shù)據(jù)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與鉆井工藝水平有著密切的關(guān)系。2） 套管層次及下深確定所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（1）地質(zhì)方面的資料a) 巖性剖面及其故障提示 應(yīng)廣泛收集鄰井的鉆井資料，包括漏失試驗數(shù)據(jù)、重復(fù)地層測試數(shù)據(jù)；鉆進中井眼情況，尤其是井漏、井塌、縮徑、卡鉆等；鉆井總結(jié)報告；地層巖石物性(滲透率、孔隙度、膠結(jié)情況)；產(chǎn)層開發(fā)情況等。井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計主要是確定套管的下入層次和下入深度，即確定共需下入幾層套管及每層套管下至的深度。以往井身結(jié)構(gòu)設(shè)計是以地層孔隙壓力和破裂壓力為依據(jù)，沒有考慮地層坍塌壓力的影響。它不僅關(guān)系到鉆井施工的安全，而且還關(guān)系到這口井的鉆井經(jīng)濟效益。3) 符合率的選擇：根據(jù)地區(qū)實際情況選擇符合率，如符合率為85%即表示推薦鉆井液密度能保持85的層位不發(fā)生坍塌；如符合率為100即表示推薦鉆井液密度能保持每個層位均不發(fā)生坍塌。采取如下原則推薦鉆井液密度：1) 當孔隙壓力當量鉆井液密度＋≥坍塌壓力當量鉆井液密度時，鉆井液密度按孔隙壓力當量鉆井液密度＋。為此我們提出了符合率的概念，使得大多數(shù)地層保持穩(wěn)定。根據(jù)已鉆井的地層三項壓力，利用上述原理直接外推出待鉆井地層三項壓力剖面。 圖113 函數(shù)外推示意圖3） 測井資料外推法測井資料法的待鉆井壓力預(yù)測是先根據(jù)已鉆井測井資料外推出待鉆井的測井資料，然后再利用本軟件分步計算出待鉆井的地層三項壓力剖面。然后根據(jù)線性插值原理，利用的規(guī)律外推出的規(guī)律，如圖113所示。函數(shù)的分布規(guī)律已知，根據(jù)上述分析，和具有相同的分布特征，問題是如何確定的具體分布規(guī)律。這樣待鉆井性質(zhì)的外推就變成了函數(shù)之間的映射關(guān)系。2）外推的基本原理由于地層沉積在空間分布的不均勻性，使得同一地層在不同井位處的埋深和厚度存在差別。本軟件提供了兩種預(yù)測方法，一是根據(jù)已鉆井的測井資料外推待鉆井的測井資料，然后再利用三項壓力預(yù)測軟件計算待鉆井的三項壓力剖面。若在此井附近有一口待鉆井，如果每個層位的性質(zhì)在區(qū)塊內(nèi)橫向分布均勻，可直接利用已鉆井的三項壓力剖面作為待鉆井的壓力剖面。 地層三項壓力應(yīng)用技術(shù) 地層三項壓力外推技術(shù) 1） 概述對于已鉆井，利用測井資料和鉆井、試油數(shù)據(jù)可以計算出地層的三項壓力剖面。aabb4 為實驗常數(shù)根據(jù)動靜態(tài)相關(guān)關(guān)系，利用測井資料可間接確定出地層的力學(xué)性質(zhì)參數(shù)。據(jù)此建立巖石動態(tài)參數(shù)與靜態(tài)參數(shù)的轉(zhuǎn)換模型。地層三項壓力計算模型用的是靜態(tài)力學(xué)參數(shù)，通過巖石力學(xué)性能實驗可以把動態(tài)力學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)換成靜態(tài)力學(xué)參數(shù)， 利用巖石力學(xué)伺服控制三軸實驗系統(tǒng)對40塊巖心進行了多種力學(xué)參數(shù)的測定工作。巖石的強度不僅與其組成、結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且與鉆井液對巖石的物理化學(xué)作用密切相關(guān)。 通過彈性力學(xué)公式推導(dǎo)，可得出水平地應(yīng)力的表達式： （626）式中稱做構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)，通過破裂壓力試驗確定。s s 圖18 構(gòu)造運動示意圖本項研究使用了組合彈簧模型來描述地層的水平地應(yīng)力，如圖18所示。一般認為水平地應(yīng)力最準確的確定方法是水力壓裂法，但是水力壓裂法只能給出試驗層位的水平地應(yīng)力數(shù)值。上覆巖層壓力的確定由密度測井數(shù)據(jù)積分得出： （625）水平地應(yīng)力主要由上覆巖層壓力的泊松效應(yīng)和構(gòu)造應(yīng)力兩部分組成。 原地應(yīng)力的確定 地應(yīng)力是計算地層坍塌壓力、破裂壓力的基礎(chǔ)。具體做法如下：取厚度大于3m的純泥巖段作為分析對象，對聲波時差取自然對數(shù)，建立井深—聲波時差對數(shù)數(shù)據(jù)文件。在聲波時差法地層孔隙壓力預(yù)測過程中，首先要確定正常趨勢線。為了消除巖性對聲波時差變化的影響，在孔隙壓力預(yù)測過程中，只選用純泥巖地層。根據(jù)多孔隙介質(zhì)理論，有效應(yīng)力系數(shù)的表達式如下： (622) 式中：_巖石的體積彈性模量,；_巖石骨架的體積彈性模量,。 (621) 有效應(yīng)力系數(shù)根據(jù)Biot理論，由于巖石中的孔隙并不是完全連通的，使得孔隙壓力的傳遞受到阻礙。左右，因此取為常數(shù)30176。 地層強度參數(shù)抗壓強度： (618)式中：_為泥質(zhì)含量，在01之間。 動態(tài)彈性模量與靜態(tài)彈性模量之間的線性關(guān)系為： (616) 式中、為常數(shù)，與泥質(zhì)含量、應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。但是，在一般情況下巖石并不是均質(zhì)各向同性彈性材料，內(nèi)部存在著孔隙、裂隙、節(jié)理、層理等結(jié)構(gòu)面，使得用上面公式確定的力學(xué)參數(shù)與室內(nèi)實驗值之間存在差異。巖石力學(xué)工作者進行了大量的探索工作，發(fā)現(xiàn)巖石的聲學(xué)性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)間具有很好的相關(guān)性，這樣利用測井數(shù)據(jù)就可以間接地連續(xù)確定巖石的力學(xué)參數(shù)。二是間接法，由測井數(shù)據(jù)間接獲取地層的力學(xué)參數(shù)，優(yōu)點是數(shù)據(jù)獲取容易，可以計算出任意深度地層的壓力，即可獲取地層的壓力剖面。這些參數(shù)的確定方法有兩種：一是直接法，通過室內(nèi)實驗直接確定。 （610）若研究層位的聲波時差落在正常趨勢線上，即為正常地層壓力；若偏離正常趨勢線，為異常地層壓力，表達式為: （611）式中：_地層孔隙壓力當量鉆井液密度，；_上覆巖層壓力當量鉆井液密度，；_地層水靜水柱壓力當量鉆井液密度，； _正常趨勢線上的聲波時差，；_實際的聲波時差，；_地區(qū)指數(shù)。出現(xiàn)異常高壓后，聲波時差隨埋深增加的規(guī)律被打破，出現(xiàn)高聲波時差現(xiàn)象。本項目采用聲波時差測井資料分析法預(yù)測地層孔隙壓力。 地層孔隙壓力表達式地層孔隙壓力預(yù)測方法可分為三大類：地震資料分析法、測井資料分析法和鉆井資料分析法。對于任意井眼條件，將（65）、(66)、(67)代入(64)式，可求出地層破裂壓力的表達式： (69)方程（69）在0～180176。之間選擇圓周角，求解井眼液柱壓力最大值，即為保持井眼穩(wěn)定的井眼液柱壓力下限—坍塌壓力。將(65)、（66）、（67）式代入(63)式可得坍塌壓力的表達式： (68)其中： 方程（68）中包含兩個變量:井眼液柱壓力和圓周角。在斜井眼條件下計算坍塌壓力, 首先由(65)式求出井壁上的三個主應(yīng)力分量：(65)將井壁上任一點的應(yīng)力狀態(tài)表達式(22)簡化為： (66) 式中： 考慮地層的有效應(yīng)力效應(yīng)，有： (67) 式中： _作用在巖石上的總應(yīng)力，； _作用在巖石上的有效應(yīng)力，； _有效應(yīng)力系數(shù)； _地層孔隙壓力。 地層三