徐長(zhǎng)敏 ，王　雷

(1.中法渤海地質(zhì)服務(wù)有限公司，天津 300452；2.中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司，上海 200335)

高溫高壓井的鉆探具有風(fēng)險(xiǎn)大、周期長(zhǎng)、成本高等特點(diǎn)。高溫高壓風(fēng)險(xiǎn)給鉆井作業(yè)帶來(lái)極大挑戰(zhàn)，若處理不當(dāng)，往往造成井涌、井漏、井噴等一系列復(fù)雜的工程問(wèn)題[1]。鉆前地層壓力預(yù)測(cè)主要依據(jù)已鉆井、地震速度以及區(qū)域地質(zhì)情況。由于受地震速度的精度、地質(zhì)條件復(fù)雜程度等條件的影響與制約，鉆前壓力預(yù)測(cè)精度誤差大，很難真實(shí)反映實(shí)際地層壓力變化。為實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、高效鉆探，做好隨鉆地層壓力監(jiān)測(cè)至關(guān)重要[2]。地層壓力預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)的精度成為高溫高壓井鉆探成敗的關(guān)鍵因素。

鶯-瓊盆地是一個(gè)高溫高壓的新生代斷陷盆地，2009年中海油引入了PreVue地層壓力隨鉆監(jiān)測(cè)錄井技術(shù)，開(kāi)展地層壓力隨鉆監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地層壓力變化情況，及時(shí)合理調(diào)整鉆井液性能和井身結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層，防止井下事故的發(fā)生。

1　地質(zhì)背景

鶯-瓊盆地位于南中國(guó)海北部大陸邊緣，屬于歐亞大陸東部邊緣新生代裂谷盆地群中的一個(gè)含油氣盆地，是世界三大海上高溫高壓地區(qū)之一，蘊(yùn)藏著豐富的石油與天然氣資源[2]。鶯-瓊盆地是一個(gè)新生代多幕的裂谷盆地，沉降幅度最大的區(qū)域沉積厚度約為12 000 m，為高壓的孕育奠定了環(huán)境條件與物質(zhì)基礎(chǔ)。古近紀(jì)至新近紀(jì)盆地處于裂陷與拗陷階段，在裂陷階段沉積充填沉降與沉積速率快，形成多套連續(xù)沉積的泥源層。這些泥源層具有埋藏深、厚度大、有機(jī)碳含量高和熱演化程度高等特征。在拗陷階段沒(méi)有發(fā)生大規(guī)模的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，沉積了超過(guò)3 000 m厚的半深海至深海相以泥巖為主的地層。這些特點(diǎn)為高壓生成造就了良好的保存條件[3]。由于該盆地處于歐亞大陸東部邊緣，巖石圈較薄，又是新生代裂陷盆地，具有較高地溫梯度，現(xiàn)今地溫梯度為3.9～4.5 ℃/100m，最高地溫梯度達(dá)5.5 ℃/100m。為高壓創(chuàng)造了溫度條件。因此，泥源巖在不均衡壓實(shí)作用、高溫作用、水熱增壓作、礦物轉(zhuǎn)換、生烴作用以及烴類熱裂解等作用下，形成盆地內(nèi)大規(guī)模的超壓體系[4]。據(jù)鶯-瓊盆地60多口高溫高壓井統(tǒng)計(jì)，井底地層溫度一般為150～240℃，地層壓力一般為1.80～2.30 g/cm3，最高地層壓力達(dá)2.32 g/cm3。

2　PreVue隨鉆地層壓力錄井技術(shù)

地層壓力隨鉆監(jiān)測(cè)技術(shù)是利用鉆井過(guò)程中的實(shí)時(shí)錄井資料或隨鉆測(cè)井資料計(jì)算得到井下的地層壓力數(shù)據(jù)[5]。隨鉆地層壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)多基于對(duì)地層中泥巖壓實(shí)作用的普遍認(rèn)識(shí)，通過(guò)偏離正常壓實(shí)趨勢(shì)線程度的大小來(lái)計(jì)算地層異常壓力的大小，可綜合鉆井工程參數(shù)、巖性、氣體、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)等進(jìn)行定量反映，通過(guò)分析這些數(shù)據(jù)的變化來(lái)描述地層壓力[6]。目前監(jiān)測(cè)地層壓力的方法很多，常用有dc指數(shù)法、伊頓法、Sigma指數(shù)法、巖石強(qiáng)度法、地溫梯度法等。

法國(guó)地質(zhì)服務(wù)公司推出的隨鉆預(yù)監(jiān)測(cè)地層壓力評(píng)價(jià)系統(tǒng)(PreVue)，融合了現(xiàn)階段各種常用地層壓力監(jiān)測(cè)方法和評(píng)價(jià)模式，還可以使用自定義模型進(jìn)行地層壓力分析計(jì)算。目前國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)高壓探井的鉆井作業(yè)多采用該評(píng)價(jià)技術(shù)。

2.1　地層壓力監(jiān)測(cè)關(guān)鍵要素

根據(jù)各個(gè)探區(qū)的地層、地質(zhì)構(gòu)造特征及不同壓力成因，優(yōu)選壓力計(jì)算方法，建立趨勢(shì)線，確定地層壓力梯度系數(shù)，建立地層壓力計(jì)算模型。根據(jù)對(duì)鶯-瓊盆地已鉆高溫高壓井的分析，dc指數(shù)法趨勢(shì)線和伊頓法最適合地層壓力的計(jì)算，誤差值在可接受的范圍之內(nèi)。

2.1.1趨勢(shì)線的確定

收集了鶯-瓊盆地8個(gè)構(gòu)造20口井地質(zhì)、鉆井、測(cè)井、錄井、測(cè)試等方面數(shù)據(jù)，輸入PreVue壓力監(jiān)測(cè)軟件，進(jìn)行方法適應(yīng)性研究，對(duì)比分析以dc指數(shù)為基礎(chǔ)的地層壓力監(jiān)測(cè)方法更適合鶯-瓊盆地。

利用鉆井液密度、鉆頭類型、大小、硬度、進(jìn)尺、轉(zhuǎn)速、鉆頭磨損等方面的數(shù)據(jù)獲得8個(gè)構(gòu)造20口井的校正的dc指數(shù)數(shù)據(jù)，結(jié)合特征參數(shù)等確定dc指數(shù)的正常趨勢(shì)線和砂巖截距，初步計(jì)算地層壓力。再將計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)的MDT或DST進(jìn)行對(duì)比分析，優(yōu)選特征參數(shù)、經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，重新計(jì)算壓力，如此反復(fù)循環(huán)，直至獲得滿意的壓力計(jì)算結(jié)果。

一旦正常趨勢(shì)線確定下來(lái)，其斜率值不輕易改變，校正時(shí)一般通過(guò)綜合地層巖性和巖屑情況、氣體情況等來(lái)判斷下部所鉆地層，適當(dāng)平移正常趨勢(shì)線。表1列出了鶯-瓊盆地8個(gè)構(gòu)造20口井泥巖dc指數(shù)正常趨勢(shì)線的斜率，發(fā)現(xiàn)同一構(gòu)造的dc指數(shù)趨勢(shì)線基本接近，符合沉積成因的規(guī)律。

表1　鶯-瓊盆地dc指數(shù)正常趨勢(shì)線斜率統(tǒng)計(jì)

2.1.2上覆地層壓力的確定

對(duì)于上覆地層壓力的計(jì)算，采用的經(jīng)驗(yàn)公式為：P=Sa(InH)2+Sb(InH)+Sc

式中P為上覆地層壓力梯度；H為深度，m；Sa、Sb、Sc為深度系數(shù)。軟件中提供的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為：Sa=0.013 04，Sb=-0.173 14，Sc=1.433 5。軟件提供的專家經(jīng)驗(yàn)系數(shù)(Sa、Sb、Sc)并不適合所有的地區(qū)和區(qū)域，在鶯-瓊盆地，通過(guò)對(duì)20多口井的鉆井、錄井、測(cè)井、試油等資料，經(jīng)統(tǒng)計(jì)處理后獲得深度系數(shù)Sa、Sb、Sc，利用這些井內(nèi)實(shí)測(cè)的RFT數(shù)據(jù)或DST測(cè)試結(jié)果對(duì)其加以標(biāo)定。獲得鶯-瓊盆地最終深度系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值分別為：Sa′=0.014 52，Sb′=-0.175 31，Sc′=1.471 6，符合鶯-瓊盆地的地層壓力計(jì)算。

2.1.3 地層壓力計(jì)算模型的選擇

通過(guò)對(duì)鶯-瓊盆地50口井上覆壓力的計(jì)算，選擇不同的模型，根據(jù)已鉆井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)伊頓法最適合鶯-瓊地層壓力的計(jì)算，它充分考慮了上覆地層壓力和壓力梯度變化因素，結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確。它的計(jì)算公式為：P=S-(S-Pn)(dcs/dcn)1.2

式中dcs為相對(duì)應(yīng)深度的實(shí)測(cè)dc指數(shù)值；dcn為相對(duì)應(yīng)深度的校正dcs正常趨勢(shì)值；P為地層壓力梯度，MPa/m;S為上覆地層壓力梯度，MPa/m;Pn為正常壓力梯度，MPa/m。

2.2　PreVue地層壓力梯度分析工作流程

PreVue地層壓力梯度分析法主要包括以下6個(gè)步驟：①數(shù)據(jù)錄入：海拔、水深等平臺(tái)基本數(shù)據(jù)及通過(guò)WITS實(shí)時(shí)接受的錄井工程參數(shù)、隨鉆測(cè)井參數(shù)等，PreVue依據(jù)dc指數(shù)、聲波時(shí)差或電阻率等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地層壓力；②正常趨勢(shì)線建立：在預(yù)測(cè)的異常壓力層之上，選擇厚度相對(duì)較大、質(zhì)地較純、成巖性較好的泥巖或頁(yè)巖建立趨勢(shì)線，結(jié)合鉆前同構(gòu)造或相鄰構(gòu)造建立的趨勢(shì)線建立正常趨勢(shì)線；③上覆地層壓力梯度計(jì)算：利用區(qū)域性深度系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值及經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算；④孔隙壓力梯度和破裂壓力梯度的計(jì)算：首選較為成熟的伊頓法，同時(shí)結(jié)合等效深度法、交匯法及自定義孔隙壓力梯度模型計(jì)算和校正；⑤地層壓力校正：通過(guò)地層漏失試驗(yàn)、關(guān)井壓力、上部地層MDT數(shù)據(jù)，結(jié)合單根氣、抽吸氣、后效氣、井壁掉塊、垮塌等現(xiàn)象綜合判斷，對(duì)地層壓力做進(jìn)一步修正；⑥預(yù)測(cè)壓力走勢(shì)：加強(qiáng)橫向?qū)Ρ?，與鄰井及鄰構(gòu)造相同層位壓力進(jìn)行對(duì)比，利用PreVue獨(dú)有的鉆井動(dòng)力系數(shù)計(jì)算公式，對(duì)下部壓力走勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3　PreVue應(yīng)用實(shí)例及效果

PreVue自2009年被引入中國(guó)并應(yīng)用于鶯-瓊盆地高溫高壓井，經(jīng)過(guò)30多口高壓井的應(yīng)用證明該技術(shù)軟件操作簡(jiǎn)捷、監(jiān)測(cè)精度高。下面以鶯歌海盆地中央拗陷北區(qū)DF13井為例，說(shuō)明PreVue技術(shù)的具體應(yīng)用情況。

本井位于鶯歌海盆地中央拗陷北區(qū)，是發(fā)育在更新統(tǒng)底辟塌陷背景上的中層(黃流組一段)巖性圈閉。該井鉆前預(yù)測(cè)地層壓力最大1.92～1.96 g/cm3，井底溫度155℃。鄰區(qū)DF12井、DF14井鉆探均在黃流組一段見(jiàn)到較好天然氣發(fā)現(xiàn)，表明該區(qū)域能在高溫高壓條件下形成氣藏。本井黃流組一段主要目的層Ⅰ、Ⅱ氣組經(jīng)勘探均獲得良好的氣測(cè)顯示。

本井311.2 mm井段(1 300～2 900 m)地層壓力監(jiān)測(cè)主要是采用D指數(shù)結(jié)合地層電阻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)。從監(jiān)測(cè)、分析結(jié)果來(lái)看，本井段1 300～2 260 m屬正常壓實(shí)地層，地層壓力呈現(xiàn)正常趨勢(shì)，壓力變化隨著井深的增加而緩慢增加，從1.06 g/cm3增加至 1.26 g/cm3。本井段2 260～2 900 m地層孔隙壓力總體上呈現(xiàn)逐步上升的趨勢(shì)。從2 388 m至2 550 m表現(xiàn)為緩慢上升，從1.26 g/cm3上升到1.48 g/cm3；爾后自2 550 m至2 650 m保持比較平穩(wěn)的趨勢(shì)，基本上在1.48～1.51的區(qū)間內(nèi)上下變化；從2 650 m至2 850 m又出現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)，從1.51 g/cm3上升到1.60 g/cm3；從2 850 m至井底出現(xiàn)緩慢的下降趨勢(shì)，從1.60 g/cm3下降到1.56 g/cm3。本段監(jiān)測(cè)到的最高孔隙壓力為1.61 g/cm3，在2 834～2 846 m的井段(見(jiàn)圖1)。

本井212.7 mm井段(2 900～3 168 m)首次采用了最新的氣層浮力作用和砂巖點(diǎn)理論，對(duì)地層壓力進(jìn)行校正后，綜合分析得出以下壓力評(píng)價(jià)：按照1.65 g/cm3的壓力系數(shù)劃分標(biāo)準(zhǔn)，本井自2 910 m進(jìn)入高壓地層，整個(gè)212.7 mm井段都在超壓及高壓的地層中鉆進(jìn)。壓力變化情況為自2 900 m至2 975 m壓力表現(xiàn)為較快上升的趨勢(shì)，從1.65 g/cm3上升到1.76 g/cm3；2 976 m鉆遇本井Ⅰ氣組，地層壓力陡升至1.85 g/cm3并隨后緩慢下降，到Ⅰ氣組底部3 010 m的地層壓力為1.79 g/cm3，之后進(jìn)入泥巖段后壓力又緩慢上升，從3 010m至3 070 m，地層壓力從1.79 g/cm3緩慢上升到1.87 g/cm3，3 071 m鉆遇本井Ⅱ氣組，地層壓力陡升至本井最高壓力點(diǎn)1.918 g/cm3并隨后緩慢下降，至Ⅱ氣組底部3 022 m的地層壓力為1.86 g/cm3，最后井底的泥巖段壓力保持在1.85～1.89 g/cm3之間波動(dòng)(見(jiàn)圖1)。

從該井鉆前壓力、泥漿比重、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)合實(shí)鉆數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)比分析，可以得出以下結(jié)論：

(1)在鉆開(kāi)目的層前控制泥漿比重為1.89～1.91 g/cm3，至2 978 m鉆開(kāi)目的層后，錄井氣測(cè)異常明顯，隨鉆壓力工程師計(jì)算的地層壓力為1.84 g/cm3，比預(yù)測(cè)值低0.1 g/cm3左右，鉆后MDT測(cè)壓顯示，真實(shí)地層壓力為1.82 g/cm3，和監(jiān)測(cè)結(jié)果的吻合率為98.90%。

(2)對(duì)該目的層氣組進(jìn)行了壓力校正，最終與MDT資料比較，本井PreVue的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)壓力值Ⅰ氣組比實(shí)際的地層壓力高出0.01 g/cm3，Ⅱ氣組比實(shí)際地層壓力高出0.12 g/cm3。但發(fā)現(xiàn)，Ⅱ氣組未校正前壓力只比實(shí)際地層壓力高出0.03 g/cm3。因此可以根據(jù)壓力差值初步判斷，Ⅱ氣組為差氣層，且不適宜做氣層浮力和砂巖點(diǎn)的校正。

從8口高壓井PreVue地層壓力監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果看(表2)，目的層段隨鉆監(jiān)測(cè)值與實(shí)際測(cè)得值誤差均在5%以內(nèi)。

圖1　DF13井PreVue隨鉆地層壓力

注：(1)壓力值均取目的層最高值；(2)實(shí)測(cè)地層壓力來(lái)自MDT或DST。

4 結(jié)論

(1)作為全球領(lǐng)先的PreVue隨鉆預(yù)監(jiān)測(cè)地層壓力評(píng)價(jià)系統(tǒng)在高壓預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)中能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)地層壓力變化，為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)者提供建議和決策依據(jù)，在高溫高壓井作業(yè)中發(fā)揮了積極作用。

(2)通過(guò)PreVue地層壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)井下的地層壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提前預(yù)判地層的壓力情況，便于做好應(yīng)對(duì)措施，從而實(shí)現(xiàn)更加安全高效地作業(yè)。

(3)鶯-瓊盆地多口井應(yīng)用顯示，該評(píng)價(jià)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)捷，精度高，誤差控制在5%以內(nèi)。