探井地層壓力預測計算方法
摘要：對地層壓力的計算預測準確與否直接影響探井鉆井工程井控和正常安全施工，因而成為探井的一個技術關鍵。本文對探井地層壓力的預測和計算方法進行了優(yōu)選，建立了綜合的鉆前、隨鉆、及鉆后各環(huán)節(jié)地層壓力計算的分析、對比和校正的模式。
關鍵詞：孔隙壓力、破裂壓力、壓力預測
0 引言
地層壓力預測和檢測是探井施工環(huán)節(jié)中的一個重要內(nèi)容。由于施工區(qū)域附近鄰井資料少，在鉆前因資料不足，探井地層壓力往往不能確定，設計只能依據(jù)地區(qū)的情況估計，即使在鉆進過程中，地層壓力數(shù)據(jù)也很難準確計算。對地層壓力的正確認識能夠為探井的井身結構設計、鉆井液性能設計和鉆井參數(shù)結構設計提供直接依據(jù);對優(yōu)質高效安全鉆井、減少井下事故、保護油氣層、固井、完井作業(yè)等意義也很重大。
對探井來講，壓力數(shù)據(jù)處理的核心問題是預測問題。無論鉆前設計，或者實際施工，都希望對待鉆進地層有充分的估計。除了鄰井資料，真正意義的預測還靠對地震資料的處理。對地震資料的使用，一方面可采用一些直接計算模型方法，另一方面，依靠地震與聲波測井之間的關系，可將聲波測井解釋的結果應用于地震資料處理。在鉆前環(huán)節(jié)，若能夠參考鄰井測井資料的解釋及其與地震資料的對比情況，可對本井地震剖面資料做好解釋;隨鉆過程及鉆后，充分利用已鉆井段測井資料，結合地震資料，重新評價深部待鉆進地層。
1上覆壓力、孔隙壓力的確定
大多數(shù)地層壓力計算技術是有效應力的(上覆壓力—孔隙壓力)的函數(shù)，上覆壓力的計算誤差將會傳播給孔隙壓力、破裂壓力等的計算。上覆壓力一般通過密度測井數(shù)據(jù)的合成來估計，是不能直接測量的。
上覆壓力的計算精確度與所使用的資料及其質量有關。在淺部底層密度通常通過聲波測井來做，因為密度測井在淺層受井壁沖刷影響，甚至不做密度測井。在實際壓力預測過程中，往往難以得到密度測井資料，需要通過地震或聲波測井資料來轉換。式(1)和式(2)是兩個轉換模型，分別針對巖石壓實的情況和巖石未壓實、未膠結的情況上覆壓力：有參考井，通過參考井確定處理模型的有關系數(shù)，如下面的a,b 可以根據(jù)已知的實驗數(shù)據(jù)和密度測井來確定.地震數(shù)據(jù)轉換成密度計算
ρb=a+bΔt(巖石壓實的情況) (1)
(2) (巖石未壓實未膠結的情況)
Δt為地震層速度時差μS/M ρb地層容積密度g/cm3
測井：1密度測井――淺層受井壁沖刷影響，不做密度測井，深層可以.
2聲波測井轉換成密度計算ρb=a+bΔt(巖石壓實的情況)
(巖石未壓實未膠結的情況)
Δt為地聲波時差μS/M ρb地層容積密度g/cm3
孔隙壓力也要依據(jù)不同鉆井階段實際所能獲得的資料情況，選用合適的模型進行計算。
鉆前環(huán)節(jié)，如果有參考井資料，通過處理，確定待施工井各處理模型的有關系數(shù)，比如上面介紹的式(1)和式(2)的系數(shù)就可以通過地震和聲波測井與密度測井資料的擬合來求得。從而可以利用地震資料求取本井的容積密度及上覆壓力。利用地震資料直接計算孔隙壓力。
孔隙壓力的計算模型;
利用地震資料直接計算孔隙壓力可用PHILLIPINO法或轉換為時差用Eaton法
RO視電阻率 RN真電阻率 x Eaton指數(shù)約為1.2 PPN正�？紫秹毫μ荻�
Eaton電阻率法：PP=OBG-(OBG-PPN)(RO / RN)x (3)
Eaton電導率法：PP=OBG-(OBG-PPN)(CN / CO)x (4)
Eaton層速度法：PP=OBG-(OBG-PPN)(VO / VN)x (5)
Eaton聲波法：PP=OBG-(OBG-PPN)(DTN / DTO)x (6)
Eaton “Dc”指數(shù)法：PP=OBG-(OBG-PPN)(DCO / DCN)x (7)
在隨鉆過程中，使用鉆屑密度錄井資料修正鉆前預測容積密度，進而重新計算上覆壓力、孔隙壓力;利用鉆井資料(dc指數(shù)、Sigma錄井資料)隨鉆監(jiān)測孔隙壓力,現(xiàn)場施工中國內(nèi)常用的計算模型為Eaton“Dc”指數(shù)法。如有隨鉆測井資料，進行解釋，確定與區(qū)域相關的相應模型的參系數(shù)(為地震資料預測準備);直接使用密度測井計算上覆壓力，用聲波、電阻(導)率、孔隙度資料計算孔隙壓力。在下部井段鉆進之前，同樣可以利用上部井段已測井解釋的結果，修正容積密度轉換模型及橫波轉換等有關模型的確定聲波與上覆壓力、孔隙壓力計算的關系模式，按修正后的模型計算未鉆進段的上覆壓力、孔隙壓力，這一點對深井和超深井來說十分重要。
一些孔隙壓力預測的模型(聲波、電阻率測井、電導率測井 修正的“dc”指數(shù)的情況)使用了壓實趨勢線。對深探井來說，如何建立準確的壓實趨勢線是關系到后續(xù)計算的關鍵問題。因為隨井深的增加，任何正常趨勢線的偏離都會使孔隙壓力誤差增大。按已知壓力點的資料(井涌、溢流或試壓試油)，對按正常方法建立的壓實趨勢線可以驗證和修正。修正后的趨勢線使孔隙壓力計算結果精確度有了很大程度的提高。在實際現(xiàn)場施工中，針對壓力顯示點的多少我們常常使用三種驗證修正方法。
2破裂壓力計算
破裂壓力的準確計算，不僅依賴上覆壓力、孔隙壓力的準確計算，泊松比、孔隙度、構造應力特性和地層度對其也有直接影響。
在鉆前設計時，如果有參考井資料，即使淺部地層的資料，將非常有助于破裂壓力的確定，據(jù)此可以計算該地區(qū)的一些構造特性參數(shù)及泊松比等。實際上，探井所能參考的井往往極少，甚至沒有，破裂壓力梯度的估計就很困難，因此地質設計通常不提供破裂壓力剖面。鉆井設計中，井身結構的確定往往是借鑒鄰近地區(qū)的資料，或從封隔本井的復雜地層的目的考慮，在實際鉆井后，往往根據(jù)鉆井情況修正原來設計的井身結構。這個階段所依據(jù)的資料只有地震數(shù)據(jù)。上覆壓力梯度、孔隙壓力梯度依據(jù)上面提出的方案計算，破裂壓力梯度的確定方法可使用Eaton法、Matthews和Kelly法等。其中泊松比的確定要依賴地震縱波轉化為橫波(或直接從地震解釋S波)，然后計算�；蛲ㄟ^參考井及本井上部井段計算處理的結果，直接對本井使用回歸出的波松比與井深關系式，用上部井段結果預測下部。有參考井確定該地區(qū)的構造特性參數(shù)與泊松比，這個階段只有地震資料可用利用上面資料的確定完上覆壓力與孔隙壓力后用Eaton法、Matthews法和Kelly法確定破裂壓力。
Eaton法：FG=PP+(OBG-PP)(V/(1-V)) V為泊松比 (8)
Matthews法和Kelly法：FG=PP+(OBG-PP)Ki (9)
Ki為基巖應力系數(shù)
泊松比靠地震縱波轉換為橫波(或直接從地震解釋S波)，通過參考井確定本井，上部確定下部井深與泊松比的關系式，進而確定破裂壓力
在鉆后環(huán)節(jié)，上覆壓力和孔隙壓力又進一步精細化，再加上漏失試驗或室內(nèi)巖石力學實驗分析資料，以及鉆后測井資料的綜合處理(解釋更精確的波松比、孔隙度值)，可用更多相關模型方法進一步計算破裂壓力。
由于多種資料同時存在，計算方法和計算結果可能有所區(qū)別。每種計算模型的計算精度及所依賴的實際測量資料可信度是有區(qū)別的，要分析它們對計算結果的影響;在不能保證某種原始測量資料精確度的情況下，要側重使用其它資料和方法計算。只有大多數(shù)評價方法計算結果取得一致性，才有可能取得較為理想的計算結果。由于破裂壓力計算對上覆壓力和孔隙壓力有依賴性，后兩者在每個鉆井環(huán)節(jié)精確度的提高，也會促進破裂壓力計算精度的提高。因此，破裂壓力的計算過程同其它壓力一樣往往也是不斷反復進行的。
在鉆前、隨鉆和鉆后三個環(huán)節(jié)的破裂壓力計算，是一個貫穿全局，隨獲取資料的增多而逐步提高計算精度的過程，是一個系統(tǒng)運算的過程。在每個環(huán)節(jié)，都要根據(jù)實際資料獲取情況，選用合適模型，對大量實際數(shù)據(jù)進行處理，對比分析處理結果，確定最佳適合模式，或通過數(shù)理統(tǒng)計方法確定預測模型所需的參系數(shù)。因各種分析模式確定的參系數(shù)與所鉆地區(qū)有關，一般來說，鄰井的處理結果指導本井的鉆前設計及未鉆井段的施工，本井上部井段的處理結果指導深部井段的處理。
3結論
對探井的地層壓力預測，要綜合依據(jù)地質、地震、鉆井、測井、測試、漏失破裂試驗及實驗室分析等資料，應用合適的方法在鉆前、隨鉆和鉆后各環(huán)節(jié)可以使之逐步精確化，為鉆井設計和現(xiàn)場錄井地層壓力預測提供依據(jù)。
