摘要：在油氣鉆探過程中，地層壓力預(yù)測是一項(xiàng)十分關(guān)鍵的基礎(chǔ)工作。特別是對于科學(xué)探索井，精確的地層壓力預(yù)測能夠?yàn)殂@井液密度選擇、鉆井參數(shù)優(yōu)化和井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。針對渤中8-4-2科探井的地震資料，以及周邊區(qū)塊已鉆井的地質(zhì)、地震、鉆井、測井、測試等資料分析，得出了科探井地層孔隙壓力、破裂壓力和坍塌壓力剖面，建立了合理的鉆井液安全密度窗口。

關(guān)鍵詞：科探井；地層壓力；預(yù)測；計(jì)算模型

科學(xué)探索井的壓力預(yù)測與常規(guī)井不同，由于科學(xué)探索井存在測井資料未知的現(xiàn)象，地層孔隙壓力只能采用地震資料，依據(jù)地震速度譜數(shù)據(jù)預(yù)測；而地層破裂壓力，因鉆前資料不足， 往往依據(jù)鄰井的資料進(jìn)行估計(jì)，此外，單純應(yīng)用某一種方法有時(shí)無法準(zhǔn)確預(yù)測出地層壓力，需要用多種方法進(jìn)行綜合分析和解釋，將多種數(shù)據(jù)資料結(jié)合起來，通過一個(gè)綜合數(shù)據(jù)處理途徑，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫數(shù)學(xué)物理方法等技術(shù)對待鉆地層進(jìn)行預(yù)測。

1 科探井壓力預(yù)測方法

由于科探井的無測井資料，無法直接利用測井資料進(jìn)行壓力預(yù)測，只能利用地震資料分析法，將地震速度譜解釋得到地震層速度。由于地震層速度的倒數(shù)即為聲波時(shí)差，從而可以應(yīng)用最為廣泛的聲波時(shí)差法計(jì)算地層孔隙壓力。對于渤?？铺骄?，首先主要依據(jù)地震資料對該科探井的孔隙壓力、破裂壓力以及坍塌壓力進(jìn)行計(jì)算模式理論分析和研究，建立地層壓力剖面，再結(jié)合科探井鄰近圍區(qū)井史資料，對壓力預(yù)測結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證，并對計(jì)算模型進(jìn)行修正和優(yōu)化，通過綜合分析處理，作出科學(xué)推斷。

科探井隨鉆過程中需進(jìn)行隨鉆監(jiān)測，可通過上部已鉆井段的錄井資料，結(jié)合地震資料，建立巖石抗鉆強(qiáng)度與井底壓差關(guān)系曲線，根據(jù)井下地層巖石抗鉆強(qiáng)度的變化來監(jiān)測地層孔隙壓力的變化，并重新評(píng)價(jià)深部待鉆進(jìn)地層。此外，需要在鉆完上部地層后，根據(jù)二開、三開破裂壓力實(shí)驗(yàn)值對原有破裂壓力計(jì)算模型中構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)進(jìn)行修正，從而提高地層破裂壓力預(yù)測的精確性。

1.1 地層孔隙壓力計(jì)算模型

用地震資料預(yù)測地層孔隙壓力的具體方法是：從速度譜解釋得到疊加速度，把疊加速度轉(zhuǎn)換為均方根速度，再用DIX公式計(jì)算地震層速度，也有的地震資料可以直接給出地震層速度，根據(jù)地震層速度與聲波時(shí)差的倒數(shù)關(guān)系，得到聲波時(shí)差與地層深度的關(guān)系，從而用聲波時(shí)差法計(jì)算地層壓力。使用該方法在地震資料具有較高分辨率的情況下，計(jì)算的層速度準(zhǔn)確性越高。

根據(jù)處理得到的地層聲波時(shí)差資料，采用Eaton法進(jìn)行地層壓力計(jì)算。在計(jì)算時(shí)，正常壓實(shí)井段的選取尤為重要，選取不當(dāng)將會(huì)給正常趨勢線帶來較大誤差，從而影響預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

Eaton法地層壓力計(jì)算模型：

式中 為地層孔隙壓力梯度， ； 為上覆巖層壓力梯度， ； 為地層水密度， ； 為正常壓實(shí)時(shí)的聲波時(shí)差值， ； 為實(shí)測聲波時(shí)差值， ； 為Eaton指數(shù)。

1.2 地層破裂壓力預(yù)測方法

根據(jù)深部巖石力學(xué)理論，在地下一定深度處的地層，其承受液體的壓力是有限的，承擔(dān)流體壓力的地層當(dāng)流體壓力達(dá)到一定的值時(shí)，地層就會(huì)發(fā)生拉伸破壞，此時(shí)的液體壓力即為該地層的破裂壓力。地層破裂壓力是鉆井工程中的一個(gè)重要的參數(shù)，它的大小決定了使用的鉆井液的最大密度。

修正地層破裂壓力計(jì)算方法

式中： 為地層破裂壓力，MPa； 為巖石的泊松比， ，這里取0.25； ，地層構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)，無量綱， 、 水平兩個(gè)主應(yīng)力方向的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)； 為上覆巖層壓力，MPa； 為地層孔隙壓力，MPa， 為有效應(yīng)力系數(shù)，即壓裂過程中地層孔隙壓力對地層破裂壓力的貢獻(xiàn)系數(shù)； ，巖石抗拉強(qiáng)度，MPa。 —地層破裂壓力梯度 ，H為井深，m。

對于新區(qū)的第一口科探井，在沒有地層破裂壓力實(shí)測值得情況下，選取鄰近構(gòu)造的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)值作為參考值預(yù)先進(jìn)行預(yù)測，在鉆完上部地層后，根據(jù)二開、三開破裂壓力試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)值對原有構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)進(jìn)行修正，從而提高地層破裂壓力預(yù)測的精確性。

1.3 地層坍塌壓力預(yù)測方法

根據(jù)剪切破壞準(zhǔn)則可知，當(dāng)井壁圍巖所受的應(yīng)力超過巖石本身的抗剪切強(qiáng)度時(shí)，井壁圍巖就會(huì)發(fā)生剪切破壞，從而造成井壁坍塌。坍塌壓力是鉆井工程中又一重要參數(shù)，它的大小也決定了鉆井液的最小密度，研究地層的坍塌壓力對維持井壁穩(wěn)定、實(shí)現(xiàn)快速鉆進(jìn)具有重要的意義。

坍塌壓力的計(jì)算模型如下：

式中： ，地層坍塌壓力當(dāng)量密度，g/cm3； ，應(yīng)力非線性修正系數(shù)，無量綱； 分別為地應(yīng)力最大水平、最小水平主地應(yīng)力；g/cm3； ， 為內(nèi)摩擦角；度； ，巖石粘聚力，MPa； ，有效應(yīng)力系數(shù)，，無量綱； ，地層孔隙壓力，g/cm3；H，井深，m。

地層的破裂壓力、坍塌壓力對確定安全鉆井液密度窗口具有重要的作用，所以在實(shí)際計(jì)算中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的地層資料進(jìn)行分析計(jì)算，并選擇合適深度的巖心實(shí)驗(yàn)進(jìn)行校正。

2 工程設(shè)計(jì)實(shí)例

渤中凹陷西斜坡位于渤中凹陷西部，北依石臼坨凸起，西鄰沙壘田凸起。而渤中8-4構(gòu)造則是渤中凹陷西斜坡內(nèi)繼承性發(fā)育的洼中隆，斷裂發(fā)育，且緊鄰渤中生烴洼陷，油源充足，為油氣運(yùn)移的有利指向區(qū)，成藏條件優(yōu)越，水深約26.0m。

根據(jù)鄰井的測井、錄井資料及本井的測井資料，對該井的三個(gè)地層壓力剖面進(jìn)行了計(jì)算，具體結(jié)果見表1。

表1 BZ8-4-2井三壓力分布

層位孔隙壓力坍塌壓力破裂壓力

明上段（～1350）

明下段（1350～2269）1.00左右1.10-1.251.65-1.75

館陶組（2269～3230.5）1.00左右1.10-1.301.70-1.80

東二上（3230.5～3422）1.00左右1.10-1.251.75-1.82

東二下（3422～井底）1.00-1.471.10-1.501.75-1.98

由上表可知，BZ8-4-2井明下段安全鉆井液密度窗口為[1.25，1.65]；館陶組安全鉆井液密度窗口為[1.30，1.70]；東二上安全鉆井液密度窗口為[1.25，1.75]；東二下安全鉆井液密度窗口為[1.50，1.75]。

3 總結(jié)

（1） 對科探井的地層壓力，綜合依據(jù)地質(zhì)、地震、鉆井、測井、測試、漏失試驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)室分析等資料，應(yīng)用合理的預(yù)測模型在鉆前、隨鉆和鉆后各環(huán)節(jié)可以使地層壓力預(yù)測精度逐步精確化，為鉆井設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。

（2） 針對渤中8-4-2科探井的地震資料，以及周邊區(qū)塊已鉆井的地質(zhì)、地震、鉆井、測井、測試等資料分析，得出了科探井地層孔隙壓力、破裂壓力和坍塌壓力剖面，建立了合理的鉆井液安全密度窗口。

參考文獻(xiàn)

[1] 蘇義腦等，科學(xué)探索井地層壓力計(jì)算[J]，石油學(xué)報(bào)，2001，22（1）：78-85

[2] 黃榮樽，一種新的地層破裂壓力預(yù)測方法[J]，石油鉆采工藝，1986，03（1）：1-13

作者簡介：方長傳（1961-），男，1981年7月畢業(yè)于重慶石油學(xué)校鉆井工程專業(yè)，2004年獲中國石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)士學(xué)位，高級(jí)工程師，長期從事海上石油勘探開發(fā)鉆完井和安全管理工作。