李照亮

摘要：在地層壓力預(yù)測的過程中，有許多因素會影響地層壓力預(yù)測的準(zhǔn)確性，如果不能排出這個影響地層壓力準(zhǔn)確性的因素，會對我們地層壓力的預(yù)測造成錯誤的結(jié)果，從而容易在鉆井過程中的運用錯誤的施工措施導(dǎo)致井涌，井漏甚至井噴事故的發(fā)生。本文章意在指導(dǎo)地層壓力工程師在施工時能夠及時有效的排出這些因素，從而能夠準(zhǔn)確有效的預(yù)測出地層壓力，為鉆井施工提供準(zhǔn)確的指導(dǎo)和幫助。

關(guān)鍵詞：地層壓力預(yù)測；鉆井施工；事故

巖性

海相沉積物的砂/頁巖層可能是最容易評估的。在鉆速曲線、Dxc圖、氣測圖、掉塊發(fā)生、溫度圖和mw/電纜測井時，這些巖性序列是可識別的。厚的頁巖層容易進(jìn)行正常的壓實趨勢預(yù)測，可滲透的砂巖利用泥漿密度/氣體關(guān)系提供良好的壓差評估，并且可以在頁巖層中繪制正常壓實趨勢。

大量的厚層粘土巖為DC指數(shù)評估和掉塊分析提供了絕佳的機(jī)會。

粗砂/砂質(zhì)巖性不能用書的指數(shù)方法來計算，濁積巖、灰?guī)r、火山巖和陸源碎屑巖的巨大厚度排除了可以判斷出正常頁巖壓實趨勢的可能性，然而，這些沉積物類型將顯示出Dxc、密度和溫度的正常趨勢。由于大部分的地層壓力評價技術(shù)都是基于粘土分析的，砂質(zhì)巖性嚴(yán)格地限制了評價方法。然而，壓差是評估的主要線索，泥漿密度/氣體關(guān)系必須得到最大限度的利用。有了這些工具，地層壓力就有把握的評估，盡管在某種程度上，它的細(xì)節(jié)要比在泥石中要小得多。在砂質(zhì)沉積物中，滲透率受到限制，下面發(fā)生高壓的可能性增加。

在碳酸鹽巖中進(jìn)行地質(zhì)評價是最困難。碳酸鹽沉積物可以涵蓋從巨大的洞穴到微化石的次生溶液類型。碳酸鹽的特性變化導(dǎo)致了地層壓力的相應(yīng)變化。粘土質(zhì)石灰?guī)r和石灰質(zhì)粘土巖通?？梢裕ㄔ诖蠖鄶?shù)情況下）以與黏土相同的方式進(jìn)行評估（所有的評估技術(shù)都適用）。碎屑灰?guī)r，沒有高度的膠結(jié)作用，可以作為砂型來評價。膠結(jié)較好的，較厚的類型（例如微晶，次生膠結(jié)的化石灰?guī)r等）是非常難以評估的。這些石灰石類型具有高度變化的滲透性，這使得評估變得困難。

也許唯一能預(yù)測在石灰?guī)r中可能出現(xiàn)的高壓的技術(shù)，是各種溫度圖。前提是假設(shè)是高壓層的是多孔的，并且充滿了水，因此它可以起到隔熱的作用。

除了上述討論之外，在碳酸鹽巖中，不可標(biāo)準(zhǔn)的公式或者方法去判斷地層壓力。在碳酸鹽巖密集鉆探的地區(qū)應(yīng)總結(jié)出真正的經(jīng)驗，但在任何時候，在碳酸鹽巖性中鉆的探井都是需要地質(zhì)學(xué)家最細(xì)致的觀察和綜合的解釋。

控速鉆進(jìn)

在近海鉆探上部的地層中控制速度及鉆井參數(shù)鉆進(jìn)是比較常見的。然而，它確實會導(dǎo)致指數(shù)分析的問題。因為鉆頭不是完全依靠鉆壓等參數(shù)鉆進(jìn)，鉆頭的噴射作用在鉆進(jìn)過程中起主導(dǎo)作用，所以DC指數(shù)此時不能真實的反映地層壓力變化。由于鉆速是可控的，而且轉(zhuǎn)速保持恒定，Dxc的變化成為了一個鉆壓的函數(shù)。然后，鉆壓應(yīng)該隨著巖性變化而變化。在柔軟、松散的粘土中，噴射將起主導(dǎo)作用，并在增加孔隙壓力的情況下可以發(fā)揮更大的主導(dǎo)作用。

無論的是控制鉆速還是通過循環(huán)，淺層氣可以在沒有任何警告的情況存在。鉆井人員必須了解在地層壓力預(yù)測在淺層沉積物中的局限性，特別是計算壓力大小的方面。未固結(jié)的砂巖地層包含有生物成因的淺層氣，且該地層不會有過渡帶的存：所以在鉆遇可能遇到淺層氣的上部地層時，鉆井人員應(yīng)該更加小心和謹(jǐn)慎。

水馬力

鉆速，也就是鉆井指數(shù)，是鉆頭上水馬力的函數(shù)。目前的DC指數(shù)沒有考慮到水馬力參數(shù)的影響：他們認(rèn)為鉆頭水馬力是百分之百有效和優(yōu)化的。泵的效率、地表壓力損失和各種井下壓力損失都可以計算出來，但目前還沒有非常準(zhǔn)確的測量方法，以便對標(biāo)準(zhǔn)的計算進(jìn)行檢查。

動力鉆具的應(yīng)用和PDM鉆井所涉及的不同的水馬力系統(tǒng)導(dǎo)致了各種趨勢的變化，但是由于鉆井機(jī)制的變化，這種趨勢的變化有多少是無法確定的。

牙輪鉆頭的類型和磨損

如果選擇了一個不能有效地破碎地層的鉆頭，指數(shù)趨勢將會被該鉆頭的低效率掩蓋。一個常見的選擇鉆頭類型錯誤是在中等硬度的地層中選擇一個鑲齒鉆頭，因為該類型鉆頭會造成非常緩慢的鉆進(jìn)速度。已知的情況是，在利用一個效率非常低的鉆頭鉆取一個地層壓力過渡區(qū)，結(jié)果是正?；蜉p微變化的Dxc趨勢，完全掩蓋了逐漸增大的孔隙壓力。如果允許這種情況繼續(xù)下去，可能會由于突然的井涌或者溢流造成井下事故。

利用標(biāo)準(zhǔn)的IADC評分方案和一個簡單的定量方法，在使用第二代DC指數(shù)時，鉆頭的分級變得有意義，并可能得到有效的利用。該方法并不嚴(yán)格，但在可用的時間框架內(nèi)提供了一致性和合理的準(zhǔn)確性。

固定齒切削鉆頭（PDC、TSP、ND）

在過去的幾年中，固定齒切削鉆頭的使用，特別是PDC類型的使用急劇增加。相較于普通的牙輪鉆頭因為該鉆頭能夠即提高鉆速，減少鉆頭磨損。然而，由于由該鉆頭破碎巖屑的方式不同，所以造成了巖屑的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而不能有效的反應(yīng)真實地層。這些影響因高轉(zhuǎn)速和來自井下泥漿馬達(dá)的溫度而變得更加復(fù)雜。

在較軟的巖石中，剪切是主導(dǎo)作用，壓實、孔隙度和鉆井參數(shù)之間的關(guān)系跟使用牙輪鉆頭不一樣。因此，當(dāng)使用固定刀具位時，鉆速和Dxc的評估并不是像使用牙輪鉆頭時那樣是可靠的孔隙壓力指標(biāo)。當(dāng)使用固定刀具鉆頭時，Dxc趨向于接近垂直，因此識別偏差變得非常困難。

這些固定齒的鉆頭是為鉆更硬的巖層而設(shè)計的，而那些有尖刀的刀具則在其鉆井裝置中增加了破碎和鑿孔的元素，因此可能會顯示出類似于牙輪鉆頭的趨勢和行為。在這種情況下，孔隙壓力評估更可靠。

鉆井液類型

水基泥漿系統(tǒng)，清水或含鹽水泥漿，可以與可水化的粘土發(fā)生反應(yīng)。如果發(fā)生反應(yīng)，粘土就會膨脹，失去形態(tài)，甚至溶解在泥漿中。其造成的結(jié)果是，粘度、泥漿密度和固相含量都在迅速增加，而且明顯缺乏粘土巖屑。

具有抑制粘土的水合作用的泥漿系統(tǒng)，有助于減少掉塊和與井壁穩(wěn)定有關(guān)的問題。鈣、石膏、飽和鹽（NaCl）和木質(zhì)素磺酸鹽都能在不同程度上控制黏土的水合作用，而特定的泥漿類型的選擇通常取決于它們的其他性質(zhì)。也許最有效的粘土抑制劑水基泥漿是一種氯化鉀（KCl）類型。

油基和合成的泥漿是目前為止是對地層壓力預(yù)測來說最好的鉆井液。所有的巖屑和掉塊都以原始的形式保存下來。由于沒有水的存在，頁巖因素和體積密度測量是準(zhǔn)確的，聲波和密度測井曲線具有代表性。

斜井和水平井

在大井斜和水平井井底鉆壓的不確定性，所以鉆壓關(guān)的鉆速和Dxc指數(shù)的計算也會變得不準(zhǔn)確，因此孔隙壓力評估變得更加困難。由于鉆鋌和扶正器與周圍的井壁的摩擦，使觀察的到的鉆壓可能比實際井底的鉆壓要高得多。

在這種情況下，如果試圖使用鉆速或Dxc，必須格外小心，而且可能需要更多地依賴于泥漿密度/氣體關(guān)系或者井內(nèi)一些現(xiàn)象來判斷地層壓力。

當(dāng)試圖在斜井評估鉆井或測井參數(shù)時，也有必要認(rèn)識到，壓實趨勢應(yīng)該與垂深相對照，而不測量深度。

（作者單位：中石化勝利石油工程有限公司地質(zhì)錄井公司）