地层三项压力预测技术研究

ÈÈ地层三项压力预测技术研究ÈÈ孙超李洪伟鞠德*(吉林油田公司采油工艺研究院)钻前地层压力预测资料,对待钻层油气的评价具有重要作用,更是确保安全钻井的重要信息。阐述了计算地层压力的方法及压力预测分析系统(DrilWlorks2005)软件的应用。经分析,自然伽马、电阻率、声波时差等测井资料基本上反映了地层的综合物理性质,因而与地层压力紧密相关。据此,对应用测井资料进行地层压力预测的模式进行了分析。经吉林油田部分井次的实际验证,预测精度较高,可满足工程要求。地层孔隙压力;地层破裂压力;地层坍塌压力;压力预测;电阻率0地层压力研究是70年代末期传入我国的一项新兴地质科学技术,已被广泛地应用于地层压实、流体与油气运移等研究领域[1]。在油气勘探和开发中,钻井前进行地层压力预测有很重要的作用。在勘探阶段,对地质家而言,了解压力纵、横向变化剖面及平面资料,有助于评价盖层的有效性,绘制油气运移途径,以及分析圈闭和盆地几何形状。从而有利于作出地压环境下的油气评价,指导油气勘探。例如,某一地震层位之下的孔隙压力增加可能表示存在圈闭。在钻井阶段,钻探工程人员迫切需要了解被钻地层的压力变化。准确的压力预测及快速更正能力可提高钻井安全系数,从而有利于安全和经济地钻井。例如,深水钻井费用超支的最大原因是卡钻和循环液漏失,这些通常都与错误的孔隙压力估算有关。正确的地层压力和裂缝压力估算还有助于最佳的套管设计,并可避免井控问题[2]。对于探井、产能建设区的新井而言,主要是进行待钻井的地层孔隙、破裂、坍塌压力预测,比较常用的方法是利用各种测井资料或者地震资料完成预测工作。吉林油田对于新区地层坍塌压力预测一直缺乏相应的技术手段,地层压力预测技术也比较落后,这种现状对安全施工、保证质量带来了不利影响。本文通过录取邻井钻后测井资料,应用DrilWlorks2005系统中的Predict软件进行计算后可以快速连续地得到地层三项压力的数值。对吉林油田部分区块地层压力预测应用结果表明,该软件系统适用范围广,而且精度较高。1相对于国内常用的地层压力预测理论,Drillworks2005软件系统集成了目前石油行业中被认可的关于地层三项压力即地层孔隙压力、地层破裂压力、地层坍塌压力的几乎全部的预测方法。1.1(1)地层孔隙压力确定方法分类过去国内将确定地层孔隙压力的方法统称为地层压力预测!,概念模糊。地层孔隙压力确定方法可以分为4类:∀钻前压力预测。主要利用地震层速度资料及其与地层孔隙压力的关系模型计算地层孔隙压力。过去常用直接计算法!和等效深度法!,近年提出了单点预测模型!和综合模型法!。#随钻压力监41石油工业计算机应用2007年第15卷第1期*孙超(1981-),助理工程师,工学硕士,2006年4月毕业于大庆石油学院油气井工程专业,现主要从事钻井专题研究方面工作。测。利用随钻测量信息实时监测异常地层孔隙压力带并确定其压力值。过去常用dc指数法、法、标准化钻速法、泥页岩密度法,近年出现了随钻测井(LWD)资料法、随钻地震(SWD)资料法。∃测井压力检测。利用钻后测井资料评估地层孔隙压力,是公认最好、应用最广的方法。常用泥岩的声波时差法、电阻率法(电导率)、密度法等。%实测压力。用仪器直接测量地层孔隙压力,是目前最准确的方法。常用钻杆测试(DSTS)、重复地层测试(RFT)、多层位测试器(FMT)测试等。(2)DrilWlorks2005系统中地层孔隙压力的计算方法该软件系统中集成的地层孔隙压力的计算方法包括:Eaton法、等效深度法、Bower法、Miller法和Skagen法。其中Bower法、Miller法和Skagen法分别包括各自的声波时差法和层速法。目前常用的是Eaton法,它是根据美国墨西哥湾等地区经验及1972年在测井方法实验的基础上建立起来的计算地层压力梯度与测井参数之间的关系。下面给出Eaton法的计算模型:∀Eaton声波时差法PP=OBG-(OBG-PPN)(DTNDTO)x式中:PP=孔隙压力梯度(psi/ftorlb/gal),(kPa/morg/cc);OGB=上覆岩层压力梯度(psi/ftorlb/gal),(kPa/morg/cc);PPN=标准孔隙压力梯度(psi/ftorlb/gal),(kPa/morg/cc);DTO=实测声波时差,(msec/m);DTN=标准声波时差,(msec/m);x=伊顿指数(无量纲)。#Eaton电阻率法PP=OBG-(OBG-PPN)(RORN)x式中:RO=实测电阻率(ohms-m2/m);RN=标准电阻率(ohms-m2/m)。∃Eaton层速法PP=OBG-(OBG-PPN)(VOVN)x式中:VO=实测层速度;VN=标准层速度。%Eaton电导率法PP=OBG-(OBG-PPN)(CNCO)x式中:CO=实测电导率(ohms-m2/m);CN=标准电导率(ohms-m2/m)。&Eaton修正钻井指数法PP=OBG-(OBG-PPN)(DCORCN)x式中:DCO=实测DC指数(无量纲);DCN=标准DC指数(无量纲)。1.2DrilWlorks2005系统中集成的地层破裂压力的计算方法主要包括:∀Eaton法FG=PP+(OBG-PP)(v1-v)式中:v=泊松比(无量纲)#Daine法FG=1+(v1-v)+Pdepth式中:=垂直有效应力;1=阶段大地构造应力。∃Matthews和Kelly法FG=PP+(OBG-PP)ki式中:ki=矩阵应力系数(无量纲)%Breckels和VanEekelen法S3=0.053Z1.145+0.46(P-Pn)forZ∋3,3,500mS3=0.0264Z-317+0.46(P-Pn)forZ∋3,3,500m式中:S3=最小水平应力(bar);Z=深度(meters);P=孔隙压力(bar);PN=标准孔隙压力(bar)。1.3通常地层坍塌压力的计算方法如下:m,st=(3H-h)-2CK+!p(K2-1)0.0098(K2+)H式中:H=井深(m);m,st=所求井深地层坍塌压力当量密度(g/cm3);p=所求井深地层孔隙压力当量密度(g/cm3);C=岩石的粘聚力(MPa);=地层非线性弹性修正指数(0.9~0.95);H、h=地层最大和最小水平地应力(MPa)。2DrilWlorks2005的压力预测分析系统界面友好、菜单方式下运行,速度快、可操作性强、输入资料可以为地震波速度、声波时差、电阻率、密度和自然伽马等测井资料。以上述的方法原理为基础,结合压力计算的实际情况,下面以吉林油田地区的新深1井为例给出应用DrilWlorks2005系统进行地层三项压力预测的工作流程。(1)建立工程文件,导入测井数据。见图1。(2)确定泥页岩基线,并根据泥岩基线对电阻率、声波曲线进行泥页岩点分析、过滤。见图2。(3)利用电阻率和声波时差进行地层孔隙压力、地层破裂压力、地层坍塌压力的分析预测。见图3。(4)最终可得地层三项压力预测分析结果。如图4所示,自左至右分别为地层坍塌压力、三种不同算法及指数下的地层孔隙压力、地层破裂压力和上覆岩层压力曲线。42ComputerApplicationsofPetroleum2007,Vo.l15No.11(:、、、)3(5)应用效果由该井地质设计所知,1400~2400m所处地层段上部为砂质泥岩与砂泥岩互层,下部主要为泥岩。从图4和表1可以看出,实际测得的地层压力当量密度值与该压力预测分析系统得出的地层孔隙压力预测值较为接近,各检测层段相对偏差值基本上不超过10%,即精度基本能够保持90%以上。由完钻后井径测井资料可知,实际钻井液密度与通过压力预测分析得出的推荐钻井液密度基本相符时,该井这部分层段井径曲线较为规则,除有少量异常压力变化幅度较大的井段井径有一定的扩大,平均井径扩大率为5%。在该井的实际钻井施工过程中,使用钻井液密度在该压力预测系统所给出的地层三项压力的安全窗口内,起下钻等作业顺利,未发生井涌、井漏和井壁坍塌等井下复杂情况。113目前应用DrilWlorks2005软件系统分析地层孔2、4隙压力的方法大致可分为两类:一类是通过总结地层压力的影响规律,提出相应的数学模型,利用测井资料进行压力预测,如Eaton声波时差法、Eaton电阻率法等;另一类是通过寻找流体力学参数与各种地球物理参数之间的经验关系,利用地球物理资料,主要是地震资料进行压力预测,如Eaton层速法、Bower层速法等。用测井资料预测压力的结果精度高,可靠性强,但属于事后!预测;利用地球物理资料进行压力预测难以排除影响资料变化的其它地质因素和正常压力的影响,预测结果的精度较低。实例给出了通过DrilWlorks2005软件系统,采用电阻率、声波时差等配合其它相关测井资料检测地层孔隙压力、破裂压力及坍塌压力的方法。这种方法是在同时考虑影响地层的主要因素基础上,通过测量自然伽马、声波时差、电阻率、密度等参数,输入该软件求得地层三项压力。本文方法解决了传统方法的一些缺陷,结合吉林油田其它一些井次的应用实践,可以看出该压力预测分析系统适用范围广,通过连续计算得出的相关数据及时准确,精度较高,一般能够达到90%以上,对油田新区的开发具有重要的参考价值。[1]李黔予,地震波速分析地层压力方法及压力预测分析系统介绍,中国海上油气(地质),1994年第8卷第2期[第130页][2]张荣忠、郭良川、徐辉,孔隙压力地震预测技术综述,勘探地球物理进展,2005年第28卷第4期[第90页]43石油工业计算机应用2007年第15卷第1期TheadvantagesanddisadvantagesofartificialintelligenceandGIStechniquearediscussedaccordingtotheapplicationinoilexplorationanddevelopmen.tAbasicthoughtisputforwardtointegratebothofthetechniquescompactlyinpracticalsituations.Aimingatconstructionoftheintelligent-decision-supportsystemfordatainpu,tdatamanagementandintelligentanalysis,somecorrelatedproblemsaboutdataintegration,softwareintegrationandapplicationintegrationarealsodiscussedinthepaper.Keywords:aritificialintelligence;GIS;oilexplorationanddevelopmen;tintegrationapplicationTHEAPPLICATIONOFBILEVELPROGRAMMINGINOILFIELDDEVELOPMENTPROJECT/FanFang,LiuZhibin,SouthwestPetroleumUniversity,CAP,2007,15(1):28-31Theproblemsaboutdevelopmentalprojectofoilfieldenterprisesarestudiedbyusingbilevelprogrammingmethodinthispaper.Anoptimizationmodelofbilevelprogramingisestablishedforoilfieldenterprises.Thepapergivesoutthesolutionproceduresofgeneticalgorithmpluspenaltyfunctionmethodforthemodelandalsocaseanalysis.Keywords:oilfielddevelopmentprojec;tbilevelprogramingTHEAPPLICATIONO