塔里木盆地山前复杂带钻井地层压力预测.pdf

第3 3 卷第4 期 2 0 1 2 年 8 月 新疆石油地质 XI NJ I ANG P ET ROL E UM GE OL OGY Vo 1 ． 3 3． No ． 4 Aug ． 2 01 2 塔里木盆地山前复杂带钻井地层压力预测 尹国 庆 ， 张 辉a ， 李 超a ， 袁 芳 ， 丁 志 敏 ， 王军 伟。 中国石油 塔里木油田分公司 a ． 勘探开发研究院- b ． 监督管理中心； c ． 天然气事业部， 新疆 库尔勒 8 4 1 0 0 0 摘要 地层压力的准确预测是钻井井身结构、 泥浆性能和钻井参数设计的直接依据， 其对优质高效安全钻井， 减少 井下复杂情况， 保护油气层、 固井、 完井等意义重大。由于地质、 地震资料及认识的局限性， 难以对塔里木盆地 山前探 井准确预测钻前地层压力， 从而影响钻井工程顺利实施。首先在地震资料钻前压力预测的基础上， 及时利用中途测 井资料， 修正压力预测模型， 调整模型参数， 然后重新标定过井地震资料， 建立地震与测井信息之问的非线性映射关 系， 预测未钻地层岩石物理信息， 进而预测得到地层孔隙压力 、 坍塌压力、 破裂压力等， 为下步钻进参数优化调整提供 参考依据 。 关键词 塔里木盆地； 复杂探井； 地震； 测井； 压力预测 文章编号 1 0 0 1 3 8 7 3 2 0 1 2 0 4 0 4 9 7 0 3 中图分类号 T E 2 5 4 ． 6 文献标识码 A 塔里木盆地 天山和昆仑山山前 区带油气资源丰 富 ， 具有很大的勘探潜力 ， 是 目前重要 的勘探领域 。 。 由于山前带地质条件极为复杂 ， 目的层埋藏深 ， 岩性 纵横 向多变 ， 断裂构造发育 ， 挤压变形剧烈 ， 给钻井工 程造成很大困难 ， 严重制约了油气勘探的进程。众所 周知 ， 地层“ 三压力” 孔隙压力 、 破裂压力 、 坍塌压力 对钻井液参数的选择 和合理井身结构设计起着非 常 重要 的作用 ， 但是 由于研究 区域勘探程度低 ， 造成钻 前地层压力预测精度较低 ， 不能满足工程需求 。从理 论上 讲 ， 解决这个问题最好 的方法是 利用随钻测井 L WD 、 随钻地震 S WD 等技术 ， 反演 出钻头以下地 层的界面深度和层速度等 ， 进而随钻预测压力参数 ] 。 然而 ， 受技术和成本的制约 ， 目前这一技术还未大规 模应用于 国内油气勘探开发中。笔者用已有的中途 测试信息精细标定过井地震资料， 应用井震联合的反 演技术 l 得到未钻地层的岩石物理参数 ， 从而二次预 测地层压力 “ ， 并及 时评价井壁稳定性 ， 为钻井工程 方案调整和优化提供参考依据 ， 以确保安全且高效钻 进 。此方法在塔里木盆地山前带多 口探井压力预测 中取得了 良好的效果 。 1 研究思路 、 基本原理及主要模型 1 ． 1 研 究思 路 首先在利用地震资料开展地层 “ 三压力” 钻前初 次预测的基础上 ， 根据钻井 实况 、 地质录井资料 以及 测井资料进行处理分析， 修正初次预测模型及相关处 理参数； 然后利用已钻地层测井资料对地震数据进行 精细标定 ， 重新建立井眼处时深关 系， 通过井震联合 反演 ， 得到未钻地层的岩石物理信息 ， 进而对未钻地 层进行“ 三压力” 的二次预测。 根据上述主要思路 ， 本文所涉及的主要理论有地 震反演 、 地层孑 L 隙压力计算 、 地应力计算 、 破裂压力计 算 、 坍塌压力计算等 。 1 ． 2 地震反演基本原理 地 震反演采用 约束 稀疏脉 冲反演法 ， 主要是 用 地震道 的振幅产生阻抗模 型 ， 采用一个快 速的趋 势 约束脉冲反演算法， 用地震解释层位和测井约束控 制波阻抗 的趋 势和幅值范 围 ， 脉 冲算法产生宽带结 果， 恢复缺失的部分低频和高频成分， 其基本模型简 单表示为 S r n ， 1 式中W t 地震子波 ； r t 反射系数 ； n t 噪 声 。 反演可 以看作 是 已知地震道 s t 估算 反射系数 的过程 ， 而反射系数与地层的声阻抗密切相关 r ∞ 2 式中l j p ． 约束脉冲稀疏反演结果最 大限度地忠实于地震 资料 ， 反演结果唯一性较好 ， 可以得到合理的波阻抗 结果。利用上述反演得到波阻抗数据体 ， 结合地震测 井资料建立的岩石物理关系 ， 从阻抗体数据中剥离出 速度 、 密度等数据 ， 以此预测地层“ 三压力” 数据 。 1 - 3 三压力计算模型 1 孔 隙压力计算模型研究中应用E a t o n 1 9 7 5 给出的利用地震反演后的层速度资料预测地层孔隙 压力 ， 基本公式为 收稿日期 2 0 1 1 0 7 2 1 修汀日期 2 0 1 2 0 6 0 6 作者简介 尹同庆 1 9 7 9 一 ， 男， 湖北襄樊人， 工程师， 工程地质， T e 1 1 8 0 8 3 3 9 5 7 3 8 E m a i l p r A y i n g u o q i n g t l mp e t r o c h i n a ． c o r n ． c n 4 9 8 新疆石油地质 p p 。 一 p 。 一 p h V o ／ ‘ ， 3 式中P 预测的孔隙压力； P 静岩压力 ； P 正常 的静水压力 ； V 正常趋势线 的泥岩层速度 ； 实测的层速度 ； E a t o n 指数 。 塔里木盆地山前区带一般存在异常高压地层 ， 这 正是 E a t o n 法计算孔隙压力的优势所在 ， 利用反演阻 抗体剥离的层速度计算的山前区带井的地层孔隙压 力能够很好地反映地层压实特性， 应用于生产。 2 地应力计算模型根据该区钻井实测资料 的研究， 山前区带地应力计算模型采用组合弹簧模型 广义胡克定律 ， 其表达式为 S v J。 p h g d h； 4 5 n S v - 叩 卢 z v E a p ； 5 S h ．s v - a p 卢 z 卢 o zp 6 式 中 5 水平最大应力 ； S 水平最小应力 ； S 水平垂 向应力 ； 12 泊松 比； O l b i o t 系数 ； E杨氏模量 ； 卢 最小水平主应力方向的应变 ； 最大水平主应力方向的应变。 3 坍塌压力计算模型对于井壁坍塌压力， 假 设泥岩的渗透率非常小， 且钻井液性能优良， 基本在 泥岩地层中不发生渗透流动， 根据莫尔一 库伦准则， 地 层坍塌压力 p 。 计算公式为 3 s H s h 一 2 S 0 t t g 1 o tp - ～’ 式 中 S o 一 一岩石固有剪切强度 ； ‘ 岩石破裂角， 即破裂面的法线与 方向 的夹角。 4 破 裂压力计算模 型井壁地层 张性破裂是 由于井内泥浆密度过大， 使井壁岩石所受的应力超过 岩石抗拉强度时造成的。可知当 0 0 。 和0 1 8 0 。 时 井壁周向应力最小， 当泥浆柱压力过大时， 井壁首先 在此处破裂。利用最大拉应力理论得到井壁张性破 裂计算模型， 其破裂压力为 P f 3 S h S H p 』 ， 8 式中 ， ． ． 岩石抗拉强度 。 对于裂缝性地层 ， 当钻井液柱压力过大时， 裂缝 重张开 ， 此时克服最小水平主应力 ， 因此闭合压力 即 与最小水平主应力相 当。 2 应用实例及效果评价 K D1 井是塔里木盆地西南坳 陷昆仑山前甫沙构 造带 K DI 号构造上 的一 口风险探井 ， 在进行该井地 层“ 三压力” 初次预测时面临的主要 问题是 区域构造 复杂 、 勘探程度低 、 完钻资料少 ， 且地震资料 品质较 差， 无有效的参考邻井 ， 预测难度较大。根据地质认 识 ， 选取 了相邻构造上的两 口井作为参照井 ， 建立 了 预i 见 0 模型 ， 利用二维地震资料开展 了“ 三压力 ” 预测 图 l a 。在对 K D 1 井实钻 情况进行 动态跟 踪时 发 现 ， 用密度为 i ． 7 1 g ／ c m’ 泥浆钻至 4 0 9 9 ． 1 5 In时 ， 发生 溢流， 该段初次预测孔隙压力梯度为 1 ． 3 8 M P a l h m， 随 后采用密度为 1 ． 7 3 g ／ e m 泥浆压井成 功 ， 表 明初次预 测结果与实钻存在差异， 地层压力异常和变化规律未 能完全描述出来， 不能满足工程需求。 该井钻至白垩系时要求调整参数， 需要更准确的 地层压力预测数据 ， 此时已进行 了中途测试 ， 及时开 展了测井资料的分析研究， 重新建立压实趋势线 ， 发 现在 3 6 5 0 m左右时地层压力开始 出现异常 ， 初次预 测时未能体现出来 。分 析三轴应力状态 图 l b ， 其 上部地层最大水平主应力方位大致为南北 向， 局部稍 有变化， 三轴应力状态为S ≥Is Js ， 同时修正了相关 模型及处理参数， 然后利用上部测井资料对过井地震 进行标定， 井震结合预测得到钻头以下地层岩石物理 信息 图 1 c 。图 1 c 中红色 曲线 为地震预测阻抗 ， 蓝 色曲线为测井计算阻抗， 对比发现虽然在细节上二者 存在一定差异， 但总体趋势基本一致， 能够用来建立 压实趋势， 进而作压力预测。最后结合上部测井资料 建立的岩石物理及应力模型， 利用井震联合得到的钻 头以下地层的阻抗体数据， 对其进行“ 三压力” 的二次 预测 图l d 。 该井钻至4 5 7 9 In完钻后 ， 进行了完井测试 ， 分别 将二次预i 贝 0 结果与实钻数据以及测井资料钻后评价 进行了对 比 在 3 8 3 7 i n 处做地层破裂试验 ， 预测地破 梯度为1 ． 9 5 M P a ／ h m ， 实测1 ．8 5 M P a ／ h m未破， 两者吻合； 4 2 3 7 ． 5 3 1 3 1 预测孔压 1 ． 7 5 MP a ／ h m， 实测 1 ． 7 8 MP a ／ h m， 误差1 ．7 ％， 能够满足钻进过程中的参数调整与优化， 及时指导了生产。 3 结束语 对于塔里木盆地山前区带探井 ， 由于资料品质和 认识的限制 ， 初次钻前预测精度较低 ， 不能完全满足