基于dc指数的2种异常压力随钻预监测新方法

王志战 ，盖姗姗，许爱生

(1. 中国石化石油工程技术研究院 测录井研究所，北京 100101；2. 中国石化集团胜利石油管理局 地质录井公司，山东 东营，257064)

异常压力是含油气盆地普遍存在的一种现象[1]，它对油气成藏具有促进作用[2]，对钻井安全则具有危害作用[3]，因此，搞好异常压力预测和监测工作，有助于发现新的油气藏，更有助于保障钻井安全，保护油气层，从而提高勘探开发的社会效益和经济效益。储层中的异常高压对钻井安全具有较大的威胁作用，所以，异常压力随钻预、监测是相对于高压储层而言的：在钻达高压储层前，通过对泥岩段的监测实现对下伏储层中异常压力的预测；而钻达高压储层时的压力检测方法则称为监测。异常压力随钻预监测分为地面随钻和井下随钻2种。在国外，主要依靠井下随钻手段；在国内，则主要依靠地面综合录井仪所提供的软件包和参数。建立在砂泥岩剖面基础上的dc指数法由于具有实时、连续等特点而成为地层压力随钻预、监测的主要手段，但该方法在趋势线的选择上存在诸多困难和问题。为此，本文作者分别提出测录井资料联用的随钻动态预测方法和不依助于趋势线的修正dc指数方法。

1 异常压力预监测的原理

异常压力能够被连续预监测的基本原理是基于某项参数随井深的增加呈规律性的变化，而遇到压力异常时，该项参数发生相应的变化，其变化的幅度与压力异常的幅度呈函数关系。

地震层速度、录井 dc指数(反应地层可钻性的标准化钻时)、测井声波时差等最常用的地层压力预监测和评价手段都是基于泥页岩的压实规律[4-6]。在正常压实地层中，随着埋深的增加，在上覆岩层压力的作用下，泥页岩孔隙度呈指数式减小，相应的响应特征是岩石致密程度增加、层速度增大、dc指数增大、声波时差降低；但在欠压实地层中，上覆岩层的压力则部分地被孔隙流体所承担，产生异常高压，表现为偏离正常压实趋势线，呈现孔隙度增大、层速度降低、dc指数降低、声波时差增大等特征。

层速度、dc指数、声波时差等基于正常趋势线的地层压力计算方法有很多，常用的有等效深度法、伊顿法和比率法[7](表1)，这些方法对不同的预监测手段具有通用性。其中，比率法的计算不需要上覆压力梯度，最为简便。

对dc指数而言，等效深度法视趋势线方程的不同，其计算公式也不同。

采用直线方程时：

采用指数方程时：

式中：G为孔隙压力梯度，MPa/m；Gn为静水压力梯度，MPa/m；Go为上覆压力梯度，MPa/m；a为趋势线斜率；He为等效深度，m。

表1 基于趋势线的地层压力计算方法Table 1 Formation pressure calculation methods based on trend line

2 测录井资料联用的动态预测法

地震层速度法一般用于钻前预测，适合于预探区，但精度较低；录井dc指数法一般用于随钻预监测，能够保障钻井安全和保护油气层，但受钻井条件的影响，趋势线的选择存在较大困难；测井声波时差法一般用于钻后连续评价，精度较高，但时效性不强。发挥测井评价的优势，加强与前两者的结合，提高时效性与准确性，是异常压力预监测的主要发展趋势之一。对于测井与地震的结合，彭真明等[8]进行了研究；斯伦贝谢、哈利伯顿等国外知名公司正致力于随钻测井(LWD)、随钻测压(PWD)等随钻技术的研究；而对于录井与测井的结合，则很少有人研究。

2.1 动态预测法的基本思路

(1) 通常来讲，根据声波时差建立的压实趋势线方程比较可信，因此，可在地层对比的基础上，借助邻井声波时差确定趋势线的井段确定预测井的dc指数趋势线，从而得到每一深度点所对应的dcn；

(2) 借助邻井声波时差所计算的地层压力曲线及预测井的dc指数趋势线，通过表1中的任何一种方法可计算出预测井的dc指数曲线，即得到预测的dc指数。如采用比率法，dc指数的预测模型为：

采用等效深度法，趋势线为直线方程时的计算模型为：

图1 动态预测法的应用Fig.1 Application of dynamic prediction method

趋势线为指数方程时的预测模型为：

将预测井的实际dc指数与预测的dc指数曲线进行实时对比，若两者差别较小，就可以用来预测未钻开地层的压力；若两者差别很大，则需调整dc指数趋势线方程，使之与实际的dc指数吻合，从而达到异常压力随钻预测的目的。

2.2 动态预测法的应用

该方法的预测精度取决于预测井与邻井的相似程度，若二井之间没有断层分隔，地层连通性好，则预测精度较高。另外，需要进行2种校正：一是在参考井有实测压力数据时，要对根据声波时差算出的压力曲线进行校正[9]。二是对预测井的dc指数曲线进行不同钻头类型的校正[10]。

在东营凹陷B438，B439及B682井的钻进过程中，均以B437井作为参考井，预测结果如图1所示。从图1可见：B438井上部地层相似程度低，下部相似程度高；B439井全井相似程度均最高；B682井上部地层相似程度高，下部相似程度低。

3 不依助于趋势线的修正dc指数法

趋势线建立的准确性影响dc指数应用的效果。对于建立dc指数的趋势线，艾池等[11]已进行了分析和论述；也有不少人试图对其进行修正，但考虑的因素并没有变化，变的只是其中的常数[12]，其本质还是建立在趋势线的基础之上。要摆脱对趋势线的依赖，必须建立一种直接计算地层压力的方法。

3.1 摆脱趋势线的基本思路

由dc指数法计算地层压力的公式(表1)可以看出：某一深度的地层压力是通过该深度正常压力的dc和当前dc之比求出的。因此，如果能够找到一个计算正常地层压力下dc的方法，便可克服由建立泥岩正常压实趋势线而带来的各种问题。

国内常用的dc指数方程为：

式中：R为钻速，m/min；N为转盘转速，r/min；W为钻压，kN；Db为钻头直径，mm；ρECD为当量钻井液密度，g/cm3。

从式(6)可以看出：建立正常压力dc的关键是建立正常压实地层的机械钻速Rn。根据钻井机械比能的公式[13]和用钻压和钻头滑动摩擦因数表示机械比能的公式[14]，考虑钻头水力和井底压差对钻速的影响，导出的钻速方程为：

式中：m为钻头滑动摩擦因数；PHPJ为有效喷嘴水功率，kW；ΔP为井底压差，MPa；A1为钻进机械比能；A2为钻头水力参数；A3为井底压差系数。

图2 修正dc指数法在东营凹陷中的应用Fig.2 Application of correctional dc exponent method in Dongying Sag

A1，A2和A3是反映钻头和地层相互作用的未知特征参数；W，VRPM，PHPJ和ΔP是钻井施工过程中的控制参数。

由式(7)可知：只要将其中的井底压差系数A3转化为正常压力段的钻井液密度与地层压力之差的系数，便可求得Rn。而1个地区的静水压力梯度可以通过测井、试井资料来确定。

3.2 修正dc指数法的应用

实测资料的统计分析表明，东营凹陷的静水压力梯度为1.04，以此在近期一批重点探井上进行地层压力的随钻预监测。预监测效果见图2。从图2可以看出：D2井和S146井属于高压低渗油气藏，按照压力预监测结果，附加 0.05～0.10的系数来合理调配钻井液密度，槽面有良好的油气显示，较好地保障了钻井安全，保护了油气层；D2井深为3 650.38～3 760 m，使用的钻井液相对密度为1.70～1.75，完井后该段实测压力系数为1.92；S146井深为3 811.0～3 839.2m，使用的钻井液相对密度为 1.45, 完井后该段实测压力系数为1.84。

4 结论

(1) 测录井资料联合应用的动态预测法的实质是将地层对比工作引入到异常压力的随钻预测，并发挥了测井资料评价地层压力的优势，弥补了其在时效性上的不足。在有邻井资料的情况下，这是一种行之有效的压力预测方法。

(2) 修正dc指数法通过直接计算对应深度正常压力地层的dcn来摆脱对趋势线的依赖，虽然仍需借助地区性的正常值——静水压力梯度，但在确保钻井安全方面发挥重要作用。

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