随钻地层压力监测技术在钻井工程上的应用

唐凯(长城钻探工程有限公司录井公司，辽宁 盘锦 124010)

1 随钻地层压力监测技术原理及方法

1.1 异常孔隙压力成因

从地岩的孔中流出流体所产生的压力被称为地下岩层孔隙压力，在正常情况下，随着钻井工程的不断推进，在地下深埋的水会从地岩的孔中渗出，从地面到深挖的深度间形成的压力，是正常的孔隙压力。一旦压实得不够均匀，使得地孔的压力比静液柱的压力还要高，这里就会被称为地下岩层超压。异常原因有多种：诸如泥页岩没有被压实、构造运动导致的变化、高温水对压力的增强、沉积物中形成了烃类、水位测压造成影响、气水密度差的作用以及地面的剥蚀等。这些情况都会造成地下岩层超压，是异常孔隙压力形成的主要原因。

1.2 地层压力响应参数

沉积环境的主要构成为砂石岩，随着纵深的不断加深，沉积的物质会向岩质进行转变，同时经受巨大的压力后，岩石本身也会产生从结构、密度等物理参数上发生变化，岩石孔也会随之改变。物理参数诸如声波在岩石中的传递速度、电介质在岩石中的传播能力等，主要由岩石本身的架构以及岩孔中的液体形成关系。在压力处于正常给予的情况下，纵深程度越深，压力所发挥的作用就越大。当岩孔中的液体渗出时，压力使岩孔缩小，该层压力会与净水压力保持一致，被称为常压。但拥有充分量的物源时，该层会发生稳定的沉降，使得沉淀中的物质会发生迅速有大规模的堆积，此时被称为不平衡压实，围栅的渗透能力差，沉淀中物质的一部分排水会受到阻拦，此时沉淀物沉积的速度会大于排水的速率，相较于常压，该层的岩孔会更多更大，岩石中的液体会更多，密度也会小于常压，使声波在岩石中的传递速度更慢，电介质在岩石中的传播能力更强[1]。

地层在深处D的泥页岩孔隙度与泥面泥页岩孔隙度及地层深度的关系为：

取对数后可得：

仪器响应值X与深度D的关系为：

取对数后可得：

1.3 地层压力监测技术

凭借地层压力监测技术，可以提前处理随钻对井进行测量与录井得到的数据，包括通过随钻采集到的测井数据，计算地下各层中岩孔的孔隙度、岩石密度以及泥质量；从温度角度对通过电介质测井得到的数据进行校正、对地下岩层因子与地下每层岩石的横波速度与泊松比进行计算，对于难以确认情况的老井，可以采用声波技术进行测井，将数据进行处理后还可以得到声波在该井岩石中的传播速度等。通过这些数据可以对地下每层可承受的压力以及每层漏失的试验值进行预测和计算，在进行实时监测以及对井壁稳定程度做分析时，可以起到很大帮助。

正常净液压力梯度NHG与钻盘面海拔KB、海水深度WD、正常净液压力梯度常数NHG0、海水密度SWG及垂深TVD关系为：

上覆压力梯度OBG与垂深TVD、岩石体密度RHOB及钻盘面海拔KB的关系为：

孔隙压力梯度PP与测量值Xobs、正常压实趋势值XNCT及伊顿指数n的关系为：

地层破裂压力梯度FG与地层上覆压力梯度OBG、地层孔隙压力梯度PP及地层泊松比的关系为：

Dxc指数与机械钻速ROP、钻头转速REV、钻压WOB、钻头尺寸BSIZ以及正常静液柱压力梯度的关系为：

2 随钻地层压力监测技术在钻井工程上的应用

2.1 井壁失衡分析

一旦在实际下钻时，发生井壁垮塌使得工程无法正常推进，就需要对地下岩层进行压力分析。在分析进行之前，首先要详细了解施工地区的地质概况。此时需要利用随钻地层压力监测技术分析地下岩层中岩孔受到的压力。得到数据后，要选择几口井作为参照，进行横向对比，对地下岩层中岩孔受到的压力进行反应分析。得到结论后，可以从工程角度进行验证，如果是由于压力超压，可通过使用钻井液密度的角度上进行工程调整。在实践中，才能对随钻地层压力监测技术有新的认知，有效地将理论投入到工程作业中来。能够对井壁的失衡进行分析，是随钻地层压力监测技术在具体应用上起到关键作用的一方面体现。

2.2 井的井漏控制

在对深水井进行钻井的工程中，地下岩层压力超常与钻井液密度窗口的宽度不足是非常难以避免发生的。不同于在陆地或是浅水区域，由于在泥面下纵深不长的缘故，地底岩层极容易发生破裂现象，并且在破裂后非常难以恢复。在钻井工程中，随钻地层压力监测至关重要，因为一旦钻到了压力过高的层级，极容易由井漏发展成为井涌甚至井喷的严重事故。井漏发生时，随钻地层压力监测技术带回的数据可以作为对井漏进行控制的有效参考，可以根据返回的数据决定采取堵漏剂的方式或者调整钻井液的密度。堵漏材料添加时，还可以通过实时监测观察效果，决定是否需要调整措施。在处理井漏问题中，对于压力的监测和分析可以为处理提供有效的支持，使井涌和溢流的情况更少发生。能够对井的井漏情况进行切实有效的控制，是随钻地层压力监测技术在具体应用上起到关键作用的重要体现之一[2]。

2.3 预测孔隙压力

在进行孔隙压力预测的过程中，需要对随钻地层压力监测技术所得数据结合欠压实理论以及具体环境进行分析，对钻头达到地下岩层之下的岩层压力数据进行合理的推论，才能使钻井工程得出结论，对于到达泥岩层后是否向砂岩层继续钻进进行把握，最终使得各方的工作得到妥善的协调，这都离不开随钻地层压力监测技术对于预测孔隙压力的有效运用。在这个过程中，有两点会起到非常关键的作用：一点是，需要相关人员对于随钻地层压力监测技术有着熟练地掌握以及精准的运用，使得该技术所得数据可靠无误。另一点是，对于地层压力监测技术要有完备的理论知识支撑，在需要的时候，能够做出非常正确的判断以及可靠的指导。

2.4 优化套管程序

在钻井工程中所使用管套的各项数据、下地方式以及纵深可以统称为套管程序。套管在钻井工程中可以起到很重要的作用诸如：防坍塌、防止钻井液对井体冲蚀过度、对油气层进行保护、对受到不同压力的地下岩层进行分割以及增强地下岩层的防破裂能力。随钻地层压力监测技术可以在套管进入地下的过程中为套管程序优化的过程提供技术支持，如想要对套管的使用层数进行减负或提高套管下地的纵深时，随钻地层压力监测技术可以为地下岩层压力做到实时数据的反馈，对地下岩层各项压力的数据浮动进行有效地分析。在对钻井过程中运用随钻地层压力监测技术时，根据地下岩层各项压力的反馈数据，可以结合监测结果有效地为套管程序中使用的数量以及下地的纵深提供合适的意见，在实际钻井的过程里，还可以不断地依据反馈数据对套管程序进行持续化地解析与改进，使得在工程推进的过程中，套管程序不仅可以在同等深度下进行节省，同样也可以对套管纵深进行优化，使得做工工序更为清晰，不仅对成本进行了有效控制，也对工程的提速起到了很大的帮助[3]。

2.5 效果以及评价

地层压力监测技术对于地层压力所进行监测结果是否能做到准确无误是对该项技术是否达到合格的主要判断。对该技术反馈数据是否准确无误的判断方式分为以下三种：首先，对地下岩层压力进行测验，可以将测量地下岩层的仪器随钻头一同下地，在钻井工程进行的同时，对地下岩层受到压力进行直观的检验，但在检验过程中，需要停下钻头与泵的工作状态，而且等待地下岩层与仪器达到压力平衡的状态需要大量时间，所以这种手段具有一定的局限性。其次，在钻井工程结束后，应用电缆对地下岩层所受压力进行测量，能够直观地得到地下岩孔所受到的压力数据。最后，在对油进行测试的阶段中，对井下压力进行测量，将所得数据进行分析与推算，得到想要验证的地下岩层岩孔所受的压力，由于压力计不会直接下到需要验证的地下岩层，所以在对地下岩层岩孔受到的压力进行验证时，需要结合理论知识，严谨地进行运算。在这三种手段中，第二种方式所需时间与条件最少，所得数据也最为严谨准确，在对地层压力监测技术进行验证时，是首要选择的方式。

3 结语

综上所述，随钻地层压力监测技术对于钻井工程的具有举足轻重的意义。在实际应用层面，也有着非常广泛的用途。经过对于该项技术的原理、方法以及实际运用的阐释与研讨，相信该项技术在钻井工程中会更受到重视，也会得到更广泛的应用，促进钻井工程的长足发展。