四川W区块地层压力预测方法及应用

刘伟?吴超?赵姗姗

摘要：中国已探明6个页岩气田，成为北美外最大的页岩气生产国，主要分布在重庆市与四川省。页岩气地层压力分布对安全高效钻井至关重要。目前，压力预测软件适用于泥岩地层，但四川盆地主要母岩类型为碳酸盐岩，软件预测可靠性不高。缺乏有效预测模型，采用邻井压力预测技术，通过已钻井资料对几口井进行预测，校正后建立地层压力剖面，有效解决了壓力预测难题。

关键词：页岩气储层；压力预测；邻井；地层压力剖面；实测压力

一、前言

预测地层压力剖面在钻井工程设计与实施中扮演着关键的角色。它对于确定合理的钻井井身结构和钻井液密度至关重要，有助于确保井眼的安全，提高机械钻速，并有效保护油气层。精准的地层压力估算和快速的修正能力对于达到最佳的套管设计至关重要，同时可以降低井控风险。此外，预测地层压力也有助于提高钻井的安全系数，从而更有利于实现安全和经济的钻井过程。特别是在新的勘探区域或未知地层条件下，地层压力的准确预测变得尤为重要。当钻探穿越未知的高压层时，地层压力的失控可能导致井喷、钻机损毁，严重危及油气层的完整性。

在当前技术条件下，测井资料提供了对地层信息最为详尽的反映。由于测井资料直接采集自地层内部，具备良好的纵向连续性、高分辨率以及数据可靠性的优势，因此能够更直接、更真实地呈现地层的状况。而地层的声速、密度、电阻率等参数与地层孔隙压力存在一定关系，呈现一定的规律性。因此，可以根据这些地层测井数据来预测地层的孔隙压力[1]。本文采用声波时差法建立单井的三压力剖面，然后用实测泥浆密度进行纠偏，保证压力剖面的可靠性。声波时差法在进行压力预测时有多种方法可选，目前包括基于趋势线建立的等效深度法[2]、Eaton法[3]等。还有一些基于有效应力的方法，如Bowers法[4]和Tau模型[5]等，用于预测地层孔隙压力。Eaton法是一种基于正常压实趋势线计算地层压力的方法，是目前石油行业中应用最广泛的方法之一，但其局限性在于仅适用于泥岩地层。另一方面，Bowers法考虑了泥岩欠压实及其他异常高压形成机制，主要考虑了欠压实和孔隙流体膨胀。鉴于四川地区地层情况的复杂性、易漏易塌等综合因素，本文综合考虑采用Bowers法进行孔隙压力的预测。

二、W区块的地质特点

W区块是国家级页岩气开发示范工程的重点开发地区，该区块有中生界和新生界地层，地质构造为荣威穹窿与新店子向斜，其中页岩气目的层为下志留统龙马溪组，是优质页岩的发育层段。在一般的泥页岩中，异常高的孔隙压力主要是由于不平衡的压实过程导致的。在这种情况下，相应的孔隙度增加，使用与孔隙度相关的测井参数（如声波时差、电阻率等）进行孔隙压力预测通常能够取得良好的效果。然而，页岩气地层中异常孔隙压力的成因机理较为复杂，异常高压的形成可能不再以不平衡的压实为主要原因，油气的生成也可能导致孔隙压力的增大[6]。页岩层的杨氏模量越大，泊松比越小，其脆性越强。例如，五峰组顶部的观音桥层泊松比约为0.389，杨氏模量的最低值为19290Mpa，最大值为23334 Mpa。龙马溪组的泊松比主要分布在0.2～0.4之间，杨氏模量主要分布在21453～26367 Mpa之间。在四川威远区块的龙马溪组中，井下与露头的页岩石中含有石英、长石、黄铁矿、黏土矿物、方解石、白云石等成分，这些成分的含量差异较大，分别为5.80%、3.11%、0.64%、9.84%、13.52%、5.88%。由此可知，四川威远气田属于非均质性裂缝型气藏[7]。

三、压力预测

（一） 单井压力预测

采用原始的Eaton法不适用页岩气储层压力预测，采用修正Eaton法或者采用Bowers法预测异常孔隙压力。

将井1、井2和井3的声波数据分别导入压力预测软件，采用Bowers法进行孔隙压力的预测，在此基础之上计算破裂压力和坍塌压力，三压力预测结果如图1、图2、图3所示。

（二）建立三压力剖面

由于受地层的起伏、厚度变化、延伸趋势以及断层的影响，目标层段内地层压力呈现较大的空间变化。因此，在预测待钻井地层压力时，需充分考虑地层的空间展布和区域地质构造。这需要定义一个包含地层埋深和压力信息的地层压力矩阵。建立区域内岩层的空间分布是利用附近已钻井的井筒资料进行地层压力描述的重要基础，可借助地形生成技术进行相关研究。通过综合分析已钻井的测井资料、岩性资料和地质信息，获取已钻井井位的部署和地质分层数据。然后，利用地形生成技术建立区域内立体地层的空间展布。根据待钻井的井位部署和断层构造情况，将构造区域划分成块状或分区域，以获取该构造区域内邻井和待钻井位的地层划分情况。

在邻井压力预测中，更为关键的是压力预测的准确性和结果的可信度。换言之，重要的是了解预测井与参考井之间地层压力的实际相关性有多大。选择的参考井和预测井应在同一构造上，地质条件相同，没有断层分隔。有人提出了参考井可靠性分级的办法，按等级分为A级（可靠，在同一构造无断层，地层压力相似度大于90%）、B级（比较可靠，在同一构造上有断层，相似度80%左右）和C级（基本可靠，在同一构造上有两个以上断层，相似度70%）[8]。

邻井地层压力数据、邻井的空间位置以及目标区域的空间连续性，是影响地层压力外推方法计算准确度的关键因素。对于存在断层或地质构造较为复杂的地区，需要充分了解地质构造特征，并借助地震资料进行构造分析和区块划分，以便建立目标井的地层压力。

选取该地区重要的四个关键地层建立地质模型如图4所示，可知待钻井和已钻的三口井之间从地质构造上没有断层，没有褶皱等大的地质构造变化，因此，可以采用邻井资料数据对未知井进行压力预测。

（三）w-井压力预测

首先，通过计算各邻井的地层孔隙压力，可以利用地层压力矩阵构建方法建立邻井的地层孔隙压力矩阵。然后，通过深度平差处理和空间插值处理，将邻井的压力分别移植到待钻井位置。在考虑邻井的综合效果后，形成待钻井的压力曲线。

在进行压力预测时，首先需要对该区块进行地层分组，这一步对于后期进行压力预测至关重要，是对整个区块地层认识的基础。以威远区块为例，对2700～4300m进行地层分组，建立地质层面。然后，根据之前的已知数据对预测井进行压力分析和计算。计算结果如图5所示。

四、三压力预测与实测结果对比

图6所示黑色曲线为实钻钻井液密度，可以看出实际钻进的钻井液密度完全在安全窗口之内，表明预测结果是可靠的，对现场钻进施工具有实际的指导意义。

五、结语

地层压力预测对于钻井施工的重要性不言而喻，在资料有限的情况下，根据已钻井资料对待钻井进行预测具有重要的意义。

待钻井预测中地质层面的建立是重中之重，需要对该区域地层有充分认识是进行地层压力预测的关键。通过在W区块待钻井预测结果表明该方法可以给实际钻井施工提供可靠的参考依据。

参考文献

[1]樊洪海.异常地层压力分析方法与应用[M].北京：科学出版社，2016：152-157.

[2] RANSON R C. A method for calculation pore pressures from well logs[J]. The Log Analyst， 1986， 27（2）：72-76.

[3]EATON B A. The equation for geopressure predicition from well logs[R]. SPE5544，2013.

[4]BOWERS G L. Pore pressure estimation from Velocity data： accounting for overpressure mechanisms besides undercompaction[J]. SPE Drilling&Completion，1995，10（02）：89-95.

[5]DUTTA N C. Geopressure prediction using seismic data：current status sng the road ahead[J]. Geophysics，2002，67（6）：2012-2041.

[6]郭旭升.南方海相頁岩气“二元富集”规律——四川盆地及周缘龙马溪组页岩气勘探实践认识[J].地质学报，2014，88（07）：1209-1218.

[7]刘若冰.超压对川东南地区五峰组——龙马溪组页岩储层影响分析[J].沉积学报，2015，33（04）：817-827.

[8]管志川，魏凯.利用已钻井资料构建区域地层压力剖面的方法[J].中国石油大学学报（自然科学版），2013，37（05）：71-75.

责任编辑：王颖振、周航