旅大6—2油田井壁穩定性研究分析

[摘要]在油氣鉆探過程中，地層壓力預測是一項十分關鍵的基礎工作。特別是對于科學探索井，精確的地層壓力預測能夠為鉆井液密度選擇、鉆井參數優化和井身結構設計提供科學依據。針對LD6-2科探井的地震資料，以及周邊區塊已鉆井的地質、地震、鉆井、測井、測試等資料分析，得出了科探井地層孔隙壓力、破裂壓力和坍塌壓力剖面，建立了合理的鉆井液安全密度窗口。

[關鍵詞]地層壓力；鉆井液密度；計算模型

1 引言

對于科探井，無法直接利用測井資料進行壓力預測，只能利用地震資料分析法，將地震速度譜解釋得到地震層速度。由于地震層速度的倒數即為聲波時差，從而可以應用最為廣泛的聲波時差法計算地層孔隙壓力。對于渤海科探井，首先主要依據地震資料對該科探井的孔隙壓力、破裂壓力以及坍塌壓力進行計算模式理論分析和研究，建立地層壓力剖面，再結合科探井鄰近圍區井史資料，對壓力預測結果進行對比驗證，并對計算模型進行修正和優化，通過綜合分析處理，作出科學推斷。

科探井隨鉆過程中需進行隨鉆監測，可通過上部已鉆井段的錄井資料，結合地震資料，建立巖石抗鉆強度與井底壓差關系曲線，根據井下地層巖石抗鉆強度的變化來監測地層孔隙壓力的變化，并重新評價深部待鉆進地層。此外，需要在鉆完上部地層后，根據二開、三開破裂壓力實驗值對原有破裂壓力計算模型中構造應力系數進行修正，從而提高地層破裂壓力預測的精確性。

1.1 地層孔隙壓力計算模型

用地震資料預測地層孔隙壓力的具體方法是：從速度譜解釋得到疊加速度，把疊加速度轉換為均方根速度，再用DIX公式計算地震層速度，也有的地震資料可以直接給出地震層速度，根據地震層速度與聲波時差的倒數關系，得到聲波時差與地層深度的關系，從而用聲波時差法計算地層壓力。使用該方法在地震資料具有較高分辨率的情況下，計算的層速度準確性越高。

根據處理得到的地層聲波時差資料，采用Eaton法進行地層壓力計算。在計算時，正常壓實井段的選取尤為重要，選取不當將會給正常趨勢線帶來較大誤差，從而影響預測結果的準確性。

Eaton法地層壓力計算模型：

式中 為地層孔隙壓力梯度， ； 為上覆巖層壓力梯度， ； 為地層水密度， ； 為正常壓實時的聲波時差值， ； 為實測聲波時差值， ； 為Eaton指數。

1.2 地層破裂壓力預測方法

破裂壓力是井眼周圍地層在井內泥漿柱壓力作用下使其起裂或原有裂縫重新開啟的壓力，它是由于井內泥漿密度過大使井壁巖石所受的周向應力超過巖石的抗拉強度造成的。

假設井眼處于平面應變狀態，根據巖石力學理論，可求得非均勻地應力作用下井壁產生拉伸破裂時的井內泥漿柱壓力即破裂壓力的計算模式為：

式中： 為地層破裂壓力，MPa； 為巖石的泊松比， ，這里取0.25； ，地層構造應力系數，無量綱， 、 水平兩個主應力方向的構造應力系數； 為上覆巖層壓力，MPa； 為地層孔隙壓力，MPa， 為有效應力系數，即壓裂過程中地層孔隙壓力對地層破裂壓力的貢獻系數； ，巖石抗拉強度，MPa。 —地層破裂壓力梯度 ，H為井深，m。

對于新區的第一口科探井，在沒有地層破裂壓力實測值得情況下，選取鄰近構造的構造應力系數值作為參考值預先進行預測，在鉆完上部地層后，根據二開、三開破裂壓力試驗實驗值對原有構造應力系數進行修正，從而提高地層破裂壓力預測的精確性。

1.3 地層坍塌壓力預測方法

根據剪切破壞準則可知，當井壁圍巖所受的應力超過巖石本身的抗剪切強度時，井壁圍巖就會發生剪切破壞，從而造成井壁坍塌。坍塌壓力是鉆井工程中又一重要參數，它的大小也決定了鉆井液的最小密度，研究地層的坍塌壓力對維持井壁穩定、實現快速鉆進具有重要的意義。

坍塌壓力的計算模型如下：

式中： ，地層坍塌壓力當量密度，g/cm3； ，應力非線性修正系數，無量綱； 分別為地應力最大水平、最小水平主地應力；g/cm3； ， 為內摩擦角；度； ，巖石粘聚力，MPa； ，有效應力系數，，無量綱； ，地層孔隙壓力，g/cm3；H，井深，m。

地層的破裂壓力、坍塌壓力對確定安全鉆井液密度窗口具有重要的作用，所以在實際計算中，應根據實際的地層資料進行分析計算，并選擇合適深度的巖心實驗進行校正。

2 工程設計實例

旅大6-2油田位于渤海遼東灣海域中南段，東經120°54′～121°03′，北緯39°50′～39°57′，北距已開發油田金縣1-1油田約13.0km，西距綏中36-1油田約15.0km，西南距旅大10-1油田30.0km。油田范圍內平均水深31.3m。區域構造上，旅大6-2構造處于遼東凸起西陡坡帶上，處于遼中一號走滑大斷層下降盤，與遼中凹陷中洼毗鄰，整體構造形態為被斷層復雜化的半背斜構造。

根據鄰井的測井、錄井資料及本井的測井資料，對該井的三個地層壓力剖面進行了計算，具體結果見表1。

由上表可知，LD6-2井明化鎮安全鉆井液密度窗口為[1.27，1.65]；館陶組安全鉆井液密度窗口為[1.25，1.71]；東營組安全鉆井液密度窗口為[1.26，1.76]；東三段安全鉆井液密度窗口為[1.44，1.70]。

3 總結

本分析方法針對渤中LD6-2科探井的地震資料，以及周邊區塊已鉆井的地質、地震、鉆井、測井、測試等資料分析，得出了科探井地層孔隙壓力、破裂壓力和坍塌壓力剖面，建立了合理的鉆井液安全密度窗口。在工程實例LD6-2應用中取得了非常好的效果，對井壁穩定性的計算具有非常重要的作用。對科探井的地層壓力，綜合依據地質、地震、鉆井、測井、測試、漏失試驗及實驗室分析等資料，應用合理的預測模型在鉆前、隨鉆和鉆后各環節可以使地層壓力預測精度逐步精確化，為鉆井設計和施工提供依據。

參考文獻

[1] 蘇義腦等，科學探索井地層壓力計算[J]，石油學報，2001，22（1）：78-85

[2] 黃榮樽，一種新的地層破裂壓力預測方法[J]，石油鉆采工藝，1986，03（1）：1-13

[作者簡介] 于忠濤，男，1980年12月生人，山東蓬萊人，中級職稱，從事鉆井監督及鉆井工程設計工作9年，目前就職于中海油能源發展股份有限公司監督監理技術分公司。