地層壓力預(yù)測技術(shù)

1、地層壓力預(yù)測技術(shù)第一章 大慶油田的地質(zhì)特點大慶油田位于松遼盆地北部，其儲油層屬于內(nèi)陸湖盆地葉狀復(fù)合三角洲沉積，是一個大型的多層砂巖油田，共有三套含油組合，即上部黑帝廟、中部薩葡高和下部扶楊含油組合。由于湖盆頻繁而廣泛的變化，形成了泛濫平原、分流平原、三角洲內(nèi)外前緣等不同的沉積相帶，在薩爾圖、葡萄花、高臺子含油層段內(nèi)，由于不同的沉積時期和不同的沉積環(huán)境，又形成了不同類型的沉積砂體和沉積旋回，因此造成其平面上和垂向上的嚴(yán)重非均質(zhì)性。由于這種特定的內(nèi)陸湖相沉積環(huán)境，構(gòu)成了大慶油田的許多基本特點。一是油層多，含油井段長，儲量豐度高。薩爾圖、葡萄花、高臺子油層組，約有49130多個單層，含油井段幾十米到

2、幾百米，每平方公里的儲量從幾十萬噸到幾百萬噸不等。二是油層厚度大，差異也大，最薄的0.2m，一般1m3m，最大單層厚度可達(dá)10m13m。三是滲透率差異大，空氣滲透率最低0.02m2,最高達(dá)5m2。在縱向剖面上，形成了砂巖與泥巖，厚層與薄層，高滲透層與低滲透層交錯分布的復(fù)雜情況。第二章 淺氣層分布規(guī)律及下表層原則2.1 淺氣層的分布規(guī)律淺氣層在大慶油田尤其是大慶油田長垣北部的喇、薩、杏油田具有廣泛的分布。在構(gòu)造軸部的嫩二段頂部粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖層，嫩三段的粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖層，嫩四段的細(xì)砂巖及粉砂巖層，只要具備以下三條件，就能形成淺氣層（在外圍就是黑帝廟油層）。1）具備2.5m視電阻率為10m，

3、自然電位3mv的砂巖。2）該砂巖必須在一定海拔深度以上才能形成氣層。3) 同時形成一定的局部構(gòu)造圈閉及斷層遮擋條件（即斷層斷裂后相對隆起的下盤被斷層遮擋），有利于淺氣層的聚集。，薩爾圖、杏樹崗油田淺氣含氣范圍見表1-1，喇嘛甸油田淺氣含氣范圍見表1-2。圖1-1 淺氣層分區(qū)示意圖表1-1 薩爾圖、杏樹崗油田淺氣層分布及防噴地質(zhì)要求淺層含氣區(qū)名稱含 氣 區(qū) 范 圍表層套管下深(m)鉆井液密度(g/cm3)南三區(qū)以北地區(qū)南四區(qū)杏三區(qū)杏四區(qū)太井嫩二段海拔頂部深度 (m)相當(dāng)嫩二段頂部深度 (m)嫩二段海拔頂部深度 (m）相當(dāng)頂部嫩二段深度 (m)嫩二段海拔頂部深度（m)相當(dāng)頂部嫩二段深度 (m)開鉆

4、起鉆主要高壓區(qū)-280以上430以上-395以上540以上-400以上540以上1001.25|1.301.35高壓區(qū)-280|-320430|470-395|-415540|560-400|-420540|5601001.25|1.301.35主要含氣區(qū)-320|-360470|510-415|-455560|600-420|-440560|5801001.25|1.301.35表1-2 喇嘛甸油田淺氣層分布及防噴地質(zhì)要求淺層含氣區(qū)名稱含 氣 區(qū) 范 圍表層套管下深(m)鉆井液密度(g/cm3)喇嘛甸油田嫩二段頂部海拔深度(m)相當(dāng)嫩二段頂部深度(m)開鉆起鉆主要高壓區(qū)-450以上600以上

5、1001.35|1.401.45高壓區(qū)-450|-480600|6301001.30|1.351.40主要含氣區(qū)-480|-510630|6601001.25|1.301.35儲集在各儲集層的淺氣層的產(chǎn)狀有很大的差別，嫩二段頂部砂巖的淺氣層產(chǎn)狀以純氣層為主，而嫩三段、嫩四段砂巖中的淺氣層則以氣水同層為主，在鉆井過程中，如果不采取防范措施或采取措施不當(dāng)，極易發(fā)生氣浸、井涌、井噴甚至井噴失控等復(fù)雜情況，重者造成鉆機(jī)陷入地下，固后管外噴冒而報廢井，輕者套管外冒氣、冒水而影響油水井投產(chǎn)，使企業(yè)、國家蒙受重大經(jīng)濟(jì)損失，地下資源遭到人為破壞，環(huán)境遭受嚴(yán)重污染，人民群眾生命受到嚴(yán)重威協(xié)，因此必須引起足夠的重

6、視。2.2 下表層的原則 下表層裝防噴器是防噴的基礎(chǔ)技術(shù)措施，是二次井控的必備條件，根據(jù)中國石油天然氣集團(tuán)公司的石油與天然氣鉆井井控規(guī)定，結(jié)合大慶油田鉆井生產(chǎn)實際，于2003年2月制定了大慶油田井控技術(shù)管理實施細(xì)則。細(xì)則規(guī)定凡屬下列情況之一者，必須下表層裝防噴器。1）新區(qū)第一口探井；2）深層及外圍探井；3）探氣井和開發(fā)氣井；4）其它預(yù)探井；5）有淺氣層地區(qū)的開發(fā)井、調(diào)整井；6）設(shè)計鉆井液密度超過1.90g/cm3的調(diào)整井、開發(fā)井；7）位于居民區(qū)的調(diào)整井、開發(fā)井；8）在鐵路、公路干線、主要工業(yè)及民用建筑物100m范圍以內(nèi)的調(diào)整井、開發(fā)井；9）特殊作業(yè)或試驗井。第三章 鉆井前降低地層壓力的方法近年

7、來，油藏評價鉆井在長垣內(nèi)部調(diào)整井區(qū)內(nèi)加深鉆探扶楊油層的井越來越多，由于中部薩葡高含油組合注水開發(fā)，給尚處于原始狀態(tài)的扶楊油層鉆井帶來了很大難度。鉆井前，若能把中部薩葡高含油組合的高壓層的壓力降下來，使用較低的鉆井液密度鉆井，既可以減少對油層的污染，也可以有效地減少鉆井中井噴、井漏和卡鉆等復(fù)雜情況發(fā)生，這對提高固井質(zhì)量也有一定的好處，同時還可以降低鉆井成本，提高鉆井速度。因此研究鉆井前降壓方法，也是鉆井中很重要的一項技術(shù)工作。老區(qū)加深鉆探實際上相當(dāng)于中部薩葡高含油組合鉆調(diào)整井，因此介紹幾種調(diào)整井降壓方法。3.1 分區(qū)塊提前降壓鉆調(diào)整井應(yīng)是一個區(qū)塊一個區(qū)塊進(jìn)行，以便給分區(qū)塊提前降壓創(chuàng)造條件。1）降

8、低注水井的注水泵壓注水開發(fā)的油田，油層壓力的來源是注水井長期注水，在鉆調(diào)整井前，有目的的把注水泵壓相對降低一些，注水量就減少了，地層壓力也就會降低一些。2）采油井加大日產(chǎn)液量在同樣長的時間里，采出較多的液量，是有利于降低地層壓力的。3）采油井打開堵水層堵水層一般是高壓層，鉆調(diào)整井之前，打開堵水層，使采油井對其采液，就可以降低堵水層的壓力。4）對套管錯斷的注水井放溢流對應(yīng)在套管錯斷層位的高壓層，通過套斷注水井放溢流，可以很快的把地層壓力降下來。5）對采油井高壓層射孔后采液有些套斷的注水井，井筒內(nèi)被巖石碎塊等雜物堵死，不能放溢流，為了把套斷層位對應(yīng)的高壓層的地層孔隙壓力降下來，在采油井上，對準(zhǔn)套斷

9、層位進(jìn)行射孔后采液，也可以起到降壓作用。3.2 注水井控制注水量它適用于注水層位單一、吸水層單層厚度大、分布面廣、滲透率高而且注采平衡的層。如大慶的喇嘛甸油田，注p1組油層的注水井，就可以采用控注的辦法，在短時間內(nèi)局部降低注水井附近區(qū)域的地層壓力，以滿足鉆調(diào)整井的需要。3.3 注水井關(guān)井停止注水或停止注水并放溢流 大慶油田老區(qū)調(diào)整初期1995年基本執(zhí)行：鉆關(guān)距離600m，開鉆前，300m以內(nèi)注水井井口恢復(fù)壓力不超過2.0mpa；300m600m之間的注水井井口恢復(fù)壓力不超過3.0mpa 。1995年開始，陸續(xù)在不同區(qū)塊進(jìn)行了鉆關(guān)現(xiàn)場試驗，在老區(qū)鉆關(guān)距離基本控制在450 m范圍內(nèi)，即開鉆前，30

10、0 m以內(nèi)注水井井口恢復(fù)壓力不超過2.0mpa；300m450m之間的注水井井口恢復(fù)壓力不超過3.0mpa。當(dāng)然，對不同區(qū)塊、不同層位的注水井鉆關(guān)方案差別也較大。3.4 鉆泄壓井對高壓層進(jìn)行泄壓 在油、水井成片的套管損壞區(qū)內(nèi)，套損的注水井和采油井，對套損層位的高壓層，都不能降壓時，就必須有目的鉆一些泄壓井。而后射開套損層位的高壓層，以達(dá)到降壓的目的。第四章 地層壓力與固井質(zhì)量的關(guān)系大慶油田已進(jìn)入高含水后期開采,其二、三次加密調(diào)整方案已經(jīng)陸續(xù)展開。隨著油田開發(fā)的不斷調(diào)整,井網(wǎng)越來越密,不同的開發(fā)層系,幾套開發(fā)井網(wǎng)相互作用,使儲層的地層壓力在平面上和縱向上分布更加復(fù)雜,沿用采油廠提供的籠統(tǒng)的靜壓值

11、來指導(dǎo)調(diào)整井鉆井工作已不能滿足需要。第一,目前影響固井質(zhì)量的主要地質(zhì)因素之一是單層高壓,而籠統(tǒng)的靜壓不能反映單層的壓力。第二,就1口井而言,籠統(tǒng)的靜壓,是高壓層、欠壓層、常壓層的平均值,因此它低于高壓層的壓力。第三,高壓層壓力和靜壓值之間相差多少,不是一個定值,光憑經(jīng)驗,在靜壓值上加上一個差值就等于高壓層的壓力,盲目性太大。第四,高壓層都是注多采少或光注不采的憋壓層,在平面上無規(guī)律可言,但在鉆井之前,如果不弄清楚,會給鉆井和固井造成影響,因此,應(yīng)當(dāng)研究小層的壓力與固井質(zhì)量的關(guān)系,確定合理的套管下深和井身結(jié)構(gòu),制定合理的固井設(shè)計和施工方案,從而確定合理的固井液密度,以確保調(diào)整井的固井質(zhì)量。4.1

12、 鉆井液密度的確定平衡壓力鉆井中鉆井液密度的確定，以地層孔隙壓力當(dāng)量鉆井液密度為基數(shù)，再增加一個安全附加值。選擇附加值時要考慮地層孔隙壓力預(yù)測精度、地層破裂壓力、地層坍塌壓力、h2s含量和井控設(shè)備配套情況，附加值按以下兩種原則之一確定（欠平衡井或其他特殊井執(zhí)行鉆井工程設(shè)計給定的附加值）。1) 油水井為0.05 g/cm30.10g/cm3 ，氣井為0.07 g/cm30.15g/cm3 。2) 油水井為1.5 mpa3.5mpa，氣井為3.0 mpa5.0mpa。4.2 地層壓力與固井質(zhì)量的關(guān)系4.2.1地層壓力與固井質(zhì)量關(guān)系的研究利用模擬裝置進(jìn)行了室內(nèi)試驗研究,如圖1-2所示,試驗裝置主要由

13、外套、模擬巖心、環(huán)空(水泥環(huán))、套管、聲幅儀、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等部分組成。圖1-2 室內(nèi)模擬裝置圖地層壓力對固井質(zhì)量的影響表現(xiàn)在兩個方面:一個是環(huán)空壓差,即液柱壓力與地層壓力之差值;另一個是層間壓差,即高壓層與低壓層之間孔隙流體壓力的差值。大慶油田由于長期的注水開發(fā),地下已形成高壓層、常壓層、低壓層等并存的多壓力層系。在固井過程中,不同地層的孔隙壓力與液柱壓力之差值不同(即環(huán)空壓差不同),環(huán)空壓差的變化反映了地層壓力的變化。在模擬裝置上,進(jìn)行了不同環(huán)空壓差下水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量室內(nèi)試驗,試驗條件:地層狀態(tài)為鋼壁+325目篩網(wǎng)+60目篩網(wǎng)；水泥漿為哈爾濱a級水泥,水灰比0.44,密度1.90g/cm3;養(yǎng)

14、護(hù)條件為45水浴養(yǎng)護(hù)；濾餅情況為憋壓2h2mpa,浸泡24h,厚度2mm3mm。結(jié)果見圖1-3。圖1-3 環(huán)空壓差與固井質(zhì)量關(guān)系圖由圖1-3可見,液柱壓力和地層壓力的壓差在1mpa8mpa之間,固井聲幅檢測其幅度值小于5%。當(dāng)環(huán)空壓差大于9.5mpa(相當(dāng)于低壓層固井)時,a級水泥原漿的水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量的聲幅值將大于10。當(dāng)環(huán)空壓差小于1.0mpa(相當(dāng)于高壓層固井)時，水泥漿在固井過程中將不能阻止地層流體的侵入,地層流體將侵入環(huán)空,引起聲幅值的升高或二界面的竄槽,從而破壞環(huán)空的膠結(jié)質(zhì)量。4.2.2地層壓力影響水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量的機(jī)理在鉆井固井生產(chǎn)過程中，地層壓力對水泥漿膠結(jié)質(zhì)量的影響可以分為下列2

15、種情況：一是高壓層的固井(相當(dāng)于室內(nèi)試驗的環(huán)空低壓差9.0mpa)。高壓層固井地質(zhì)因素對水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量的影響機(jī)理是:高壓層固井時地層壓力較高，環(huán)空壓差較小，水泥漿在凝固過程中水泥顆粒餃合強(qiáng)度的發(fā)展引起環(huán)空阻滲能力的降低。當(dāng)環(huán)空阻滲能力降至低于地層侵入能力,而水泥石孔隙毛細(xì)管力的發(fā)展不能補(bǔ)償環(huán)空阻滲能力的降低時，地層流體侵入環(huán)空，破壞水泥環(huán)的膠結(jié)質(zhì)量，引起二界面的竄槽甚至空套管。取環(huán)空壓差試驗的水泥環(huán)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。通過礦相分析可知，環(huán)空壓差1.0mpa作用下形成的水泥環(huán)，其水泥石的顯微結(jié)構(gòu)與環(huán)空壓差在1.0mpa9.0 mpa形成的水泥石相比，水泥顆粒膠結(jié)疏松，孔隙度較大，膠結(jié)物(主要是氫氧鈣石

16、)不發(fā)育，水泥顆粒之間的膠結(jié)作用減弱，氫氧鈣石在孔隙中自形發(fā)育，水泥石的滲透率和孔隙度較高，毛細(xì)管力較小，水泥石的膠結(jié)質(zhì)量較差。所以高壓層固井時必須保證環(huán)空壓差大于1mpa，以防止地層流體在水泥漿候凝過程中侵入環(huán)空。低壓層固井地質(zhì)因素對水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量的影響機(jī)理是:低壓層由于地層壓力較低，環(huán)空壓差較高，水泥漿的阻滲能力明顯增大，結(jié)果造成水泥漿的濾失。由室內(nèi)試驗，取高壓差下水泥漿失水后形成的水泥石進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)礦相分析可知，高壓失水后形成的水泥石水化顆粒堆積，水化產(chǎn)物不發(fā)育，水泥顆粒自形程度較高，膠結(jié)物氫氧鈣石含量較少，顆粒間的餃合強(qiáng)度低。失水后形成的水泥石再放入水浴中養(yǎng)護(hù)，由礦相分析可見，水泥顆粒

17、繼續(xù)水化，顆粒間膠結(jié)作用增強(qiáng)，水化產(chǎn)物進(jìn)一步發(fā)育，導(dǎo)致水泥石處于高應(yīng)力場中，在應(yīng)力集中處水泥顆粒間原有的膠結(jié)結(jié)構(gòu)被破壞，局部可見微裂縫。故當(dāng)水泥漿的濾失量達(dá)到水泥漿體積的13%時，水泥顆粒堆積，環(huán)空水泥漿的容積變小，相互膠結(jié)很快形成結(jié)構(gòu)，環(huán)空中水泥石具有一定的顆粒餃合強(qiáng)度，環(huán)空的阻滲能力降低，環(huán)空中的水泥漿濾失將減弱乃至停止。由于液柱中自由水的補(bǔ)給，已形成結(jié)構(gòu)的水泥顆粒將進(jìn)一步水化，水泥顆粒逐漸長大，導(dǎo)致水泥石處于高應(yīng)力場中，當(dāng)應(yīng)力足夠大時，原有的水泥石結(jié)構(gòu)受到破壞，水泥顆粒餃合強(qiáng)度降低，環(huán)空的阻滲能力增大，水泥漿繼續(xù)濾失，水泥顆粒又膠結(jié)，形成一定的膠結(jié)結(jié)構(gòu)。自由水的補(bǔ)給造成水泥顆粒繼續(xù)水化，

18、水泥石又處于高應(yīng)力場中，水泥石結(jié)構(gòu)又遭坡壞，結(jié)果造成低壓層在水泥漿凝固過程中環(huán)空阻滲能力的波動，水泥石的膠結(jié)質(zhì)量受到破壞，從而影響固井質(zhì)量。4.3 多壓力層系固井液密度的一種計算方法水泥漿失重是由于水泥在膠凝時，產(chǎn)生返壁懸掛，質(zhì)點沉落，阻止了水泥漿液柱壓力的有效傳遞，以及水泥在水化過程中的收縮和吸水等原因造成的。固井時，水泥漿密度一般大于1.90g/cm3；而在計算固井液密度時，常規(guī)水泥漿失重值均按1g/cm3 計算。對于高壓層埋藏較深的井，由于水泥漿失重段長，計算的固井液密度值一般過高，而在現(xiàn)場實際應(yīng)用時，這不僅增加重晶石粉用量，浪費(fèi)成本，而且高密度固井液易導(dǎo)致井漏發(fā)生，污染油層，增加了施工

19、難度。為此，在分析研究現(xiàn)場數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出水泥漿失重值與水泥漿段長之間關(guān)系式，從而,為現(xiàn)場施工提供技術(shù)支持。4.3.1 常規(guī)固井液密度的計算現(xiàn)場采用的固井液密度是按1g/cm3計算，并在平衡密度的基礎(chǔ)上增加一定的數(shù)值，用此來補(bǔ)加水泥漿失重時的液柱壓力的降低。固井時的安全壓差（液柱壓力與地層壓力之間的差值）一般在1.0mpa1.5mpa之間，其計算式為：p1=h-（h1+h2） r1+h1r2+h2r3/102 （1）p2= hr4/102 （2）p= p1-p2 （3）可以導(dǎo)出r1= 102p +hr4-h1r2-h2r3/h-（h1+h2）（4）式中：p1為地面到高壓層頂?shù)囊褐鶋毫pa

20、； h2為高壓層頂距水泥面之間的差值m；p2為高壓層的地層壓力mpa；r2為隔離液密度g/cm3；h為高壓層頂深m；r3為水泥漿失重值g/cm3;h1為隔離液高度m；r4為地層壓力因數(shù)（平衡密度）g/cm3；r1為固井液密度g/cm3；p為安全壓差mpa。以測rft的杏9-21-丙47井為例來計算固井液密度，結(jié)果見表1-3。表1-3 杏9-21-丙47井rft測試解釋成果序號層位h/mp2/mpar4/(gcm-3)序號層位h/mp2/mpar4/(gcm-3)1s21042.9干點12pi211151.39.920.882s31047.7干點13pi211154.39.940.883s410

21、53.3干點14pi311166.3干點4s51056.315.731.5215pi331182.913.271.145s111080.714.571.3716pi421191.7干點6s151089.511.821.1117pi71202.5干點7s51110.3干點18pi81205.9干點8s61114.6干點19pi91208.5干點9pi111135.718.351.6520pi91211.5干點10pi111137.718.661.6721pi101214.5干點11pi121141.7干點22pi101217.5干點pi11為最高壓力層，h=1137.7m；h1=80m；h2=1

22、137.7-934=203.7(m)；r2=1g/cm3；r3=1g/cm3（常規(guī)值）；r4=1.67g/cm3；p為1mpa將已知參數(shù)代入式（4）得r12.01g/cm3，而本井實際固井液1.82g/cm3，并且實際水泥面比設(shè)計水泥面多64m（934m-870m），聲檢此層無幅度（優(yōu)質(zhì)井）。依據(jù)實際數(shù)據(jù)，在水泥漿失重時，按密度1.82g/cm3的固井液固井，壓穩(wěn)了該高壓層。在不考慮其它的附加因素，反推出r3的值為1.43g/cm3。4.3.2 固井液密度的經(jīng)驗表達(dá)式統(tǒng)計近300口井的現(xiàn)場實際資料，其中有5口井測rft或sft，21口井在完井電測時有油水浸顯示，固井液密度是按固井水泥漿失重時液

23、柱壓力p1等于高壓層的地層壓力p2情況下進(jìn)行計算的，由式（1）和（2）得：r1=hr4-h1r2-h2r3/h-(h1+h2) （5）式中：r1，h，r4，h1,r2對于給定的單井均可視為不變，而h2是變化的，從而可以確定r3，r3與h2的對應(yīng)關(guān)系見表1-4。表1-4 r3和h2對應(yīng)關(guān)系井 號層位h1/mh2/mr4/(gcm-3)r2/(gcm-3)h/mr1g/(gcm-3)r3/(gcm-3)杏9-21-丙47pi1180267.71.6711137.71.821.43南4-40-526gi880396.81.6411058.81.731.64杏9-丁1-332s4801831.6018

24、75.01.751.36南4-40-532si4+58084.41.6251839.41.761.14南3-41-632gi2080431.41.6511149.41.721.67應(yīng)用最小二乘法，可得出關(guān)系式為：r3=0.001486528h2+1.042683009 （6）可簡化為r3=0.0015h2+1.04 （7）在實際生產(chǎn)中，可以靈活應(yīng)用式（7），如在易漏區(qū)，按式（7）計算，使得求取的固井液密度最低，在正常區(qū)可以把式（7）中的1.04取為1，以增加固井時壓穩(wěn)高壓層的安全系數(shù)。根據(jù)式（5）、（7）就很容易計算出固井液的密度值?？紤]實際水泥面與預(yù)計水泥面的偏差，在計算固井液密度時，把高壓

25、層距水泥面之間的差值h2附加50m，按經(jīng)驗表達(dá)式計算后的固井液密度值比常規(guī)計算的固井液密度值低得多，但足以保證固井質(zhì)量。4.3.3 結(jié)論（1）推導(dǎo)出的經(jīng)驗式可用于現(xiàn)場計算固井液密度。（2）實際計算時，應(yīng)把高壓層距水泥面之間的差值h2增加50m。第五章 鉆井地質(zhì)設(shè)計5.1鉆井地質(zhì)設(shè)計流程 1）接受鉆井地質(zhì)工程設(shè)計任務(wù)書2）到采油廠、開發(fā)部、油藏評價部或研究院其中一個單位取方案3）分析討論開發(fā)方案4）到研究院、采油廠、錄井公司、試油試采、測井公司、鉆井公司、井下作業(yè)分公司等調(diào)研收集資料5）繪制地質(zhì)分析圖6）地質(zhì)分層設(shè)計7）現(xiàn)場踏勘了解地形地貌、確定建筑物表層等8）與采油廠商討鉆關(guān)方案9）復(fù)印圖幅室

26、內(nèi)分析編寫地質(zhì)設(shè)計10）打印初稿11）組長初審12）修改設(shè)計13）打印設(shè)計14）主管地質(zhì)設(shè)計領(lǐng)導(dǎo)審核15）修改設(shè)計16）打印設(shè)計17）交付鉆井工程設(shè)計人員18）制作匯報多媒體 19）開發(fā)部或油藏評價部組織討論（開發(fā)部或油藏評價部、采油工程研究院、采油廠、鉆井公司等單位） 20）修改設(shè)計 21）打印稿件 22）地質(zhì)設(shè)計與工程設(shè)計合訂 23）送所主管領(lǐng)導(dǎo)審核 24）取回修改設(shè)計 25）送開發(fā)部或油藏評價部審批26）送油公司領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)27）取回修改設(shè)計28）打印稿件送工程組29）印刷后取回保存30）現(xiàn)場跟蹤分析設(shè)計符合率31）如有不符及時修改設(shè)計32）歸還所有借閱資料。5.2鉆井地質(zhì)設(shè)計管理辦法5.2

27、.1 適用范圍 本“辦法”包括鉆井地質(zhì)設(shè)計崗職責(zé)、設(shè)計內(nèi)容、引用標(biāo)準(zhǔn)及格式、設(shè)計審批程序、設(shè)計更改程序及鉆井地質(zhì)設(shè)計的發(fā)放辦法，適用于油田公司開發(fā)部或油藏評價部下達(dá)的開發(fā)控制井、調(diào)整井、取心井、試驗井、特殊工藝井和疑難復(fù)雜井等區(qū)塊、單井鉆井地質(zhì)設(shè)計的管理。5.2.2 鉆井地質(zhì)設(shè)計崗職責(zé)1）接受鉆井地質(zhì)設(shè)計任務(wù)。2）掌握有關(guān)鉆井地質(zhì)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、國家有關(guān)的法令、法規(guī)。3）掌握油田開發(fā)方案的各項地質(zhì)要求、鄰井動靜態(tài)資料及已鉆井的施工情況。了解掌握國內(nèi)外鉆井地質(zhì)領(lǐng)域的新技術(shù)、新工藝，并根據(jù)實際需要及時將其應(yīng)用到設(shè)計中去，保證設(shè)計的先進(jìn)性。4）完成設(shè)計并按照程序及時審批、下發(fā)。5.2.3 鉆井地質(zhì)

28、設(shè)計主要內(nèi)容1）井區(qū)自然狀況包括地理簡況；氣象、水文；災(zāi)害性地理地質(zhì)現(xiàn)象。2）基本數(shù)據(jù)包括基本數(shù)據(jù)表；定向井?dāng)?shù)據(jù)。3）區(qū)域地質(zhì)簡介包括構(gòu)造簡況；地層概況；生、儲油層分析及封（堵）蓋條件；油氣藏分析及儲量估算；鄰井鉆探成果；地質(zhì)風(fēng)險分析。4）設(shè)計依據(jù)及鉆探目的包括設(shè)計依據(jù)；鉆探目的；完鉆層位及原則、完井方法；鉆探要求。5）設(shè)計地層剖面及預(yù)計油氣水層位置包括地層分層；分組、段巖性簡述；油氣水層簡述。6）工程設(shè)計要求包括地層壓力；鉆井液類型及性能使用原則；井身質(zhì)量要求；棄井。7）資料錄取要求主要包括以下16項內(nèi)容:（1）巖屑錄井（2）綜合（鉆時或氣測）錄井（3）循環(huán)觀察（地質(zhì)觀察）（4）鉆井取芯（5

29、）井壁取芯（6）鉆井液錄井（7）熒光錄井（8）地化錄井（9）酸解烴（10）罐裝氣（11）碳酸鹽巖分析（12）泥頁巖密度（13）地層漏矢量（14）壓力檢測（dc指數(shù)）（15）特殊錄井要求（16）化驗分析選送樣品要求8）地球物理測井包括測井內(nèi)容；原則及要求。9）試油包括試油原則；試油要求。10）設(shè)計及施工變更包括施工計劃變更程序；設(shè)計變更程序；井位移動情況；特殊要求。11）鉆井地質(zhì)設(shè)計附件、附圖包括附件；附圖。5.2.4 鉆井地質(zhì)設(shè)計引用標(biāo)準(zhǔn)sy/t5965-94（探井地質(zhì)設(shè)計規(guī)范，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）sy/t6244-1996（油氣探井井位設(shè)計規(guī)程，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）sy/t5251-2001（油氣探井質(zhì)量基本要

30、求及地質(zhì)資料錄取項目，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）sy/t5788.2-1997（油氣探井氣測錄井規(guī)范，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）sy/t6243-1996（油氣探井工程錄井規(guī)范，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）sy/t6294-1997（油氣探井分析樣品現(xiàn)場采樣規(guī)范，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）sy/t6028-94（探井化驗項目取樣及成果要求，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）gb/t18602-2001（巖石熱解分析，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）5.2.5 鉆井地質(zhì)設(shè)計格式鉆井地質(zhì)設(shè)計格式參照中國石油天然氣股份有限公司下發(fā)的鉆井地質(zhì)設(shè)計格式，在實際使用過程中可根據(jù)具體情況在保留設(shè)計內(nèi)容和格式完整的基礎(chǔ)上增加或減掉某些設(shè)計內(nèi)容。5.2.6 鉆井地質(zhì)設(shè)計審批程序鉆井地質(zhì)設(shè)計初稿完成后，按照如下程序進(jìn)行審批

31、：1）交采油工程研究院鉆井設(shè)計研究室主管領(lǐng)導(dǎo)審核、簽字。2）交采油工程研究院主管領(lǐng)導(dǎo)審核、簽字。3）交油田公司開發(fā)部或油藏評價部主管領(lǐng)導(dǎo)審批、簽字。4）交油田公司主管設(shè)計領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)、簽字。 設(shè)計審核、批準(zhǔn)人若發(fā)現(xiàn)設(shè)計中有問題或錯誤，應(yīng)明確提出修改意見，并返回設(shè)計單位修改。審核、批準(zhǔn)人只需簽字認(rèn)可，無須另加批示。5.2.7 鉆井地質(zhì)設(shè)計更改程序?qū)π枰兄卮蟾牡脑O(shè)計，按照如下程序進(jìn)行更改：1）由設(shè)計人員寫出書面更改報告，報告中要有需要更改的內(nèi)容及更改的理由。2）此報告經(jīng)采油工程研究院鉆井設(shè)計研究室主任和采油工程研究院主管領(lǐng)導(dǎo)同意簽字。3）更改后的設(shè)計再交油田公司開發(fā)部或油藏評價部主管領(lǐng)導(dǎo)和油田公司

32、主管設(shè)計領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)方可下發(fā)執(zhí)行。5.2.8 鉆井地質(zhì)設(shè)計發(fā)放辦法經(jīng)過審批后的鉆井地質(zhì)設(shè)計送交采油工程研究院鉆井設(shè)計研究室工程組，待鉆井工程設(shè)計完成后，合訂一起，根據(jù)需要送交印刷廠印刷成冊，由采油工程研究院鉆井設(shè)計研究室為油田公司資料室提供發(fā)放名單，由油田公司資料室負(fù)責(zé)設(shè)計的發(fā)放和存檔。5.3 鉆井地質(zhì)設(shè)計資料開發(fā)部：開發(fā)評價井試油地質(zhì)年報勘探部：1）年度油氣勘探計劃（圖、表）2）大慶探區(qū)勘探總體部署圖3）探井井位部暑圖4）勘探年數(shù)據(jù)表（探井試油）5）勘探年數(shù)據(jù)表（綜合）6）松遼盆地勘探成果圖1：20萬7）松遼盆地勘探成果圖1：100萬物探公司：地震成果報告采油廠：1）油水井生產(chǎn)數(shù)據(jù)油井：日采量、

33、含水率、靜壓、油層中深、采出層位、見水層、堵水層位及時間、開采歷史及方式等注水井：日注量、累計注水量、靜壓、油層中深、注水層位、注水方式、放溢能力、如關(guān)井則有關(guān)井時間、原因等；2）套損井情況：套損深度、層位、類型、時間、目前生產(chǎn)狀況等3）完鉆井分層數(shù)據(jù)4）構(gòu)造圖5）砂體連通圖6）測井橫向圖7）測井標(biāo)準(zhǔn)圖研究院1）設(shè)計井位圖2）開發(fā)方案3）密閉取心井地質(zhì)設(shè)計4）密閉取心井總結(jié)報告5）綜合研究成果報告集6）巖心分析綜合柱狀圖鉆井公司1）地質(zhì)卡片：已往鉆井復(fù)雜事故、已鉆井固井質(zhì)量情況、已往鉆井液密度2）待鉆井地補(bǔ)距3）待鉆井地面海拔4）鉆井地質(zhì)年報錄井公司1）構(gòu)造圖2）測井橫向圖3）測井標(biāo)準(zhǔn)圖4）錄

34、井解釋報告5）完井錄井、巖心綜合圖6）錄井成果總結(jié)報告7）探井地質(zhì)數(shù)據(jù)表（卡片）試油試采試油總結(jié)報告井下作業(yè)分公司壓裂資料：破裂壓力、瞬時停泵壓力、裂縫重張壓力測井公司1）測井?dāng)?shù)字化資料2）長源距聲波處成果圖3）地層傾角測井成果圖4）重復(fù)式地層測試處成果圖5）測井解釋報告5.4 區(qū)塊鉆井地質(zhì)設(shè)計主要內(nèi)容1）井區(qū)自然狀況2）基本數(shù)據(jù)、設(shè)計依據(jù)及完鉆原則3）區(qū)域地質(zhì)簡介4）油田開發(fā)簡況5）區(qū)塊動態(tài)分析6）油水井套損情況7）地層壓力預(yù)測8）地層溫度9）地層破裂壓力10）油層鉆井液密度設(shè)計11）完鉆固井洗井液密度12）布井原則及井號命名13）淺氣層發(fā)育情況14）氣頂氣分布情況15）已鉆井復(fù)雜顯示16）

35、已鉆井固井質(zhì)量情況17）鉆關(guān)方案18）首鉆摸底井的選擇19）鉆井故障提示20）地質(zhì)要求21）附表：（1）已鉆井油氣水顯示統(tǒng)計表（2）已鉆井井漏情況統(tǒng)計表（3）生產(chǎn)井套損數(shù)據(jù)表（4）油井套損數(shù)據(jù)表（5）生產(chǎn)井選值表（6）地層破裂壓力數(shù)據(jù)表（7）待鉆井復(fù)雜情況統(tǒng)計表（8）淺氣層劃分統(tǒng)計表（9）氣頂氣分布情況統(tǒng)計（10）特殊地層傾角統(tǒng)計表（11）表層井統(tǒng)計表22）鉆井區(qū)塊地下地質(zhì)情況分析圖5.5 選擇首鉆摸底井的原則首鉆摸底井的選擇是在掌握大量的地質(zhì)靜態(tài)和動態(tài)資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，選首鉆摸底井時要依據(jù)以下三條原則：1）選有代表性的井。成片套損區(qū)內(nèi)，有許多套管錯斷的采油井和注水井。套斷的采油井附近一般不

36、會有高壓層，而套斷的注水井附近基本存在高壓層。所以在選擇摸底井時，要選在套斷的注水井附近。注水井有淺層部位套斷的，也有油層部位套斷的。要在這些套斷的注水井中選出有代表性的井。油層部位套斷后有立即關(guān)井停止注水的，也有繼續(xù)注水的，而且繼續(xù)注水的時間也不同。在選井時也要選出不同類型的代表井，通過鉆井和rft測井建立起不同類型的地層壓力剖面。2）首鉆摸底井在鉆井區(qū)塊內(nèi)要均勻分布。選井時要使不同類型的代表井在鉆井區(qū)塊內(nèi)均勻分布，這樣才能指導(dǎo)全區(qū)的地層壓力預(yù)測。3）選首鉆摸底井時，各種類型的井區(qū)都要兼顧到。如套斷注水井區(qū)和無套斷注水井區(qū)，套管變形的注水井區(qū)與注水井套管錯斷的井區(qū)，套斷后繼續(xù)注水的時間長短不

37、同的井區(qū)等。因為套斷注水井區(qū)與無套斷注水井區(qū)的地層壓力是不同的，套管變形注水井區(qū)與套斷注水井區(qū)的地層壓力也不相同，注水井套斷后繼續(xù)注水的時間不同，地層壓力也有差別。要建立起不同類型井區(qū)的地層壓力剖面，在選井時，就要不同類型的井區(qū)都兼顧到。5.6 選擇rft測點的原則調(diào)整井完鉆后，利用重復(fù)式地層測試器直接測取小層壓力。對于套損區(qū)可以采取此方法建立壓力預(yù)測圖版對待鉆調(diào)整井地層壓力進(jìn)行預(yù)測。該方法費(fèi)用高，風(fēng)險大。不可能在大面積的井上應(yīng)用?？梢栽谔厥饩蠎?yīng)用，用以指導(dǎo)地層壓力預(yù)測工作。同時可以檢查其它預(yù)測方法的精度。選好rft的測點，是建立地層壓力剖面的關(guān)鍵。具體選點方法如下：1）在微電極曲線上選高電

38、阻層，確定測點深度。在微電極曲線上，電阻值高的層（除鈣質(zhì)層）都是砂巖層，含有流體。rft測壓，就是測砂巖層內(nèi)的流體的壓力。選點時，選電阻值高的層，才能充分發(fā)揮每個測點的作用。泥巖層中，沒有流體，或流體很少，即使進(jìn)行rft測壓一般也都是干層。2）在憋壓層位要加密選點。3）在套管斷壞對應(yīng)的層位要加密選點。憋壓層位和套管斷壞對應(yīng)的層位一般都是巖層中泥質(zhì)含量較多的層位，rft測井時，不容易找準(zhǔn)高壓層。加密測點的目的是防止漏掉高壓層。4）其它層位各選12點。在鉆穿的各層位上都進(jìn)行選點，就可以建立起一個全井的多壓力層系的地層壓力剖面。第六章 三項壓力預(yù)測技術(shù)6.1地層三項壓力的概念地層三項壓力是指地層孔隙

39、壓力、地層破裂壓力和地層坍塌壓力（見圖1-4）。地層孔隙壓力是指地層孔隙中流體的壓力，地層破裂壓力是指地層產(chǎn)生拉伸破壞時的臨界井眼液柱壓力，地層坍塌壓力是指井眼發(fā)生剪切圖1-4 地層三項壓力預(yù)測圖破壞時的臨界井眼液柱壓力。三項地層壓力預(yù)測技術(shù)適用于原始地層壓力預(yù)測。6.2研究地層三項壓力的意義在鉆井作業(yè)中，由于忽略或不適當(dāng)?shù)牡貙訅毫υu價引起的井下復(fù)雜事故所造成的損失是巨大的，一是延長了鉆井周期，二是增加了處理事故的材料損失。據(jù)美國的某些學(xué)者調(diào)查估計，全世界每年因井眼失穩(wěn)帶來的鉆井問題所造成的損失達(dá)20億美元，其中個別單井的損失超過了25萬美元，統(tǒng)計大慶油田1998-2001年探井、開發(fā)井等事故

40、見表1-5。目前，大慶外圍地區(qū)探井和開發(fā)井等鉆井設(shè)計中還無法做到鉆井前提供完整的地層三個壓力剖面，特別是地層坍塌壓力既沒有成熟的鉆前預(yù)測技術(shù)也沒有鉆后檢測手段，尚處于經(jīng)驗判斷階段。這就使得鉆井作業(yè)在鉆井液密度等參數(shù)選取方面存在一定的盲目性，在鉆井施工中井漏、噴、塌、卡的復(fù)雜情況時有發(fā)生（如大60-84和大58-86這兩口井井塌報廢損失就達(dá)100萬元以上）。不僅延長了鉆井周期，而且要浪費(fèi)大量的人力物力來處理復(fù)雜事故；同時大大增加了泥漿浸泡油氣層的時間，給油氣層帶來進(jìn)一步的傷害。1）研究地層三項壓力預(yù)測技術(shù)可以提高鉆井液密度設(shè)計精度，有利于保護(hù)油氣層和進(jìn)一步提高固井質(zhì)量。三項壓力是鉆井液密度設(shè)計的

41、基礎(chǔ)和依據(jù)，三項壓力的預(yù)測水平直接影響著鉆井液設(shè)計精度。根據(jù)地層三項壓力的大小及相互關(guān)系確定合理的鉆井液密度并采取相應(yīng)的防護(hù)措施是鉆井過程中保護(hù)油氣層技術(shù)的關(guān)鍵。同時也是提高固井質(zhì)量，保證鉆井施工安全（不井噴、不井漏、不井塌）的根本保證。2）研究地層三項壓力的預(yù)測技術(shù)是提高鉆井設(shè)計水平， 表1-5 1998-2001年探井、開發(fā)井等事故統(tǒng)計 序號井號設(shè)計密度（g/cm3）事故類型損失時間（h）備注1龍122-081.20-1.25固井井漏、油層漏封、原鉆機(jī)修井1202肇48-241.20-1.25固井井漏、油層漏封、原鉆機(jī)修井1683肇26-201.20-1.25固井井漏、油層漏封、原鉆機(jī)修井

42、1684大58-68下套管循環(huán)井漏，拔套管導(dǎo)致報廢封井57624天5永110-461.20-1.25起鉆卡鉆1066龍6-211.20-1.25起鉆卡鉆1457龍106-101.20-1.25起鉆卡鉆100041天8龍108-111.20-1.25起鉆卡鉆729龍128-111.20-1.25起鉆卡鉆59624天10龍142-051.20-1.25起鉆卡鉆21611樹44-43起鉆卡鉆3012大1421.35井塌報廢原井眼100842天13大38-941.40氣浸井塌井漏9614大58-861.30-1.35氣浸井塌井漏井涌報廢，補(bǔ)打表層57624天15大60-841.30-1.35多次井噴、

43、井涌、井塌、井漏、卡鉆，報廢鉆具(419.91m)，封井184877天16龍110-021.20-1.25水浸38417大74-401.35-1.401218古6421.30-1.35井漏（提前完鉆井）7219大40-92卡鉆套銑16820大54-斜781.35-1.40起鉆卡鉆7221龍140-斜071.25-1.30起鉆卡鉆，報廢鉆具(943.06m)，封井107244天22龍146-斜1051.25-1.30井塌134456天23大76-681.40-1.45井噴井塌井漏，側(cè)鉆79233天24大76-601.40-1.45氣浸、井涌、井漏7225大76-661.40-1.45井漏、氣浸9

44、626大76-581.40-1.45氣浸4827新118-821.35-1.38氣浸、井涌、卡鉆、嚴(yán)重井塌，報廢封井，移井位120050天28敖284-671.25井涌1029肇44-2511.30水浸井塌卡鉆、油層漏封93639天初步統(tǒng)計損失費(fèi)用1780萬元，平均每年損失費(fèi)用445萬元（以上）， 損失時間541天19小時（13003小時）。滿足油田開發(fā)對鉆井技術(shù)不斷發(fā)展的需要。隨著大慶地區(qū)鉆探領(lǐng)域向著外圍和深層的不斷擴(kuò)展，特別是將鉆水平井、欠平衡井等特殊鉆井工藝技術(shù)作為油田經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)和提高采收率的有效途徑，對特殊工藝井鉆井設(shè)計水平的要求也越來越高。作為水平井、欠平衡井井壁穩(wěn)定性設(shè)計重要依據(jù)

45、的地層坍塌壓力的預(yù)測尚處于定性的經(jīng)驗判斷階段。無法滿足鉆井技術(shù)發(fā)展的要求，因此研究適應(yīng)大慶地區(qū)地質(zhì)特點的地層三個壓力預(yù)測技術(shù)，提高鉆井設(shè)計水平，滿足油田開發(fā)對保護(hù)油氣層、提高固井質(zhì)量和鉆井工程的需要是亟待解決的課題。6.3地層三項壓力技術(shù)現(xiàn)狀目前大慶外圍地區(qū)的地層孔隙壓力和破裂壓力資料是通過鉆井后進(jìn)行rft、長源距聲波、巖石密度等測試的手段獲得，檢測費(fèi)用高,數(shù)量上受到限制；地層坍塌壓力尚沒有測試手段和預(yù)測技術(shù)。目前國內(nèi)外有多種地層孔隙壓力確定方法，其中國內(nèi)常用的有：地震層速度法 dc指數(shù)法聲波時差法 gp=go-(go-gn)(tn/ts)crft實測法。地層破裂壓力確定方法國外最常用的有以下

46、幾種：eaton法stephen法 anderson法國內(nèi)的有聲波法黃榮樽法地層坍塌壓力是低密度鉆井的一項重要技術(shù)指標(biāo)，圍繞坍塌壓力的預(yù)測國內(nèi)外也展開了多年的研究。國外從1940年開始有人從巖石破裂機(jī)理入手，依據(jù)井眼穩(wěn)定和失穩(wěn)理論來解決井眼坍塌、縮徑和破裂問題，并在理論分析和模擬試驗方面進(jìn)行了大量研究。近二十年來在預(yù)測、分析方法上取得了較大進(jìn)展，尤其是1983年成立了國際巖石力學(xué)學(xué)會之后，對井壁力學(xué)穩(wěn)定的研究和應(yīng)用進(jìn)入了一個新時期 。我國華北油田鉆井工藝研究所和二連公司合作，從1989年開始針對二連地區(qū)井塌問題開展了這方面的研究，在二連烏里雅斯太新探區(qū)，以地層坍塌壓力作為鉆井液密度設(shè)計和使用的

47、下限，純鉆時效提高、復(fù)雜時效下降、井徑擴(kuò)大率降低，收到了較好效果?？傊?，不同油田根據(jù)各自油田的地質(zhì)特點，最終實現(xiàn)探井、開發(fā)井等的三項壓力由鉆后檢測向鉆前預(yù)測、由定性分析向定量預(yù)測的根本轉(zhuǎn)變。6.4地層三項壓力預(yù)測技術(shù)的理論基礎(chǔ)三項壓力的預(yù)測技術(shù)是以地質(zhì)學(xué)、巖石力學(xué)等理論為基礎(chǔ)，通過研究某一地區(qū)地層巖石的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)以及構(gòu)造應(yīng)力情況，利用測井、鉆井、測試資料，研究地層的巖石泊松比等參數(shù)，建立地層三項壓力預(yù)測模型，實現(xiàn)利用常規(guī)的完井電測資料預(yù)測某一地區(qū)或某一井點的地層三項壓力。6.5壓力預(yù)測過程中存在的技術(shù)難點九十年代初期，國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)獨立開發(fā)出了井壁穩(wěn)定分析軟件，用于計算地

48、層的坍塌壓力和破裂壓力。此階段的研究成果對深化認(rèn)識井壁穩(wěn)定的本質(zhì)起到了積極作用，但是在定量確定鉆井液密度方面收效不大。主要原因如下：（1）地應(yīng)力是工程擾動之前賦存于地層內(nèi)部的初始應(yīng)力，目前還沒有理想的方法確定深部地層不同層位地應(yīng)力的大小。各種地應(yīng)力計算模型的計算結(jié)果與實際值之間不可避免地存在誤差。（2）由于鉆井鉆遇地層種類繁多，其力學(xué)響應(yīng)各異，用某種力學(xué)模型進(jìn)行計算同樣會產(chǎn)生誤差。（3）水基鉆井液與泥頁巖之間發(fā)生非常復(fù)雜的物理化學(xué)作用，產(chǎn)生水化應(yīng)力、降低地層強(qiáng)度，會影響地層坍塌壓力的計算結(jié)果?？梢姡纬蓪嵱玫牡貙尤棄毫︻A(yù)測技術(shù)，必須想辦法克服上述三個技術(shù)難點。從目前的技術(shù)水平看，用正面思維

49、方法很難解決這些難題。實際上這些技術(shù)難題不僅僅存在于石油工程領(lǐng)域。也同樣存在于其它領(lǐng)域巖石力學(xué)工程之中。如隧道施工，也同樣存在鉆遇地層復(fù)雜，地應(yīng)力難于確定的困難。為了指導(dǎo)隧道施工，奧地利巖石力學(xué)學(xué)家最先提出了反分析法指導(dǎo)隧道施工的理論，一般稱謂新奧法。即根據(jù)從當(dāng)前工程中采集的信息推斷將要施工地層的力學(xué)響應(yīng)，依次推薦最佳的施工方案。對鉆井施工的現(xiàn)場進(jìn)行分析也不難看出：井眼不穩(wěn)定具有明顯的表象。根據(jù)這些現(xiàn)象可以判斷井眼的穩(wěn)定程度。據(jù)此反算地層的力學(xué)參數(shù)，在進(jìn)一步指導(dǎo)將來的鉆井施工。為此于九十年代中后期提出了自適應(yīng)井壁穩(wěn)定分析技術(shù)，用于預(yù)測地層的三項壓力。6.6 反分析法壓力預(yù)測技術(shù)利用測井資料雖然

50、可以得出地層的彈性參數(shù)和強(qiáng)度參數(shù)，但是很難準(zhǔn)確求出地層原位強(qiáng)度和原地應(yīng)力。這主要是由于水基泥漿對地層強(qiáng)度的影響很大。室內(nèi)研究表明水基泥漿可使泥頁巖地層的強(qiáng)度降低50%。因此，確定地層在原位條件下的強(qiáng)度是井眼穩(wěn)定力學(xué)分析的關(guān)鍵之一。目前把反分析法的基本原理應(yīng)用到井壁穩(wěn)定分析中，用于確定地層的原位強(qiáng)度。具體做法如下：先利用測井資料確定出地層的彈性參數(shù)（彈性模量、泊松比），在通過破裂壓力試驗求取地層的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)，然后根據(jù)不同地層的彈性參數(shù)和構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)求出不同層位地應(yīng)力的大小，最后以一定井眼擴(kuò)大率作為臨界剪切破壞的條件，利用反分析方法求出地層的原位強(qiáng)度系數(shù)。這樣根據(jù)實際井眼的穩(wěn)定性情況，就能夠求出

51、計算地層坍塌壓力和破裂壓力所需的各類參數(shù)，從而預(yù)測出三個壓力剖面。6.7 地層三項壓力預(yù)測技術(shù)6.7.1 井壁穩(wěn)定力學(xué)理論6.7.1.1 井壁穩(wěn)定力學(xué)研究概述從巖石力學(xué)角度看，井壁穩(wěn)定與否取決于井眼圍巖的應(yīng)力大小與地層強(qiáng)度的比較上。若井眼圍巖的應(yīng)力小于地層強(qiáng)度，井眼是穩(wěn)定的；若井眼圍巖的應(yīng)力大于地層強(qiáng)度，井壁將產(chǎn)生破壞，導(dǎo)致井下復(fù)雜。井眼圍巖的應(yīng)力大小與井眼液柱壓力有關(guān)，若鉆井液密度降低，井眼圍巖應(yīng)力就升高，當(dāng)井壁應(yīng)力超過巖石的抗剪強(qiáng)度時，就要發(fā)生剪切破壞（表現(xiàn)掉塊）；相反，若鉆井液密度過高，在井壁處就會出現(xiàn)拉應(yīng)力，當(dāng)拉伸應(yīng)力大于巖石的抗拉強(qiáng)度時，就要發(fā)生拉伸破壞（表現(xiàn)為井漏）。因此，要保持井

52、眼穩(wěn)定，鉆井液密度應(yīng)保持在一個合理的范圍內(nèi)。影響這一合理鉆井液密度范圍的主要因素有：原地應(yīng)力狀態(tài)、地層孔隙壓力、地層強(qiáng)度參數(shù)、鉆井液類型與理化性能、井斜角、方位角等。系統(tǒng)的井壁穩(wěn)定力學(xué)研究是近十幾年的事情，通過理論研究明確了上述影響因素對地層坍塌壓力和破裂壓力的影響規(guī)律。但是如何把上述理論轉(zhuǎn)換為應(yīng)用技術(shù)，定量確定地層的三項壓力剖面（特別是如何提高預(yù)測精度）是最近幾年研究人員探索的焦點。本部分首先建立一般井眼的力學(xué)模型，分析井眼圍巖應(yīng)力分布規(guī)律；然后根據(jù)庫侖-摩爾準(zhǔn)則和最大拉應(yīng)力理論推導(dǎo)地層坍塌壓力和破裂壓力的表達(dá)式。6.7.1.2 井眼圍巖應(yīng)力分布規(guī)律為了不失一般性，以斜井眼為例進(jìn)行分析。對于井深為，井斜角為，方位角為的任意斜井眼，受到上覆巖層壓力、 最大水平主應(yīng)力hhhhhk、最小水平主應(yīng)力的作用，井眼液柱壓力為，地層孔隙壓力為，同時假設(shè)地層為均質(zhì)、同性