实时地压分析可降低钻井成本.pdf

俯 2 l 卷第 1 埘2 0 0 0年3门 新 疆 石 油 科 技 信 息 I 9 ④ f 机 Wi I I i a n l P ． K e l I 1 a等 。 。 实时地压分析可降低钻井成本 。 7 E [／ n c f ， ＼ ，、 ／P 翻 译 王玉华 新珊晴崭基地l叶晴石汕勘探开敷研究 校 对 磊 新 瓤 石 汕 管 理 局 钻 升 工 艺 研 究 院 摘 要 实 时地压分 析提 高 了对地压 的 了解 ，使 S a n t a F e能豫公 司节 约定 向钻井成丰超 过s l 8 0 0 0 0 0 。 对综合运用 随钻测 量 【 MWD 、地震和郫井数据进行 了3次实例研究．第 1次是在南 T i m b a l i e r I 7 9区块进行的．用实时地压分析对钻 前评价进行 了 监控扫检验，使 S a n t a F e公司成功利用密度降低的泥浆加深油井，而且不需下中期钻井尾营，又避免 泥浆塥失问题。第2次是在 S h i p S h o a l 3 6 5区块进行的，由于更准确 了解 了孔隙压力扫破裂压力梯度，所班减少 了垂 管设计中的一个垂管柱。第 3次是在密西西比 C a n 0 n I 5 4区块进行的，通过岩石物理方法，对当前地层评价的一些 局限进行 了说明． ． 主 韪 词 哒型 墨 实 时 评 价 ， 上 ， 1 实时评价 当 MWD技术首次引入钻井领域时，对实时 地层评价起了很大的作用，因为实时地层评价有 助于进行更好地钻井和完井作业。最早的 MWD 地层评价传感器使用伽马射线和电阻率仪器，最 初用于地层对 比和初步地层评价，并把这些传感 器 『 内 信息用于孔隙压力和破裂压力梯度 旧评什 ， 还可用于钻井过程 中，用来确定泥浆密度和套管 鞋下放位置。 2 实时压力的优点 在钻前地压预测中，MWD数据提供的价值 超过 了邻井和地震资料。如邻井的距离及地层复 杂性 限定 了可将邻， I 资料用于评价新钻井孔隙压 力的可靠程度 此外，虽然地震资料一般耍比邻 井资料更有用 ，但是，它 的分辨率却很低 ，孔隙 压力预溯的值有时也不准确。 这并不表I 使用邻井和地震资料进行 钻前 n 勺 研究对井眼设计没有任何价值，而是其价值非 常巨大。儿是使用 MWD资料的实时地压分析更 好，因为它不仅专用于现场，而且分辨率较高， 有助于最大程度节约钻井成本。 3 分析方法 在实例研究中，S a n t a F e开始只依据邻井资 料的对 比确定泥浆密度和套管设计方案。初期设 计后 ，了解原始孔隙压力和破裂压力梯度剖面以 分析地震 的层速度 数据。考虑要节约钻井费用， S a n t a F e在钻井过程中使用实时 MWD 资料分 析，不断检查利改进泥浆密度和套管设汁。 4 初步分辑 采j { { 声波测井数据惯用的指数方法分析地震 的层速度，方程 1 H j 于分析的正常孔隙压力梯度 相 于 1 ． o 8 g ／ e m 泥浆密度。 式 中 P P 孔隙压力梯度，2 2 。 6 k P a ／ m； OB G 上覆岩 压 力梯度 ，2 2 ． 6 kPa／ m , P P j E 常压实沉积物的孔隙压力梯 度 ， 2 2 ． 6 k P a ／ m； A 观测页岩传播时间； A ， ． 。正常压实页岩『内 传播时间， 3． 28 1 0 s ／ m 。 山于缺少局部密度测井图，故用于分析的上 覆岩层压力梯度 OB G是通 过综合密度数据积 分法获得的。 综合密度数据可通过将速度转换成密发的肌 德纳方程 方程 2 或通 过阿其科公 ， 目 的 马丁 维普资讯 新 疆 石 油 科 技 信 息 T r a u g o t t的经验方程 “ 平均海湾地层密度”方程 方程 3 获得 。 p0 ． 2 3 u ” 2 其 中 p 密度．g ／ c m ； 速度，0 ． 3 0 4 8 m／ s 可用该方程产生一个台成沉积物密度 曲线 。 利用地震层速度数据，可综合该曲线计算上覆岩 层压力梯度 。 式中 p 密度，0 ． 1 2 g ／ c m ； D 井深参照物 方钻杆补心，钻井 平台下的深度，0 ． 3 0 4 8 n l ； W 水 深 ，0 ． 3 0 4 8 n l A 空隙 0 ． 3 0 4 8 m 可用该方程建立一个合成沉积物密度 曲线， 只需参考深度测量数据，不参考其它数据就可综 合运用该曲线计算上覆岩层压力梯度。 一 般情 况下 ，加德纳方程 估 汁的密度 值偏 低。故它 儿能在密两西 比 Ca n y o n区块 1 5 4的实 例研究中使用。该区块致密性差的沉积物比平均 海湾地层的地质年代晚。其它 2 口井使用的是摄 近公布的阿莫科方程式 5 实时分析 在井场， 根据井场信息转移标准级别0 协议， 利用 RS 一 2 3 2电缆将商业可用系统与 MWD 计算 机连接在一起，进行实时孔隙压力分析。 井场分析员使用该系统通过 MWD伽马射线 识别 了页岩深度，建立了页岩 电阻率趋势，又根 据电阻率， 使用指数法估算了孔隙压力 方程 4 。 并使 用该孔 隙压 力估 算 了破裂压力梯 度 方程 5 P POB G一 O B G P ． 4 式中 P P 孔隙压力梯度，2 2 ． 6 k P a ／ m； OB G 上覆岩层压力梯度 ， 2 2 ． 6 kPa ／ m P P 正常压实沉积物的孔隙压力梯 度 ， 2 2 ． 6 k P a ／ m； 观测页岩电阻率，Q； R 正常压实页岩的电阻率，Q F GP PK OB G P P 5 式中 F G 破裂压力梯度 ，2 2 ． 6 k P a ／ m； P P 孔 隙压力梯度，2 2 ． 6 k P a ／ m； 基岩应力系数 依据特殊公式， 范围在 O ～1问 O B G 上覆岩层压力梯度，2 2 ． 6 k Pa ／ m。 该指数法是 T e r z a g h i定律的一种形式 ，它 指出负荷应力可被孔隙流体应力和岩石中的粒间 接触应力均衡。这一粒问接触应力常指 “ 有效应 力 ”或 “ 基岩应力 ” 。 若能估算出负荷应力和有效应力，则通过这 一 关系就可估算出孔隙的流体应力。按照垂直深 度 ，划分 出每一应力 能级，就可获得一个应力梯 度，它在量纲上相 当于一个密度 。据此可获得均 衡孔隙一流体压力的泥浆密度 。 使用 MWD电阻率数据实时分析时，可通过 钻前地震分析用的同一经验方法估算负荷应力 方程 2和 3 利用 B e n E a t o n推广的方法 方程 4 实时 估算有 效应力 。用这一 “ 指数方法 ” ，可通过实 际页岩 电阻率与正常页岩 电阻率的比值把有效应 力与正常有效应力联系在一起。比值取 为 I _ 2经 验指数，就可根据孔隙压力解决这一关系。 常压 页岩 电阻率形成 的趋 势被推广到超压 带，为分析提供了必要的正常页岩 电阻率输入。 为实对估算裂缝的应力梯度 ，一般假设通过 方程 5就可表示出垂直有效应力与水平最小有效 应力比，称 为基岩应力比。 水平有效应力等于将岩石挤压在一起 的摄小 水平应力 认 为与裂缝应力相等 ，小于孔隙流 体压力。适用墨西哥湾岸地区油井的破裂压力梯 度方程式确定出基岩应力系数。准确 的泊松 比取 决于泥线 以下的深度 方程 7 式中 Ⅳ 方程 5中饷基岩应力系数； 经验深度一相关泊松 比。 6 6 ．0 8 9 2 8 6 ￡一9 8 0 2】 4 2 8 6 7 一 A 5 D 0 2 0 0 7 『 4 2 8 5 7 式中 泥线下 1 2 4 9 I l l 深的泊松 比； D 泥线下的深度，0 ． 3 0 4 8 m。 维普资讯 第2 I 卷 第1 捌 王玉毕实时地压分析可降低钻井成本 7 一 B 式中 p B 泥线下 1 5 2 4 m 深的泊松比； D 泥线下 的深度，0 ． 3 0 4 8 m c 『 J 一41 0 0 O 。 。 一 7 -C、 、 。 4 l O o 川 ， 9 0 0 武中 泥线下 l 2 4 9 m深的泊松比 D 泥线下 的深度，0 ． 3 0 4 8 m 泥线下 1 5 2 4 m深的泊松比。 实时估算孔隙压力和破裂压力梯度，不断与 钻井 中使用的泥浆密度及开钻前的分析结果进行 对 比。把该分析与油井动态结台起来，就可有效 确定是否需调整套管坐放深度和泥浆密度。进行 钻前的地震分析，利用安时数据重新标定孔隙压 力幅度，最好在钻头部位安装一个测量孔隙压力 的低分辨率指示器。 6 井的加深 南 T i mb a l i e r 1 7 9井，目的层段位于 5 2 0 0 m。 开钻前，钻井承包商分析了邻井数据，确定 了该 层段应采用的泥浆密度和套管设计。 将套管下入 4 8 7 6 m 深，在套管鞋 处 2 ． 2 3 g ／ c m。当量泥浆密度进行漏失测试 。发现泥浆在 井深 4 9 9 8 ． 7 2 m 处泥浆密度为 2 ． 2 1 g ／ c m 时，出 现了漏失。而且在泥浆密度降至 2 ． 1 7 g ／ c m 时， 仍然存在漏失。根据钻前分析 ，S a n t a F e认为进 一 步钻井，风险很大 ，因此暂时放弃了这 口井 。 不断复查该井钻井方案，分析 4 8 7 6 ． 8 m深 处的电缆电阻率和声波测井获得的数据，利用地 压分析软件包 ，估算 出该处孔 隙压力仅为 2 ． 0 2 g ／ c m 。根据地 震导 出的地层传播时 间 ，估算 5 1 8 1 ． 6 m 处孔隙压力为 2 ． 0 6 g ／ c m 。新的分析表 明，使用 2 ． 0 8 ～2 ． 1 2 g ／ c m 的泥浆可钻至总井深 。 用 MWD 电阻率和 自然伽马测井仪测井时，重新 钻l丌至 4 9 9 8 ． 7 2m处 这样就可将 MWD测井数 据实时传送 到地面。把实时数据与电缆测井数据 结合来进行持续实时孔隙压力分析，证实了地震 数据的预测 ，证明可以到达 5 1 8 1 ． 6 m 深 的目的 层 。 对总井深的 MWD 电阻率数据进行实时分 析，有助于优选泥浆密度。使用 1 6 5 ． 1 mm钻头 和 2 ． 1 4 g ／ c m 泥浆密度可钻至总井深，且不需使 用 1 3 9 ． 7 mm 钻井尾管，节约了与此有关的下套 管、固井作业 的费用 ，缩短 了钻井时间。此外， 保持大井眼尺 、 r 可避免小井 眼中常遇到的钻井 问题 。这样 ，可使用大直径油管进行砾石充填完 井，保证最大可能的开采速度。保持大井眼尺寸， 就可不用提 出小直径钻杆完井，从而节约其它的 钻井时间。S a n t a F e 估算可节约费用 6 3 4 7 5 0 。 7 不使用尾管 S h i p S h o a l 3 6 5井 ，预铡井深为 4 2 6 7 ． 2 m。 依据邻井的泥浆密度和套管方案， 认为可将 1 9 3 ． 7 mm钻井尾管下至总井深 。 然而 ，地震一数据分析表 明，孔隙压力可能 与邻井数据假定的不一样。为此 ，S a n t a F e对实 时孔隙压力进行了分析 。 在 低于 套管 鞋 7 ． 6 2 m 处及 时收集 和分析 MWD GR 和 电阻率数据 ，可为建立实时孔隙压 力分析中使用的正常压实页岩的电阻率趋势提供 充足的数据。 钻井参数和 MWD电阻率数据的实时孔隙压 力分析证实，钻前地震数据 的分析是正确的，即 孔隙压力与邻井数据预测的不一样大。 这样，操作者不用尾管就可加深所有套管鞋 深度。从而节约套管附件和钻井 的成本 ，优化完 井和生产需要的井眼大小 经 S a n t a F e 计算节约 的相关费用 ，总值可达 1 1 7 7 7 5 0 。 8 改进分析 继上述 2口井之后 ，又在远离密西西北河 口 初期沉 积 带钻 了另一 口井 ，密西 西 比 Ca n y o n 1 5 4 。分析了开钻前的地震资料，并与邻井数据 预测的结果进行 了比较。 对比分析表叫，与 S h i p S h o a l 3 6 5 井一样 ， 也可不用 中 钻井衬管 。虽然实时收集和分析 了 MWD GR 和 电阻率数据 ，但 能证实地震数据 的分析结果。醢明孔隙压力值 比邻井相对的孔隙 压力小。依据该评价 ，安放 2 4 4 ． 5 mm 套管的深 度便可以在原先设计 的 2 4 9 9 ． 3 6 I l l 。 2 7 4 2 ． 9 1 m处发生的井涌表明，1 ． 5 0 g ／ c m 泥 浆的孔隙 力梯度为 1 ． 6 0 g ／ c m 。根据 MWD 电 阻率计算的孔隙压力仅为 1 ． 4 0 g ／ c m ，而根据地 震资料计算的孔 隙压力达 1 ． 2 0 g ／ c m， 。 先将泥 浆密度增 大到 1 ． 6 6 g ／ c m ，接着把 2 4 4 ． 5 mm套管放置在 2 6 8 2 ． 2 4 1 1 1 处。由于发生 维普资讯 新 疆石 油 科 技 信 息 2 l 0f F 3』 井涌，故 邻井数据为基础的原始孔 隙压力分析 比实时数据分析更可靠。 { 涌 出现 以前使用晌泥 浆密度与原先预测的一样 。 9 重算趋势线 依据井涌的程度，计算出一条新的正常压实 作用的趋势线位置 。但这一新趋势线的位置不在 原先的位置，所 以 OB G 原先的计算结果存在一 定 的问题 。 然而，这些调整不会提高预测井和地层压力 之 问的关系，即正压或负压的准确性。其次钻井 问题是泥浆漏失问题 。即使根据新的趋势线来导 出孔隙压力，MWD 电阻率数据接近泥浆密发， 天然气也 会 自井壁渗入井中。 山这些资料得出井涌 中显示的超孔隙压力不 H是欠压实作用 的结果。发生井涌的砂岩层很可 能是受到 了深层地层压力作用的结果，该地层压 力是 山能传 导流体的断层传递的。 若事先假设压力快速增大是l 【 ] 欠压实作用造 成 ，那么探测结果就有可能受到了上覆粉砂质地 层 的影响。因为可靠的岩石物理压力评价依赖于 纯页岩岩性数据的输入，如图 l 所示。 【 1 _ _ ’ 墓 r 3 3 囤 1 井漏地带周 围地层的地质模型 注 I n 0 ． 3 0 4 Hl l l I p p g OI 2 c m 砂层上部地层流体矿化度的变化可 能影响以 电阻率为依据 的压实模型的可能性 。随钻测井声 波测量不受这一现象的影响。 1 O 获得的经验教训 1 通过将 MWD地层评价与分析软件相结 合提供的专 门用于现场 的实时孔隙压力分析 ，不 仅可用于精确调糕钻井液压力和套管设计方案， 还可用于优化泥浆密度，其效果非常咧显。 2 造成 l异常高孔隙压力的机理有词 多，其 中有些通过地震数据或 MWD 测井测罱数据无法 探测 。而最主要 的父压 实作Ⅲ的原因，可通过这 些数据分析得到 。 3 若地层 的超压 是 山欠压 实作用 以外的其 它因素引起，则依 井涌 ，重新调整的正常压实 倾 向趋线就存在 误差。掌握地质构造 I 地下管类 设备对绘制完接的图形很有必要。 4 实 时孔隙压力 分析增加 的费用，相对于 对 井经济效益 的潜在影 响 ，是一项 有价值的投 资 。 参考文献 1，Ea t e n ， B． A． ， “ G r a p h i c a I M e t h o d Pr e d i c t s G e o p r e s s u r e s W o r l d wi d e ， ”Do r l d Oi l J u n e 1 9 7 2 ， P P ， 5 1 ～ 56 2 ． Ga r dn e r ,G． 1 1 ． Ga r dn e L． G r c g o r y ， A． R． ， “F o r ma t i o n Ve l o c i t y a n d De n s i t y - Th e Di a g n o s t i c Ba s i s f o r S t r a t i g r a p h i c Tr a p s ． Ge o l 曲 y s i c s ， 3 9 ， No ． 6 ， J u n e 1 9 7 4 ． P P 2 0 8 5 2 0 9 5 ． 3． T r a u g a t t ， M ，“ P o r e ／ f r a c t u r e p r e s s u r e d e t e r m i n a t i o n s i n d e e p wa t e r , I b r h l D De e p wa t e r T e c hn o l a g y Sp e c i a l S up p l e me n t Au g u s t 1 9 9 7 ．P P ． 6 8 ～ 7 0． 4． G r e e n b e r g ， J ． ，“Ma n a g i n g La s s o f - Co n t r o l i n D e e p wa t e r D r i l l i n g ， ”O f f s h o r e Ma g a z h l Ap r i l 1 9 9 8 ， P P ． 5 8～ 6 0 ． 5． Eat e n， B． A． ， an d Ea t en， T L． ．“Fr ac t ur e Gr a d i e n t P r e di c t i o n f a r t h e Ne w Ge n e r a t i o n ， Wo r l d OY ， Oc t o b e r 1 9 9 7 ． P P ． 9 3～ 1 0 0 ． 译 自 Oi l a n dGa s J o u r n a [ 1 9 9 9 3 5 2～5 9 收稿 日期 1 9 9 9 ． 0 9 ． 2 7 维普资讯