在线客服

咨询热线

在钻井过程中影响地层压力预测的因素分析

作者:未知

  摘要:在地层压力预测的过程中,有许多因素会影响地层压力预测的准确性,如果不能排出这个影响地层压力准确性的因素,会对我们地层压力的预测造成错误的结果,从而容易在钻井过程中的运用错误的施工措施导致井涌,井漏甚至井喷事故的发生。本文章意在指导地层压力工程师在施工时能够及时有效的排出这些因素,从而能够准确有效的预测出地层压力,为钻井施工提供准确的指导和帮助。
  关键词:地层压力预测;钻井施工;事故
  岩性
  海相沉积物的砂/页岩层可能是最容易评估的。在钻速曲线、Dxc图、气测图、掉块发生、温度图和mw/电缆测井时,这些岩性序列是可识别的。厚的页岩层容易进行正常的压实趋势预测,可渗透的砂岩利用泥浆密度/气体关系提供良好的压差评估,并且可以在页岩层中绘制正常压实趋势。
  大量的厚层粘土岩为DC指数评估和掉块分析提供了绝佳的机会。
  粗砂/砂质岩性不能用书的指数方法来计算,浊积岩、灰岩、火山岩和陆源碎屑岩的巨大厚度排除了可以判断出正常页岩压实趋势的可能性,然而,这些沉积物类型将显示出Dxc、密度和温度的正常趋势。由于大部分的地层压力评价技术都是基于粘土分析的,砂质岩性严格地限制了评价方法。然而,压差是评估的主要线索,泥浆密度/气体关系必须得到最大限度的利用。有了这些工具,地层压力就有把握的评估,尽管在某种程度上,它的细节要比在泥石中要小得多。在砂质沉积物中,渗透率受到限制,下面发生高压的可能性增加。
  在碳酸盐岩中进行地质评价是最困难。碳酸盐沉积物可以涵盖从巨大的洞穴到微化石的次生溶液类型。碳酸盐的特性变化导致了地层压力的相应变化。粘土质石灰岩和石灰质粘土岩通常可以(在大多数情况下)以与黏土相同的方式进行评估(所有的评估技术都适用)。碎屑灰岩,没有高度的胶结作用,可以作为砂型来评价。胶结较好的,较厚的类型(例如微晶,次生胶结的化石灰岩等)是非常难以评估的。这些石灰石类型具有高度变化的渗透性,这使得评估变得困难。
  也许唯一能预测在石灰岩中可能出现的高压的技术,是各种温度图。前提是假设是高压层的是多孔的,并且充满了水,因此它可以起到隔热的作用。
  除了上述讨论之外,在碳酸盐岩中,不可标准的公式或者方法去判断地层压力。在碳酸盐岩密集钻探的地区应总结出真正的经验,但在任何时候,在碳酸盐岩性中钻的探井都是需要地质学家最细致的观察和综合的解释。
  控速钻进
  在近海钻探上部的地层中控制速度及钻井参数钻进是比较常见的。然而,它确实会导致指数分析的问题。因为钻头不是完全依靠钻压等参数钻进,钻头的喷射作用在钻进过程中起主导作用,所以DC指数此时不能真实的反映地层压力变化。由于钻速是可控的,而且转速保持恒定,Dxc的变化成为了一个钻压的函数。然后,钻压应该随着岩性变化而变化。在柔软、松散的粘土中,喷射将起主导作用,并在增加孔隙压力的情况下可以发挥更大的主导作用。
  无论的是控制钻速还是通过循环,浅层气可以在没有任何警告的情况存在。钻井人员必须了解在地层压力预测在浅层沉积物中的局限性,特别是计算压力大小的方面。未固结的砂岩地层包含有生物成因的浅层气,且该地层不会有过渡带的存:所以在钻遇可能遇到浅层气的上部地层时,钻井人员应该更加小心和谨慎。
  水马力
  钻速,也就是钻井指数,是钻头上水马力的函数。目前的DC指数没有考虑到水马力参数的影响:他们认为钻头水马力是百分之百有效和优化的。泵的效率、地表压力损失和各种井下压力损失都可以计算出来,但目前还没有非常准确的测量方法,以便对标准的计算进行检查。
  动力钻具的应用和PDM钻井所涉及的不同的水马力系统导致了各种趋势的变化,但是由于钻井机制的变化,这种趋势的变化有多少是无法确定的。
  牙轮钻头的类型和磨损
  如果选择了一个不能有效地破碎地层的钻头,指数趋势将会被该钻头的低效率掩盖。一个常见的选择钻头类型错误是在中等硬度的地层中选择一个镶齿钻头,因为该类型钻头会造成非常缓慢的钻进速度。已知的情况是,在利用一个效率非常低的钻头钻取一个地层压力过渡区,结果是正常或轻微变化的Dxc趋势,完全掩盖了逐渐增大的孔隙压力。如果允许这种情况继续下去,可能会由于突然的井涌或者溢流造成井下事故。
  利用标准的IADC评分方案和一个简单的定量方法,在使用第二代DC指数时,钻头的分级变得有意义,并可能得到有效的利用。该方法并不严格,但在可用的时间框架内提供了一致性和合理的准确性。
  固定齿切削钻头(PDC、TSP、ND)
  在过去的几年中,固定齿切削钻头的使用,特别是PDC类型的使用急剧增加。相较于普通的牙轮钻头因为该钻头能够即提高钻速,减少钻头磨损。然而,由于由该钻头破碎岩屑的方式不同,所以造成了岩屑的结构发生改变,从而不能有效的反应真实地层。这些影响因高转速和来自井下泥浆马达的温度而变得更加复杂。
  在较软的岩石中,剪切是主导作用,压实、孔隙度和钻井参数之间的关系跟使用牙轮钻头不一样。因此,当使用固定刀具位时,钻速和Dxc的评估并不是像使用牙轮钻头时那样是可靠的孔隙压力指标。当使用固定刀具钻头时,Dxc趋向于接近垂直,因此识别偏差变得非常困难。
  这些固定齿的钻头是为钻更硬的岩层而设计的,而那些有尖刀的刀具则在其钻井装置中增加了破碎和凿孔的元素,因此可能会显示出类似于牙轮钻头的趋势和行为。在这种情况下,孔隙压力评估更可靠。
  钻井液类型
  水基泥浆系统,清水或含盐水泥浆,可以与可水化的粘土发生反应。如果发生反应,粘土就会膨胀,失去形态,甚至溶解在泥浆中。其造成的结果是,粘度、泥浆密度和固相含量都在迅速增加,而且明显缺乏粘土岩屑。
  具有抑制粘土的水合作用的泥浆系统,有助于减少掉块和与井壁稳定有关的问题。钙、石膏、饱和盐(NaCl)和木质素磺酸盐都能在不同程度上控制黏土的水合作用,而特定的泥浆类型的选择通常取决于它们的其他性质。也许最有效的粘土抑制剂水基泥浆是一种氯化钾(KCl)类型。
  油基和合成的泥浆是目前为止是对地层压力预测来说最好的钻井液。所有的岩屑和掉块都以原始的形式保存下来。由于没有水的存在,页岩因素和体积密度测量是准确的,声波和密度测井曲线具有代表性。
  斜井和水平井
  在大井斜和水平井井底钻压的不确定性,所以钻压关的钻速和Dxc指数的计算也会变得不准确,因此孔隙压力评估变得更加困难。由于钻铤和扶正器与周围的井壁的摩擦,使观察的到的钻压可能比实际井底的钻压要高得多。
  在这种情况下,如果试图使用钻速或Dxc,必须格外小心,而且可能需要更多地依赖于泥浆密度/气体关系或者井内一些现象来判断地层压力。
  当试图在斜井评估钻井或测井参数时,也有必要认识到,压实趋势应该与垂深相对照,而不測量深度。
  (作者单位:中石化胜利石油工程有限公司地质录井公司)
论文来源:《科学与技术》 2019年13期
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14728217.htm