1、随钻地层压力检测随钻地层压力检测正常的地层流体压力大致等于流体液柱中的静水压力。地层流体压力有时比静水压力高，有时比静水压力低。两种不正常的压力条件都能引起钻井事故，而工业生产中最为关怀的是专门高压，有时称之为地质压力。一、 差不多概念1、静水压力(Hydrostatic Pressure)静水压力是指单位液体重量与静液柱垂直高度的乘积。与液柱的直径和形状无关。静水压力的运算公式如下：式中 Ph静水压力，kg/cm2d钻井液重量，g/cm3H垂直深度，m2、帕斯卡定律(Pascals Law)帕斯卡定律阐述了静止流体中任何一点上各个方向的静水压力大小相等。通过流体能够传递任何施加的压力，而不随
2、距离的变化而降低。依照帕斯卡定律，静水压力在液柱中给定的深度上，作用于任何方向上。3、静水压力梯度Hydrostatic Pressure Gradient静水压力梯度是指每单位深度上静水压力的变化量。那个值描述了液体中压力的变化，表示为单位深度上所受到的压力。其计量单位是kgF/cm2/m。录井人员常用体积密度g/cm3来描述静水压力梯度，以便于同钻井液密度相对比。静水压力梯度的运算公式如下：式中 HPG静水压力梯度，kg/cm2/mPh静水压力，kgf/cm2Pv单位体积质量，g/cm3H实际垂直深度，m。应用体积密度g/cm3时，静水压力梯度HG的运算公式如下：式中 HG静水压力梯度，g
3、/cm34、地层孔隙压力Pore Pressure地层孔隙压力是指作用在岩石孔隙中流体上的压力。关于现场运算，孔隙压力与流体液柱的密度及垂直深度有关。关于正常压力系统的地层，给定深度的真实孔隙压力等于液柱压力与流体流淌的压力缺失及温度效应的总和。运算孔隙压力的公式为：式中 PF孔隙压力，kg/cm2df流体密度，g/cm3H真实垂直深度，m5、地层孔隙压力梯度Pore Pressure Gradient地层孔隙压力梯度是指单位深度上地层孔隙压力的变化量。运算公式如下：式中 PFG孔隙压力梯度，kg/cm2 孔隙压力梯度等于或接近于静水压力梯度时称为正常孔隙压力梯度；低于静水压力梯度时称为低压专
4、门孔隙压力梯度，简称低压专门；高于静水压力梯度时称为超压孔隙压力梯度，简称超压。后两种孔隙压力梯度都称为专门孔隙压力梯度。同一地区，在不同的深度，可能会有几种不同的孔隙压力梯度。孔隙压力的上限通常等于上覆岩层的压力。6、上覆岩层应力(Overburden Stress)上覆岩层应力是指覆盖在该地层以上的地层基质岩石骨架和孔隙中流体的总重量所造成的压力。在石油领域中，上覆地层应力的数值可用与钻井液密度等效的压力或压力梯度表示。上覆岩层应力的运算公式为：式中 S上覆岩层应力，kg/cm2；b区间平均体积密度，g/cm3；H深度，m。岩石的体积密度与岩石骨架的密度、岩石孔隙流体的密度以及岩石孔隙度有
5、关。下面是有代表性的各种岩石、矿物和流体的体积密度：表32 常见岩石及液体平均密度物质平均密度g/cm3砂岩2.65灰岩2.71白云岩2.87硬石膏2.98岩盐2.03石膏2.35粘土2.7-2.8淡水1.00咸水1.03-1.2石油0.8(平均)关于给定岩层的体积密度用以下公式加以定义：式中 b体积密度，g/cm3；孔隙度，；m岩石骨架密度，g/cm3；df孔隙流体密度，g/cm3；7、上覆岩层压力梯度(Overburden Pressure Gradient)上覆岩层压力梯度是指单位高度上的上覆岩层应力。其运算公式为: 式中 上覆岩层压力梯度，kgf/cm2/m；S上覆岩层压力，kgf/c
6、m2；L某段地层的厚度，m。8、基岩应力当一个固态的物体受到压力时，在其中某一点上测得的压力可能在不同的方向上并不相同。基岩应力那个术语确实是用来描述固体物质的压力分布的。基岩应力的集中能够形成地层压力专门，并在专门大程度上阻碍了岩石破裂压力。岩层的破裂压力又决定了油井的套管程序和承诺使用的最大钻井液密度。因此，基岩应力是在分析地层压力专门成因及参数分析运算时不可忽视的因素。9、正常地层压力(Normal Formation Pressure)正常地层压力是由所在地层以上的所有流体所施加给该地层的压力。上覆岩层压力全部由岩石骨架所承担，地层流体仅承载上覆孔隙液体的压力。因为水是岩石中普遍存在的
7、流体，一个给定深度的正常地层压力是地层水密度的函数。地层水密度要紧与地层水矿化度有关。10、专门地层压力Abnormal Formation Pressure和压力专门(Pressure Anomalies专门地层压力(Abnormal Formation Pressure)是指地层流体压力大于或小于运算所得的静水压力。压力专门(Pressure Anormalies)是指任何地层流体液柱高度或密度与井眼中的流体液柱的差异所作用的结果。从技术上讲：压力专门是正常地层流体压力，它与专门地层压力对井眼的效应是相同的。关于任何专门地层流体高压，部分上覆地层载荷差不多从岩石骨架转移到了地层流体中。假如
8、钻井液的压力低于地层流体压力，就会发生流体溢出，直到压力平稳为止。这种流体溢出确实是通常所说的井涌KICK。11、当量钻井液循环密度ECD-Equivalent Circulation Density当量钻井液循环密度ECD是相当于井底循环压力(BHCP)的钻井液密度。井底循环压力等于钻井液的静水压力加上以实际钻井液流速在环空中缺失的压力Pann。12、压差Differential Pressure压差(P)是井底运算压力和地层压力之间的差值。即式中 P压差，kgf/cm2；PBHC运算井底压力，kgf/cm2；PF地层压力，kgf/cm2。P是在现场钻井活动中与其它许多活动有关的重要参数之一
9、。假如P是负值PF PBHC，可能会产生如下结果：来自地层的油气侵入井眼。钻速(ROP)加快。非渗透岩层坍塌。渗透性岩层发生井涌。软岩层显现井眼跨塌。假如P的值接近于零PF PBHC，可能会产生如下结果：岩屑中有较好的气体显示。由于循环暂停和钻杆的运动，钻井液柱压力下降，显现起下钻气体显示。假如P是正值PF PBHC，可能会产生如下结果：钻速(ROP)降低。由于钻井液对地层的冲洗，渗透层的气体显示较差。由于钻井液对地层的冲洗，电测响应差。使钻井中的固体物质注入地层孔隙中，储层被破坏。可能从地层已有的裂缝中发生井漏。在大多数钻井条件下，P必须大于零。如此做尽管会导致钻速小于最优钻速，但能够使钻进
10、过程中井涌发生的可能性变得最小。更为重要的是，有一个较小的正压力差，能够补偿起下钻时的抽汲压力降。13、地层破裂压力Formation Fracture Resistance地层破裂压力或地层抗破裂压力，是将地层压裂所需要的液柱压力。地层破裂压力是石油工业上研究最多的课题之一。油井开采中常常有意压裂储层岩石以增加低渗层的产量。然而，钻井过程中发生的地层岩石被压裂破裂却可能引起严峻的问题，甚至能够使油井报废。当钻穿专门高压带时，钻井人员必须提高钻井液的密度以平稳地层流体压力。但是，钻井液的循环压力却不能大于井眼中最弱的岩层的破裂压力。对应于不同的深度，把一口设计井的所有的破裂压力值绘成一幅曲线图
11、，用来描述破裂压力梯度。破裂压力梯度能够：关心我们确定下技术套管的深度，确定操纵井涌时的最大环空压力，实施增产措施时，操纵人工破裂储层的压力。大多数情形下，在一个给定的裸眼井中，最软的岩层往往是位于最后一层套管鞋下面的第一个渗透层。假如钻井液压力大于破裂压力，该岩层就会发生井漏。井漏的发生又可能导致在漏失层的下部负压差的显现，可能引发井涌或井喷。因此，就限定了有一个极限的深度，即在没有下入另一层套管的情形下，在专门压力带能够钻达的最大深度。14、泄漏试验Leak-Off Test地层泄漏试验是在现场确定裸眼井段承诺使用的最大钻井液密度的一种试验方法。在新下入套管位置以下钻入几米，由钻井施工人员
12、进行测试。假如在这之下没有更高渗透率的岩层存在，这部位确实是最软的部位。测试的结果，转换成相应的钻井液密度，从而确定该层位在不发生井漏的情形下承诺使用的最大的钻井液密度。作业公司通常仅在一个新区的最先打的几口井才作泄漏试验。这项测试应当在下入套管的坚硬地层以下的第一个孔隙地层里进行。测试包括在地面关井，然后加压，至到钻井液开始注入地层。典型的漏失测试包括如下步骤：(1)下套管固井后，下钻循环，试压，再钻穿套管鞋，钻入套管鞋下面新的地层最少米。(2)起钻到套管鞋。(3)使钻头位于套管鞋深度，停泵，使钻井液静止，关闭方钻杆旋塞及防喷器环空及钻杆防喷器心子。(4)使用固井设备从节流管线缓慢地向井眼环
13、空注入钻井液。注钻井液过程中注意压力的变化以及注入钻井液的体积。(5)在钻井液开始挤入地层之前，压力的增加差不多上是呈线性的。开始脱离线性变化那一点的压力确实是漏失压力。(6)连续注入钻井液后压力曲线变得平缓，至到压力不再增加。在压力不变的那点上，就开始向地层孔隙和裂缝中注入钻井液。显现这种现象的那点的压力确实是注入压力。(7)到达注入压力点，赶忙停泵，关闭节流管线，凝视压力的变化。正常情形下，关闭压力将下降，到达一个略高于漏失压力的平稳点。该平稳点上的压力叫做放压压力。应监控测试过程中注入的钻井液的量以及放压以后回收的钻井液量；缺失部分或全部钻井液意味着地层的漏失或固井失效。(8)坚持放压压
14、力几分钟以确保没有岩层破裂发生。(9)假如放压压力保持不变，打开节流阀排出剩余压力，钻井可连续进行。测试结果可能专门难说明。偶然，软地层可能完全漏失，操作者必须进行处理才能连续钻进。记住，井漏发生处是整个垂直井深中最弱的点常常位于套管鞋下，不一定是井底。漏失压力确定了漏失点的井底压力，据此能够确定所承诺使用的最大钻井液密度ECD。图324 地层泄漏试验压力演变图漏失井底压力：式中 PBH井底压力，kgf/cm2；d钻井液密度，g/cm3；H垂直深度，m；PLOT漏失压力，kgf/cm2。最大承诺使用的钻井液密度dmax：泄漏试验有可能会引起地层完全破裂，因此，有时使用一种新的测试方法，即所谓的
15、地层完整性测试Formation Integrity Test或者叫地层注入测试FITFormation Intake Test来代替地层泄漏试验。在FIT测试中，钻井人员对套管鞋以下地层施加一个略微比估量破裂压力小的压力。假如在该压力下没有井漏发生，测试就算成功。FIT测试有一个缺点确实是不能测出真实的漏失压力。假如在钻井过程中钻井液密度必须提高到FIT限定的密度值以上时，有可能引起井漏。综合录井应用软件中一样均配备有泄漏试验程序，它能够实时地监控和记录测试压力。测试数据能够依照时刻、体积、以及体积和时刻进行回放。测试结果能够被打印出来，作为生产报告的一部分。二、专门地层压力的成因专门地层压
16、力可能比静水压力高或者低，然而在石油和天然气勘探开发中人们最关怀的是专门高压。有专门多地质过程阻碍压力的形成，大多数的专门压力可能是由以下诸多因素的相互作用引起的：压力封闭层、压实作用、大地构造效应、成岩作用、温度效应、流体密度效应、流体运移效应等。对一个特定地区的专门压力条件可能是由以上几个因素的结合引起的。1压力封闭层Pressure Seal压力封闭层的作用是限制地层流体从高压区向低压区的运移或压力的散失。压力封闭层是形成地层压力专门的必要条件。压力封闭层类型包括：(1)低孔隙度岩石的沉积，如致密的碳酸盐岩、岩盐、石膏或硬石膏、粘土岩或页岩。(2)盐类或页岩的刺穿构造的形成。(3)断层在
17、渗透性岩层中置入非渗透性岩层，限制了流体的流淌。(4)盖层的厚度操纵着由于漏失而使压力达到平稳的总体时刻。(5)任何其它的阻止地层流体流淌的物理或化学条件。2.压实作用Compaction Effects在沉积作用过程中，大多数的沉积物含有一些水自由水或结合水。专门是海相的粘土物质在掩埋时有高达80%的含水量。作用在沉积物孔隙水上的上覆沉积物的重量上覆压力随着埋藏深度的增加而增加。假如有一个向上排替水的运移通道，压力就会坚持正常静水压力。有时，由于某种因素限制了地层的渗透性或者埋藏的速度超过了水被排挤出的速度。这种情形下，压实作用减慢，把部分其后沉积的固体物质的重量施加到孔隙流体中。孔隙流体就
18、会出现专门高压，见图325。阻挡流体流淌、减慢压实作用的因素确实是压力封闭层。封闭层岩盖可能就在专门压力岩层的内部，也可能位于流体流淌方向的上部。图325 地层压实作用原理图(1)、压实趋势在许多地区海相粘土物质的孔隙度随着深度的增加按能够推测的趋势减小。许多地区，粘土孔隙度的减小呈一条指数曲线。一种纯粘土胶结的沉积物孔隙度曲线，绘制在半对数坐标中，大致呈一条直线。这条曲线形成一种压实趋势，能够用它来推测在任何深度上同种沉积物的孔隙度或密度。依照趋势线的偏差，能够专门容易地看出正常孔隙度曲线上的变化量。不同地区有各自的压实趋势，它是应力、温度和化学作用的综合阻碍的结果，见图326。图326 页
19、岩压实趋势图(2)、压力过渡带Transition Zone在岩石层序中假设包含有厚层的海相页岩，来自渗透层专门高压带的流体能够渗透到上覆页岩中去。从静水压力到专门压力随着深度的变化形成了一个过渡带，见图327。假如粘土胶结的沉积物中包含有一个专门高压带，那么该带的孔隙度比同样深度的正常压实地层的要高。因此，把与孔隙度相关的参数，绘制在半对数坐标纸上，可能表现为背离沉积趋势线上的一个过渡带。趋势线的变化可能是突变的，也可能是渐变的，这与压力封闭层的类型和压实作用有关。图3-27 过渡带原理钻井过程中及时发觉和识别压力过渡带是实现地层压力推测的前堤。压力过渡带是对下部地层压力专门的预警。专门压力
20、地层并不总是有过渡带。在许多地区，由于粘土或页岩层太薄或者同其它沉积物混杂或者由于压力盖层可能是一个断层或者是非渗透性的岩层等缘故，过渡带专门薄或者并不存在。3.构造因素在构造作用活动区域，构造因素无疑是专门压力形成的要紧缘故。由于现场资料的缺乏，构造作用效应专门难定量化。(1)、正常压实地层的抬升地壳上升力和地表腐蚀力的共同作用，能够把埋藏在深部的岩层抬升到近地表。假如在抬升和腐蚀过程中有某种因素限制了流体的运移，该地层就会由于深度因素而形成专门高压。压力梯度的大小与埋藏深度和抬升量有关。抬升量相同时，埋藏深度越浅压力梯度越高。图3-28显示了不同抬升深度的成效。图3-28 地层抬升过程形成
21、专门压力的原理(2)、应力场的变化构造活动导致了区域应力场力的大小和方向发生变化。构造应力和上覆应力阻碍着沉积物沉积的速度和岩石固化的速度。在特定的沉积物中，构造应力的集合比流体的排替速度快，就显现流体超压。在披覆构造中，上覆非渗透性沉积物的快速堆积可能引起极度的超压层的显现。图3-29 压力桥的概念构造力有利于坚持超压。流体压力比上覆压力高时，可能引起流体压裂地层和上覆岩层的抬升。然而假如上覆岩层是致密的如白云岩，构造应力就能够关心建立一个压力桥使上覆岩层固定在一个适当的位置上图3-29。局部来讲，压力的桥是一个盖层。在少数地区，地层流体压力能够比上覆岩层压力高出40%。(3)、断层和断裂关
22、于地层流体压力，断层可能有几个不同的效应，这与断层的位置和类型有关图3-30:1)正断层往往是开放的、形成有效的流体通道。当储层断开与非渗透层接触时可形成有效的摭挡。2)逆断层往往是关闭的、形成有效的遮挡物，专门是在周围地层发生变化的情形下。3)节理是一种位移专门小或没有位移的断裂，往往是有效的流体通道。但在塑性地层盐岩、粘土、硬石膏等中的断裂能产生一定的封闭作用。图3-30 封闭断层对专门压力分布的阻碍(4)、刺穿作用盐丘对上覆岩层的侵入刺穿能够导致盐丘的顶面和侧面形成专门地层压力图3-31。刺穿作用给盐丘周围的围岩施加应力，非渗透性的天然盐限制了流体的运移。图3-31盐丘刺穿造成的专门压力
23、效应4.成岩作用成岩作用是使岩石矿物在地质过程中发生化学变化的过程。粘土胶结的沉积物和一些蒸发岩沉积物，通过成岩作用形成正常压实地层。石油和天然气的生成也是一个成岩作用过程。从固体有机质转变成液体或气体的碳氢化合物使其密度减小、体积增大，在封闭或半封闭环境中能够形成超高压。(1)、粘土的成岩作用粘土矿物微观上呈片状，极易结合水吸咐水。水在粘土物质中存在的形式有自由孔隙水和层间结合水。沉积过程中，蒙托石微晶高岭土可能含有50-80%的自由水和层间水。能够有多达十个夹层的层间水。依照贝斯特Burst脱水模型1969，随着埋藏深度的增加，蒙托石通过三个时期的脱水，最终形成伊利石。假如这些脱出的水的运
24、移受到限制，随着开释出来的水的体积的增加，有可能产生专门压力。(2)、从石膏转变成硬石膏和水的成岩作用石膏CaSO42H2O在被埋藏以后，专门快脱水转变成硬石膏CaSO4。转变的深度大约为600m随上覆压力、地温梯度、原始含水饱和度而有所变化。转变过程使固体物质的体积减小了38%，然而总的体积却增加了，这是由于压实过程中开释出来了结合水。在硬石膏层与束缚水的循环形成的结合带可能形成专门高压。(3)、碳氢化合物的成岩过程碳氢化合物的形成也是一个成岩过程，并可能引起超压的形成，专门是在该过程产生自由气体时更是如此。在浅层小于250m，细菌作用使沉积物中的有机质腐败，产生生物沼气。由于缺乏非渗透性的
25、盖层，气体会向地表扩散。然而在有些地区，可形成浅层气，钻遇这种浅层气是浅层钻井的要紧灾难。随着埋藏深度增加，有机物质的化学裂解形成碳氢化合物，同时使重烃裂解形成轻烃。烃分子数量的增多意味着它将会占据更多的空间。专门明显，在半封闭的环境中的含烃带地层压力将会升高。烃类油藏容易产生压力专门，专门是在有大量气体存在时更是如此。5、温度效应沉积物的重力载荷往往会使沉积物内部的温度升高。另外，在埋藏时形成的地温梯度，随着沉积物总体密度的不同而有所变化。在温度升高时，水的体积略有增大。这就意味着地层水的温度对专门压力也有阻碍。由于温度对成岩作用的阻碍，那么温度确实是阻碍专门压力的一个间接因素。沉积物埋藏过
26、程中，压实效应和温度效应都有助于在被盖层隔离的含水沉积物中产生的专门流体压力。6、流体运移效应流体运移效应包括钻开的岩层与超压层的联通以及地层流体等势面的差异造成的压力专门，如图3-32所示。图3-32 不同压力系统联通的实例在低于含水层等势面的地面上钻井，当钻入含水层时，使用标准密度的钻井液也会导致井涌或井喷，图3-33。图3-33 从等势面产生的压力专门实例三、随钻地层压力的检测工作程序联机工程师有以下四点要紧义务：1、通过对钻井中获得的测量参数进行分析对比，确定或调整估量的地层流体压力值。2、通过利用钻井时期的实测资料，确定或调整地层破裂压力值。3、关心现场钻井人员优选使用钻井液密度及其
27、它常规井控所需要的参数；定期或经常同用户交流压力信息。4、一旦发觉地层压力专门的信息，及时处理，减小二次井控的风险和投资。在进行随钻地层压力评判时，在不同的钻井时期应做的工作如下：1、开钻前收集与压力有关的资料数据邻井的电测井资料声波和补偿地层密度测井；邻井的随钻录井图；邻井的地层压力或综合录井图；地震压力推测图；邻井完井报告。2、录井前预备(1)、使用压力图以估量该地区正常地层压力梯度以及专门压力带的顶部位置。(2)、检查综合录井图和完井报告，查找专门压力信息、可能的漏失带、可能引起压力评判困难的地质条件碳酸盐岩/蒸发岩带、不整合、断层等。(3)、假如有该区域压力梯度数据，应运算出设计井中到
28、第一个套管鞋位置的压力梯度。假如是在海上还要包括水深和空气间隔的运算。(4)、假如有当地的泊松比系数，应估量设计井到第一个套管鞋深度的破裂压力梯度。(5)、假如没有当地的用于运算上覆压力和破裂压力梯度的有关系数，分析岩性录井图以确定开始钻井应该使用的合适的软地层或硬地层系数。(6)、参考施工井的钻井设计，明确钻井打算以及显现专门压力的可能深度。(7)、在海上，假如实际的水深和空气间隔与设计值不符时，重新运算上覆压力梯度。(8)、同地质监督和用户商讨，确定对压力报告的要求：系统单位、录井图比例、每天汇报时刻以及当压力参数变化时应该向谁汇报等。(9)、选择压缩深度比例1/5000或更小绘制所有与压
29、力相关的录井图，以便于确定趋势线和承诺进行校正处理。3、钻井过程中应做的工作(1)、依照设计井区的地质特点，确定使用合适的地层压力检测方法，使用d指数及Sigma指数的一种或两种方法同时使用；使用最适合当地条件的工作方法；尽可能进行实时说明。(2)、对所有井段的纯页岩按采样间隔测定页岩密度。(3)、通过背景气的显现或消逝、单根气和起下钻气监控压差变化。(4)、假如是定向井，在进行说明和提交给现场人员之前，重新按照定向井的真实垂直深度运算压力参数。(5)、每天最少绘制出两份综合录井图和压力检测图供地质监督和用户查阅；保证任何时候录井图差不多上及时绘制的。(6)、假如显现井涌，使用关井钻具压力SI
30、DPP来运算地层流体压力。(7)、要保证对所有录井图的及时备份，录井房内悬挂综合录井图，以便于快速查阅。(8)、作好钻井日志，记录与压力相关的事件，对专门的压力评判过程和方法要保持单独的文件名目，以便让其它录井人员参考。4、在每次下套管时应做的工作(1)、收集声波测井资料，以便重新运算各井段的上覆压力梯度。(2)、假如有重复地层测试器RFT的压力值，使用它们来运算正常地层流体压力梯度。(3)、当钻穿新的套管鞋时，假如有地层泄漏试验数据的话，使用这些数据来重新运算破裂压力梯度和当地泊松比系数。5、完井时应做的工作(1)、使用电测井资料声波、RFT等重新运算上覆压力系数、地层流体压力梯度和泊松比系数。(2)、应用中途测试DST的初始关井压力ISIP值来对地层流体压力梯度进行重新运算。(3)、使用校正后的参数，作出最终的综合录井图和压力录井图。(4)、评判在该井中使用的压力评判方法的体会及教训，并在完井报告中反映出来。(5)、把遇到的任何专门情形，使用新的压力检测方法或其它事项告诉当地油田基地，以便能够关心他们今后改进在该地区的钻井服务。四、d指数地层压力检测法1、d指数来源和差不多运算方法钻速ROP受岩石体积密度和压差的阻碍。欠压实
