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地层压力检测技术

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地层压力检测技术 地层压力检测 地层压力测试 地层压力测试技术 地层测试技术
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一、地层压力检测的依据—岩层欠压实 在沉积岩沉积过程中,随着沉积深度的增加,岩层受 到的上覆岩层压力增大,岩层的压石程度增加、密度变大、 孔隙度减少。 (正常沉积) (欠压实沉积) 若沉积岩在沉积过程,由于受构造运动的影响或断层 的存在,局部形成了圈闭,在沉积过程中,岩层孔隙中的流 体不能有效地排出; 或由于沉积速度高于流体排出速度或细砂沉积导致密 封等原因;造成岩石密度、孔隙度不能随着埋藏深度的增加 而呈规律性的减小。其中未排出或残留的地层流体便成为支 撑上覆岩层压力的一部分。造成地层欠压实,形成高压层。 二、检测地层压力的方法 1、钻前检测地层压力---地震资料法 依据地震波在地层中传播时间的变化来预测地层压力 的变化。 原理:在压实地层中,随着深度的变化,岩石的密度越来 越大,地震波的传播速度也越来越快,传播时间越来越短 。在欠压实地层中,则相反。 t H (1)等效深度法求地层压力 方法: a、在半对数坐标图上,以深度H为纵 t 坐标,地震波为横坐标、描点。 b、划正常趋势线; H2 c、有异常压力点引印铅垂线交正常趋 势线于一点,求交点深度。(说明异常压力 点与交点深度处基岩应力相等) d、计算交点处上覆岩层压力和地层压力 H1 及异常压力点处覆岩层压力。 H e、以异常压力点与交点深度处基岩应力 相等为依据建立方程,求解异常压力点处 地层压力。Po1= Pp 1+& 1 Po2= Pp 2+&2 & 1 = &2 Pp 1= Po1- Po2+ Pp 2 2、钻进中检测地层压力 ---页岩密度法、dc指数法、sigmalog法 (1)页岩密度法: ①原理:岩层随沉积深度的增加,页岩压实程度增加,但 在压力过度带或异常高压层。由于岩层的欠压实,岩石 孔隙度大、密度小。 ②岩样的选取要求: a、在页岩井段每隔3-5m取一次样并除去杂质; b、用清水洗去岩屑上的钻井液。 c、烘干岩样 ③岩屑密度的测定(现场) a、加岩屑于钻井液密度秤钻井液杯中,加盖后,使游 码指示读数为1g/cm³。 b、加清水充满钻井液杯,加盖后测定密度值ρT c、计算页岩密度值ρsh=1/(2- ρT ) e、列表作H- ρsh关系曲线 ρsh H f、用标准透明密度图版覆盖于 H- ρsh图上,使图版的正常 地层压力当量钻井液密度线与H- ρsh上的正常密度趋势 线重合 g、观察所求测点落在标准透明密度图版哪一条密度线上 ,该密度线所指示的密度值即为该点地层压力的当量钻 井液密度。 (2) dc指数法(1971年Rehm和Mclenden提出) ①原理: dc指数法检测地层压力是通过钻进过程中,钻速 的变化来进行的。在不考虑钻井参数突然变化的条件下, 当钻进到欠压实地层时,由于地层孔隙压力高、井底压差 小,钻速上升。 ② dc指数方程: dc= ㏒(0.0547R/N) ρn ㏒(0.0673W/D) ρm 式中:R---机械钻速 m/h N---转速 r/min W---钻压 KN D---钻头直径 mm ρn—该地区地层流体密度 ρm—钻井液密度 ③dc指数方程中各参数录取原则: a、在钻速慢的地层中,可按1.5-3m录取; b、在钻速快的地层中,可按7.5或15m录取; c、求dc指数时,各参数的录取必须在泥页岩井段,其它岩 层的参数不能用。 ④数据处理 a、 在各井段录取的R、 N、W、D、ρn 、 ρm等参数,分 别带入dc指数方程中,求出不同井深所对应的dc值并列表 。 dc b、以dc值为横坐标、井深为纵坐标 在半对数坐标图上,描点、绘制 dc—H关系曲线 H ⑤、 dc指数法检测地层压力的方法(四种 ) a、若玛纳公式: ρp=ρn × dcn / dco b、伊顿公式: ρp=ρo-(ρo-ρn) × (dco/dcn) c、麦克伦敦公式: ρp=0.92 ㏒( dcn-dco)+1.98 上式中: dco—实际测得的dc值 dcn---正常趋势线上的dc值 ρo---上覆岩层压力 ρn---该地区地层流体密度 dco dcn dc ⒈2 d、等效深度法: Gp=0.02306-0.01236He/H 式中:He—等效深度m H---欲求地层压力深度m dc He H (3)Sigmalog法 ①简介: Sigmalog法是1984年,美国AGP公司开发的一种 地层压力检测方法。此法克服了因井径、参数变化、岩 性等因素对检测精度的影响。较适合4000m以上的深井 。 ②原理:利用欠压实地层岩石强度不按压实规律变化的特 性检测地层压力。 岩石强度公式: (未考虑钻井液及地层流体的影响) (σt)¹⁄²=(25.4W ¹⁄²N¼)/DR ¼ +0.0287(7-0.001H) 式中: (σt)¹⁄²----岩石总强度 100kp W----钻压 t N----转数 r/min D----井径 mm R----转速 m/h H----井深 m ③具体方法: a、设选取参数点的岩石总强度为(σo)¹⁄²,在考虑井内实际 压力和正常压差△p的影响下,得(σt)¹⁄² 与(σo)¹⁄²的函数 关系式: (σo)¹⁄²= F(σt)¹⁄² 式中:F= 1+[1-(1+n² △p²)¹/² ] / n △p (系数) △p=0.1(ρm-ρn)H (密度差) n=3.25/ [640 (σt)¹⁄² ] 当((σt)¹⁄² ≤1)时 n=(1/640 ) [4-0.79/(σt)¹⁄² ] 当 ((σt)¹⁄² >1)时 b、将上式整理得: (σo)¹⁄² 关于(σt)¹⁄²的一元函数 并求出: (σt)¹⁄² =------ 将上式与 岩石总强度公式联立,去除 (σt)¹⁄² 得(σo)¹⁄²与 H关系方程。 (实际岩石总强度与井深关系得以建立) c、每米取一点连续作(σo)¹⁄²与 H关系曲线。 σo 压实段 (σr) ¹⁄²表示正常趋势线 欠压实段 H d、求正常趋势线方程 在实测曲线中正常压力段取2个可信点( (σr) ¹⁄² 1,H1) 和( (σr) ¹⁄² 2,H2),求取正常趋势线方程; (σr) ¹⁄²=aH/1000+b 式中:a---直线斜率 b---直线截距 d、求地层孔隙压力梯度 取异常压力点。(H) 通过(σt)¹⁄²=(25.4W ¹⁄²N¼)/DR ¼ +0.0287(7-0.001H) 求出岩石总强度(σt)¹⁄² 通过(σr) ¹⁄²=aH/1000+b,求该深度在正常趋势线上 所对应的岩石强度(σr) ¹⁄² 设Y=(σr) ¹⁄²/(σt)¹⁄² 则地层压力梯度为: Gp=Gm- [ 20(1-Y)]/ [nY (2-Y)H ] 式中: Gm---钻井液压力梯度 100kpa/m n=3.25/ [640 (σt)¹⁄² ] 当 ((σt)¹⁄² ≤1)时 n=(1/640 ) [4-0.79/(σt)¹⁄² ]当((σt)¹⁄² >1)时 3、钻后检测地层压力 (1)声波时差法 ①原理:在正常压实情况下,声波中纵波传播速度随地 层埋藏深度的增加,应逐渐增加,因而其传播时差越 来越小。但遇及高压层时,由于岩石孔隙度比正常压 实地层孔隙度大,故纵波传播速度小,导致传播时差 大。利用此特性检测地层压力。 ②具体方法(等效深度) 录取不同深度的纵波传播时差并取对数,列表 。 以井深为纵坐标,时差的对数为横坐标,绘制时差 与井深关系曲线。 a、从 异常压力点A向正常趋势线引铅垂线交于B点,过B点引 水平线交纵轴于H2点。 H2 B H1 A b、根据H1处的地层基岩压力等效于H2处的地层基岩压力。 计算H2点处的地层压力。 因: Po= Pp +& & H1 = PoH1 -PpH 1 &H 2 = PoH2 -PpH 2 & 1 = & 2 PpH 1 = PoH1 -PoH2+PpH 1 =g(H1-H2)ρo+g H1 ρn (2)电阻率法 ①原理:在正常压实情况下,电阻率随地层埋藏深度的增加, 应逐渐增加。但遇及高压层时,由于岩石密度突然减少,而 电阻率逐步减小。利用此特性检测地层压力。 Ro Rn 电阻率 H ②Eaton计算地层压力公式; Gp=Go- [ (Go-Gn )(Ro/Rn)¹·²] 式中: Ro---所求点的实测电阻率 Rn---所求点在正常趋势线上的电阻率
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