第四章 地层压力检测与地层破裂压力1.ppt

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1、第四章第四章 地层压力检测地层压力检测1、异常压力检测和定量求值指导和决定着油气勘、异常压力检测和定量求值指导和决定着油气勘 探、钻井和采油的设计与施工。探、钻井和采油的设计与施工。2、对钻井来说，它关系到高速、安全、低成本的、对钻井来说，它关系到高速、安全、低成本的 作业甚至钻井的成败。作业甚至钻井的成败。3、只有掌握地层压力，地层破裂压力等地层参数，、只有掌握地层压力，地层破裂压力等地层参数，才能正确合理的选择钻井液密度，设计合理的井才能正确合理的选择钻井液密度，设计合理的井 身结构。身结构。4、更有效地开发、保护和利用自然资源。、更有效地开发、保护和利用自然资源。一、压力检测的目的及意义

2、一、压力检测的目的及意义二、异常压力的区分及形成的机理二、异常压力的区分及形成的机理1、区分、区分2、异常压力形成机理、异常压力形成机理压实运用：压实运用：F构造运动：构造运动：F成岩作用：成岩作用：F密度差作用：密度差作用：F流体运移：流体运移：F其它原因：其它原因：二、异常压力的区分及形成的机理二、异常压力的区分及形成的机理1、区分、区分：若设正常地层压力时地层水密度为：若设正常地层压力时地层水密度为 n，则地则地 层压力当量密度层压力当量密度 e，当当 e =n时，等于时，等于1.00-1.07g/cm3为压力正常为压力正常;当当 e n时，大于时，大于1.07 g/cm3为为异常高压异

3、常高压;当当 e n时，小于时，小于1.0g/cm3为为异常低压异常低压。见图见图3-1图3-1地层压力异常 23正常孔隙压力正常孔隙压力1）压实作用）压实作用：随着埋藏深度的增加和温度的增加，孔隙随着埋藏深度的增加和温度的增加，孔隙水膨胀，而孔隙空间随地静载荷的增加而缩小。水膨胀，而孔隙空间随地静载荷的增加而缩小。因此，只有足够的渗透通道才能使地层水迅速因此，只有足够的渗透通道才能使地层水迅速排出，保持正常的地层压力。如果水的通道被排出，保持正常的地层压力。如果水的通道被堵塞或严重受阻，增加的上覆岩层压力将引起堵塞或严重受阻，增加的上覆岩层压力将引起孔隙压力增加至高于水静压力，孔隙度亦将大孔

4、隙压力增加至高于水静压力，孔隙度亦将大于一定深度时的正常值。于一定深度时的正常值。构造运动是地层自身的运动。构造运动是地层自身的运动。它引起各地层它引起各地层之间相对位置的变化。由于构造运动，圈闭之间相对位置的变化。由于构造运动，圈闭有地层流体的地层被断层、横向滑动、褶皱有地层流体的地层被断层、横向滑动、褶皱或侵入所挤压。促使其体积变小，如果此流或侵入所挤压。促使其体积变小，如果此流体无出路，则意味着同样多的流体要占据较体无出路，则意味着同样多的流体要占据较小的体积。因此小的体积。因此,压力变高。如图压力变高。如图3-2所示所示。2)构造运动构造运动图图3-2构造运动形成的异常压力构造运动形成

5、的异常压力断层形成的断层形成的异常高压异常高压盐丘体侵盐丘体侵入形成的入形成的异常高压异常高压原始压力型原始压力型异常高压异常高压3）粘土成岩作用）粘土成岩作用 成岩指岩石矿物在地质作用下的化学变化。页岩和灰岩经受结晶结构的变化，可以产生异常高的压力。有异常压力，必有上覆压力密封层。如石膏（caso4 2H2O）将放出水化水而变成无水石膏（caso4）它是一种特别不渗透的蒸发岩，从而引起其下部异常高压沉积。如图3-3 所示。图3-3粘土成岩中形成的异常高压28页4)密度差的作用密度差的作用 当存在于非水平构造中的孔隙流体的密当存在于非水平构造中的孔隙流体的密度比本地区正常孔隙流体密度小时度比本

6、地区正常孔隙流体密度小时,则在构则在构造斜上部，可能会形成异常高压。如图造斜上部，可能会形成异常高压。如图3-4 所示所示图3-4由于地层流体密度差形成的异常压力例例 如图3-4 所示，设4000米处为正常压力，水的密度1.02g/cm3,气的密度为0.0959g/cm3,则4000米处的压力 P4000=9.811.02 4000 =40MPa则3000米处的压力p3000=40024.8-9.8(0.095)(4000-3000)=39.08Mpa5）流体运移作用）流体运移作用从深层油藏向上部较浅层运动的流体可以导致浅层从深层油藏向上部较浅层运动的流体可以导致浅层变成异常压力层。这种情况叫

7、做浅层充压。变成异常压力层。这种情况叫做浅层充压。如图如图3-5 6）形成异常高压的其它原因形成异常高压的其它原因地面剥蚀；注水；三、检测地层压力的方法三、检测地层压力的方法 检测异常地层压力的原理是依据压实理论：随着深度的增加，压实程度增随着深度的增加，压实程度增加，孔隙度减小。加，孔隙度减小。2、钻进中检测地层压力。、钻进中检测地层压力。3、钻进后检测地层压力。1、钻井前预测地层压力。预测地层压力可有两种方法：预测地层压力可有两种方法：（1）参考邻井资料）参考邻井资料 邻井的电测数值能够很准确的反映出各个地层深度 的地层压力数值，这是最好的参考资料，大多数新井钻井过程中的高压层位置都是与邻

8、井电测资料进行对比得到的。在钻进中可以按邻井的高压层压力值适当的调整钻井液密度，实施近平衡钻井。1、钻井前预测地层压力钻井前预测地层压力 在正常压力地层，随着岩石埋藏深度的增加，上在正常压力地层，随着岩石埋藏深度的增加，上面的岩石压力逐渐增加，地层孔隙度逐渐减小，面的岩石压力逐渐增加，地层孔隙度逐渐减小，这就使地震波的传播速度随岩石埋藏深度的增加这就使地震波的传播速度随岩石埋藏深度的增加而成正比的增加。当地震波到达高压油气层时，而成正比的增加。当地震波到达高压油气层时，由于高压油气的存在，使地层孔隙度增加，使地由于高压油气的存在，使地层孔隙度增加，使地震波传播的速度随之下降。人们可以根据地震波

9、震波传播的速度随之下降。人们可以根据地震波在高压油气层中传播速度的减小值来确定高压层在高压油气层中传播速度的减小值来确定高压层的压力值的压力值。（2）参考地震资料）参考地震资料2、钻进中检测地层压力、钻进中检测地层压力(1)页岩密度法页岩密度法(2)dc指数法指数法在钻进中，取页岩井段返出的岩屑，测其在钻进中，取页岩井段返出的岩屑，测其密度，做出密度与深度的关系曲线，通过密度，做出密度与深度的关系曲线，通过正常压力地层的密度值画出正常趋势线。正常压力地层的密度值画出正常趋势线。偏离正常趋势线的点，即压力异常点。开偏离正常趋势线的点，即压力异常点。开始偏离的部分即为过渡带的顶部。始偏离的部分即为

10、过渡带的顶部。（1）页岩密度法：）页岩密度法：图3-8（2）dc指数法指数法dc指数法：指数法：dc指数法是通过分析钻进动指数法是通过分析钻进动态数据来检测地层压力的一种压力方法。态数据来检测地层压力的一种压力方法。动态数据中主要是钻速、大钩载荷、转动态数据中主要是钻速、大钩载荷、转速、扭矩以及钻井液参数。速、扭矩以及钻井液参数。3、钻进后检测地层压力钻进后检测地层压力1）声波时差法：）声波时差法：原理：声波测原理：声波测井记录的纵向井记录的纵向声波速度是孔声波速度是孔隙度和岩性的隙度和岩性的函数。如图函数。如图3-11所示。所示。由图可见：在正常压力地层，由图可见：在正常压力地层，随井深的增

11、加，地层孔隙度随井深的增加，地层孔隙度减小，使声波传播速度加快，减小，使声波传播速度加快，当声波到达油气层时，传播当声波到达油气层时，传播速度减小速度减小2)利用电阻率评价地层压力利用电阻率评价地层压力原理：不同地层的电阻率不同。正常情况下，随着地原理：不同地层的电阻率不同。正常情况下，随着地层的加深，岩石孔隙度减小，电阻率减小。如图层的加深，岩石孔隙度减小，电阻率减小。如图3-12泥浆密度四、地层破裂压力四、地层破裂压力地层破裂压力地层破裂压力pf是指某一深度地层发生破碎是指某一深度地层发生破碎和裂缝时所能承受的压力。和裂缝时所能承受的压力。地层破裂压力梯度地层破裂压力梯度Gf是指每单位深度

12、增加的是指每单位深度增加的破裂压力值。破裂压力值。1 概念概念2 地层破裂压力梯度计算公式：地层破裂压力梯度计算公式：地层破裂压力实验目的：地层破裂压力实验目的：1、确定最大允许使用钻井液密度、确定最大允许使用钻井液密度2、实测地层破裂压力。、实测地层破裂压力。3、确定关井最高套压。、确定关井最高套压。实验步骤1、井眼准备-钻开套管鞋以下第一个砂层后，循环钻井液，使钻井液密度均匀稳定。2、上提钻具，关封井器。3、以小排量,一般以0.8-1.32L/s的排量缓慢向井内灌入钻井液。4、记录不同时间的注入量和立管压力。5、一直注到井内压力不在升高并有下降(地层已经破裂漏失),停泵,记录数据后,从节流

13、阀泻压。6、从直角坐标内做出注入量和立管压力的关系曲线。如图3-13确定最大允许钻井液密度max则表层套管以下:max=mf-0.06g/cm3,技术套管以下:max=mf-0.12g/cm3。最大允许关井套压与井内钻井液密度的关系51.4地层最大破裂压力MPa最大破裂压力当量钻井液密度M表示钻井液密度为1.4最大允许关井套压为5MPa注意事项；1、实验压力不应超过地面设备、套管的承压能力。2、在钻进几天后进行液压实验时，可能由于岩屑堵塞了岩石孔隙，导致实验压力很高，这是假象，应注意。3、液压实验只适用于砂、页岩为主的地区，对于石灰岩、白云岩等地层的液压实验尚待解决。4、在现场作破试时求出漏失

14、压力即可。5、最好用水泥车或试压泵作破试。图3-13pf练习题：练习题：已知：某井套管鞋以下第一个砂层井深2000米，泥浆密度为1.45g/cm3，当破裂压力实验时套压为10MPa时地层破裂。求：A、井深2000米处地层破裂压力 B、地层破裂压力梯度解：A.Pf=0.098*1.45*2000+10 =29+10=39(MPa)B.Gf=Pf/H=39/2000 =0.0195(MPa/M)思考题1、什么是异常地层压力？如何区分？、什么是异常地层压力？如何区分？2、异常地层压力是怎样形成的？、异常地层压力是怎样形成的？3、钻井中检测地层压力的方法有那些？、钻井中检测地层压力的方法有那些？4、什么是地层破裂压力梯度？如何计算？、什么是地层破裂压力梯度？如何计算？