碳酸盐岩地层异常压力随钻监测关键问题探讨——以川东北飞仙关组和长兴组地层为例

在碳酸盐岩地层应用欠压实原理,会使异常压力随钻监测成为威胁钻井安全的一道难题。为了解决该类地层异常高压随钻监测理论、异常高压识别、监测模型选择等关键问题,以川东北飞仙关组和长兴组地层实测压力的纵深分布特征为基础,通过与东营凹陷碎屑岩地层压力分布特征对比,指出基于上覆压力梯度的地层压力随钻监测方法并不适用于碳酸盐岩地层。在理论探讨的基础上,从岩石成分及应力敏感性角度,解释了硫酸盐热化学还原反应和构造挤压是造成高压地层与常压地层识别标志差异的主要原因。孔隙型碳酸盐岩地层和裂缝性碳酸盐岩地层的压力演化历程不同,其监测模型也不同,为此对压力监测模型中的孔隙与裂缝识别、气层和水层识别给出了具体的区分方法。上述几个关键问题的探讨,有助于提高对碳酸盐岩地层异常压力的认识与预测监测水平。      

随钻地震技术在莺歌海盆地高温高压地层钻井中的应用

南海莺歌海盆地高温高压地层的钻井安全风险较高,为降低钻井风险,需要准确预测高压地层的压力和深度。为此,在预探井DF-X1井钻井过程中研究应用了随钻地震技术,利用随钻地震数据获得时深关系和地层层速度,实时更新钻头在地震剖面中的位置,确定钻头前方高压储层的深度和地层压力系数。在DF-X1井实钻过程中,应用随钻地震技术准确预测了高压储层A1砂体的地层孔隙压力系数、破裂压力系数和深度,高压储层A1砂体的预测深度与实钻深度相差仅6.00 m,确保了?244.5 mm套管成功下到高压储层上部的泥岩中,确保了?212.7?mm 井段的安全压力窗口;A1砂体孔隙压力系数和破裂压力系数的预测精度分别达到3.0%和1.0%,确保了该探井的顺利完钻。研究结果表明,随钻地震技术可以准确预测地层压力和高压储层深度,能有效降低钻井风险,提高作业效率。      

济阳拗陷地层压力预测方法

依据沉积物压实过程所建立的力学关系表明，孔隙流体压力Pp与上覆岩层压力Ph及有效应力Pe有关。其中Ph可由地层的密度求取，Pe可由叠加速度获得。通过对济阳拗陷山东探区地层压力预测精度敏感性的分析，认为地震速度变化及上覆岩层压力梯度对反映地层压力最敏感，于是统计了济阳拗陷100口井声波时差和实测压力资料，同时解释了该区约1000个点的地震速度谱资料，基本查清了造成该区地震速度谱资料异常的因素，建立了该区地震速度谱资料异常干扰校正模型；分别用测井密度、平均密度方法完成了三个凹陷区的正常地层压力模型计算；形成一套技术先进、易于操作、实用性强的地层压力预测方法。应用这些新方法对15口预探井进行地层压力预测，结果与实钻数据的地层压力梯度绝对误差小于0．1g／cm^3，相对误差最大值小于10％，克服了过去地层压力预测存在的不稳定、起伏大的缺陷，满足了预探井地层压力预测的要求。     

中国近海主要含油气盆地新一轮油气资源评价

中国近海主要含油气盆地新一轮油气资源评价是继1993年全国第二次油气资源评价之后在政府主管部门指导下完成的又一次较为系统的油气资源评价工作。在继承以往盆地模拟法研究的基础上,评价结果更突出了类比法、各种统计法、综合法(区带评价法)在较成熟勘探区油气资源量预测中的重要作用,使油气资源评价方法的应用与评价参数的选取更趋于完善。本次评价重点预测了渤海、南黄海、珠江口、琼东南、莺歌海、北部湾等盆地的可探明油气地质资源量、可采资源量,并对资源分布,包括地质层位、深度、地理环境(水深及岛屿部分)、油气性质等做出了尝试性预测。通过资源量不同概率分布值表述了上述盆地预测结果的不确定性,并讨论了不确定性存在的可能原因。评价结果表明,渤海、珠江口、北部湾盆地的富油凹陷及其相邻凸起仍然是未来石油储量持续增长的主要地区;莺歌海、琼东南盆地(崖南凹陷及其相邻地区)是未来天然气储量持续增长的现实地区;珠江口盆地白云主凹、琼东南盆地深水区、近海前第三系盆地是未来天然气储量持续增长的主要接替区。     

基于测井-地震信息的碳酸盐岩储层裂缝预测方法

碳酸盐储层裂缝发育、非均质性强,单一测井或地震方法识别裂缝存在局限性,为此提出了测井-地震信息融合预测碳酸盐岩储层裂缝的方法。首先,将粗糙集理论与裂缝发育程度划分相结合,把权系数问题转化为粗糙集中属性重要性评价问题,根据钻井取心对测井识别的裂缝进行刻度;其次,基于叠前地震方位各向异性预测裂缝发育优势方位及裂缝密度;最后,通过井震标定完成测井与地震尺度匹配,拟合测井裂缝可拓识别结果与叠前地震各向异性检测强度的函数关系,划分地震边缘检测裂缝级别。以实际工区资料为例,进行了碳酸盐岩裂缝测井-地震信息融合的裂缝预测,结果表明:该方法既能提高裂缝预测结果的可靠性,又能对纵向及横向不同尺度的裂缝进行有效识别。研究结果可为碳酸盐岩储层的裂缝预测提供有益的借鉴。      

深水浅层安全钻井液密度窗口预测技术及工程应用

深水浅部地层成岩性差,井眼易塌、易漏,钻井液安全密度窗口窄,安全钻井液密度窗口的精确预测是深水钻井作业安全和成功的关键。通过分析水深浅部地层地应力、成岩特征,提出了深水地层密度分段预测方法,并据此确定了深水井的3个地应力纵向剖面(上覆岩层压力、水平最大地应力和水平最小地应力);建立了深水浅层塑性地层井壁坍塌压力极限应变计算模型,实现了深水浅层安全钻井液密度窗口的精确预测,并在西非赤道几内亚湾深水S1井进行了应用,确定了S1井的钻井液安全密度窗口,保障了该深水井的安全快速钻井。     

Using Nonparametric Optimal Transformations—Field Applications in the Middle East

Accurate prediction of formation fracture gradient is essential to many petroleum-engineering operations. Proper planning and execution of deep abnormal pressure wells, stimulation treatment, and reservoir exploitation require, among other factors, good estimates of fracture gradient. It has been proven in the literature that most of the available fracture gradient correlations do not provide reliable results when exposed to data away from the geographical region where they were initially developed.

A new approach for fracture gradient prediction based on nonparametric optimal transformations is presented. The transformations are totally data driven and do not assume any a priori functional form. The model presents the fracture gradient as a function of pore pressure gradient, rock density, and depth. The data set used in the study consists of more than 21,000 points taken from 16 wells drilled in seven different geologic prospects covering more than 200 mi². The excellent results obtained from the proposed model establish a new simple tool for fracture gradient calculation that is based on readily accessible parameters. The proposed model is illustrated and validated using several examples from different fields in the Middle East. The results of the various cases confirm that the computed and the measured fracture gradient values are in excellent agreement with an average absolute relative error of 6% and a standard deviation of 0.05 psi/ft.     

Using Nonparametric Optimal Transformations—Field Applications in the Middle East

Abstract

Accurate prediction of formation fracture gradient is essential to many petroleum-engineering operations. Proper planning and execution of deep abnormal pressure wells, stimulation treatment, and reservoir exploitation require, among other factors, good estimates of fracture gradient. It has been proven in the literature that most of the available fracture gradient correlations do not provide reliable results when exposed to data away from the geographical region where they were initially developed.

A new approach for fracture gradient prediction based on nonparametric optimal transformations is presented. The transformations are totally data driven and do not assume any a priori functional form. The model presents the fracture gradient as a function of pore pressure gradient, rock density, and depth. The data set used in the study consists of more than 21,000 points taken from 16 wells drilled in seven different geologic prospects covering more than 200 mi². The excellent results obtained from the proposed model establish a new simple tool for fracture gradient calculation that is based on readily accessible parameters. The proposed model is illustrated and validated using several examples from different fields in the Middle East. The results of the various cases confirm that the computed and the measured fracture gradient values are in excellent agreement with an average absolute relative error of 6% and a standard deviation of 0.05 psi/ft.     

盐岩蠕变三维数值模拟计算方法及应用

盐岩层在蠕动、变形过程中,对套管产生非均匀外挤力,造成盐岩层套管损坏。中原油田盐岩层厚度为50~200m。统计结果表明,文13东块套损发生在盐岩层的井占油田套损井总数的37%。为从根本上解决盐岩层中套管损坏问题,必须对盐岩层的蠕变速度、位移量等进行定量研究。通过盐岩的三轴蠕变试验,建立了盐岩变形的本构关系,给出了在盐岩蠕变计算中所使用的具体的理论公式、数值计算方法。采用控制容积法,通过模拟实际地层情况,得出纵向油藏剖面盐岩层的蠕变速度、位移量、应力场及套管所承受的横向推挤力分布规律。文13东油藏计算结果表明,作用在套管柱上的横向推挤压力随着盐膏层蠕变速度的增加而增加,尤其表现在盐岩层边界部位,这些部位是剪切应力的集中区,是套管柱极易发生错断的部位。此项研究成果可用于钻遇盐岩层时调整钻井参数、套管柱的工程设计、套损井防治等多项油田开发工程中。     

井驱地震速度模型修正技术及其在随钻驱动处理中的应用

随钻驱动处理作为将地面地震资料应用于开发地震的有效方法,对规避钻井风险,提高钻井成功率具有现实意义。其中的核心问题是如何利用随钻资料便捷地提高地面地震速度模型的精度,从而提高地震资料成像精度,指导钻井轨迹调整。为此,提出井驱地震速度模型修正技术,即在传统叠前深度偏移速度模型基础上,将正钻井已钻地层的速度、深度信息作为约束,结合周围已钻井的测井、VSP资料快速修正现有地震速度模型,从而得到更精确的地下地震成像,实现对未钻遇地层的地质描述与预测,提高钻井成功率。油田应用实例表明,该方法缩短了速度模型更新迭代的时间,可满足随钻驱动处理对精度和时效性的需求,对于正钻井实时提高钻前预测精度具有重要作用。     

倾斜盐岩层段井眼蠕变缩径分析

文章用盐岩蠕变的非线性有限元法建立了具有倾斜盐岩夹层的地层有限元模型。研究了新疆某油气田钻遇的盐岩层段钻井液密度、地层倾角与井眼蠕变缩径的关系。研究表明，增大钻井液密度，可有效地减缓蠕变缩径。地层倾角对井眼蠕变缩径的影响较复杂，对于上覆岩层压力大于水平应力的情况下，井眼初始蠕变量随地层倾角增大而增大。地层倾角对井眼后期蠕变（稳态蠕变）缩径的影响不仅与倾角大小有关，还与蠕变应力差有关。当蠕变应力差较小时，即钻井液密度较大时，蠕变速率随地层倾角增大而减小。当蠕变应力差较大时，对于该井蠕变岩层段，地层倾角小于15°时，蠕变速率随地层倾角增大而增大，地层倾角大于15°时，蠕变速率随地层倾角增大而减小。该研究结果为盐岩段井眼稳定性分析和提供合理的钻井液密度具有指导意义。     

用三维地震资料预测裂缝

裂缝性油气藏的裂缝分布规律研究是当今石油界公认的难题,单纯用测井资料研究尚有许多困难,用地震资料研究裂缝日益显现优势。应用三维地震资料,通过分析裂缝发育带地质特征,拾取由裂缝引起的地震波传播速度、频率和振幅差异,提出了用地震波运动学和动力学特征进行裂缝预测的方法。研究认为,裂缝发育带地震波传播速度下降、频率降低、振幅增大,能量显著加强。据此,在三维地震数据体中,可划分出裂缝发育带。天然裂缝系统是一个分形体系,可用分形理论建立裂缝分布的实际模型。地震道是一个混沌的反射序列,其分数维（ｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎ,记为Ｄ）反映了反射系列的复杂程度,Ｄ值越大、越稳定,说明裂缝越发育。该方法用于柴达木盆地南翼山油田,所预测的裂缝发育带已被钻井和岩心观察所证实。应用该方法的过程中,要研究地质背景,结合测井、钻井、生产测试等动态资料,分析储集层特征,明确影响地震速度、频率和振幅的其它因素,确保所提取的速度、频率和振幅异常只是由裂缝引起的。预测要与钻井裂缝显示、测井裂缝定量解释相结合,用测井资料对井旁道进行准确的标定,尽量消除地震信息的多解性,提高裂缝预测精度。图２参３（邹冬平摘）     

超深井井壁稳定性分析

超深井钻井过程中存在多套地层压力体系，井壁稳定性条件复杂，高温、高压、深部地层岩石可钻性差等难点。随着井深的增加，地层压力梯度急剧增加，需要较高密度的钻井液来平衡地层压力。超深井的裸眼井段较长，钻井液浸泡时间长，容易导致岩石抗压强度软化，尤其一些泥岩层段，一旦被钻井液浸泡过后，井壁极易发生失稳。在超深井钻井过程中，不同的温度差异必然导致近井壁岩石应力分布发生改变，影响井壁稳定性。为此，提出分别利用地震、测井数据得到的坍塌破裂密度曲线来预测超深井井壁稳定性，所建立的计算模型应用于莫深1井的井壁稳定性分析，结果表明：预测情况与工程实际吻合。     

超深水浅层建井关键技术创新与实践

中国南海油气资源丰富,但70 %分布在深水区域。深水钻井实践表明,60 %的钻井事故源自海底以下几百米的未成岩浅层,因此浅层建井是整个深水钻井成功的关键。针对超深水浅层存在海底土力学参数不易获取、浅层地质灾害精确预测困难、井身结构精准设计和作业安全控制不易等难题,从理论模型、室内模拟实验和现场实践等方面开展了研究。根据土体固结理论及声速梯度特征,基于浅层地震剖面数据,创建了深水浅层土体密度、抗剪强度关键参数预测模型。基于超深水模拟实验装置,建立了水下井口实时承载力模型,形成了深水浅层精准井身结构设计方法。基于地震纵波在深水浅部含气或含水地层中产生不同声速响应的特征,建立了含浅层气、浅水流地层纵波速度随水深、地层密度的双参数方程,形成了超深水浅层地质灾害预测模型。基于浅层喷射下表层导管的原理,提出了"表层导管+表层套管"二合一复合钻井作业模式。研究成果成功应用于西太平洋第一口超深水井——荔湾22-1-1井(水深为2 619.35 m)。其中,南海超深水表层导管下入深度达100.1 m,浅层表层导管安装时间仅为2.25 h,保障了荔湾22-1-1井的高效、安全作业。     

基于随钻测井资料的地层孔隙压力预测方法研究

以往针对直井的地层孔隙压力的计算方法在大位移井、水平井和分支井中由于井斜和井水平的特殊性及复杂性会产生较大误差.等效深度法等传统方法大多是针对砂泥岩地层建立的模型,对碳酸盐岩地层不大适用.利用随钻测量(MWD)资料和随钻测井(LWD)资料,研究把斜深校正成垂深,计算出与垂深相对应的测井值及上覆地层压力,综合考虑地层岩性、孔隙度、孔隙流体类型等因素的影响,采用层速度-有效应力法建立适用于斜井段和水平井段的地层孔隙压力计算模型,实现基于随钻测井资料的地层孔隙压力预测,避免了传统方法因建立泥岩正常压实趋势线所带来的误差.将该方法应用于实际随钻地层孔隙压力预测中,处理结果与实测结果符合率高,可靠性好.随钻测井资料预测孔隙压力具有实时性,对于提高钻速、防止井喷井漏等恶性事故有非常重要的现实意义.     

希望油田钻井技术研究及应用

希望油田要钻遇泥岩、盐岩和膏岩等复杂层段,探井采用3层套管的井身结构,钻井成本较高,钻井周期较长。为降低钻井成本和加快产能建设速度,决定利用开发井的钻井技术来进行开发。该油田具有正常地层压力系统,破裂压力梯度高,但是存在泥岩、盐岩和膏岩层段的井壁稳定和保护油层2个技术难题。选用两性离子聚合物钻井液,并保持钻井液中大分子含量达到合理值等技术措施,保证井壁的稳定;采用屏蔽暂堵技术保护油层。将井身结构优化技术和钻井液技术结合起来形成开发井的钻井技术,将井身结构由3层套管优化为2层。现场应用结果表明:钻井施工顺利,钻井周期缩短,钻井成本降低,油井产量高,经济和社会效益明显。     

克拉苏构造带盐上层与盐下层构造高点关系及石油地质意义

库车拗陷第三系下部库姆格列木群是一套巨厚的膏盐层，该套膏盐层使盐上层和盐下层发生不协调变形，在克拉苏构造带上表现得尤其明显。地震剖面和钻探实践证实，克拉苏构造带盐上层和盐下层构造高点存在两种对应关系，即盐上层构造高点(背斜)对应盐下层向斜和盐上层背斜翼部对应盐下层背斜高点。这种高点的对应关系与库车前陆充填及天山造山楔的接触关系有关。当前陆充填向天山造山楔下楔入时，盐上层高点(背斜)对应盐下层背斜前翼，盐上层背斜后翼对应盐下层构造高点；反之，盐上层构造高点对应盐下层向斜，盐上层向斜对应盐下层背斜。从石油勘探角度看，前者有利于油气保存，是石油勘探的有利区带。     

顺北油气田深部破碎性地层井壁失稳机理及对策研究

顺北油气田多口探井在奥陶系碳酸盐岩地层钻遇破碎带,井壁失稳严重,已成为制约顺北油气田安全建井的突出问题。文章在综合分析顺北奥陶系破碎性碳酸盐岩地层井壁失稳类型及理化特性、裂缝面物理—力学特性和岩石力学实验的基础上,提出了井壁稳定钻井液技术对策。研究发现,区域断裂带附近地应力方向复杂,地应力差大;地层天然多尺度裂缝发育、破碎程度大、岩体等效强度较低;钻井液易沿天然裂缝侵入地层,钻井液-裂缝面水岩作用造成缝面粗糙度减小、摩擦系数降低,易诱发地层沿裂缝面失稳,是深部破碎性地层井壁失稳的主要机理。明确“合理密度支撑+钻井液刚柔并济多级配封堵”,配合使用“耐高温随钻/段塞固壁剂”是顺北油气田深部破碎性地层稳定的井壁钻井液技术对策。研究成果对促进深部破碎性地层安全高效钻井具有重要借鉴意义。     

中国东部深部层系反向断层遮挡聚油原理与勘探实践

我国东部主要含油气盆地深部储盖组合具有一个共同特点 ,即储集层下方再无分布稳定的大套封堵性地层存在。这就决定了对于正断层发育区的深部储盖层系来说 ,只有当断层倾向与地层倾向相反时才能形成断层遮挡圈闭。通过对松辽盆地梨树地区、渤海湾盆地苏桥及板桥地区等深层富油气区带已发现油气藏及钻探成效的详细分析 ,这一地质规律得到了证实。鉴于此 ,在深部层系寻找断块油气藏的勘探部署中 ,必须打破在中、浅层勘探中建立起来的常规评价原则 ,应把握住反向断层有利于油气富集这一关键要素。图 5(谯汉生摘 )     

深水高温高压气田窄压力窗口地层钻井安全概率区间

为了在钻前阶段对待钻井的风险概率进行定量评估,以南海西部莺琼盆地某高温高压气田古近系黄流组实测地层孔隙压力和破裂压力为样本,基于Mode-C模型建立地层孔隙压力、破裂压力当量密度的概率密度函数,进而确定不同方位、井斜角的定向井在窄窗口地层的钻井安全概率。研究结果表明：①该气田黄流组储层段地层孔隙压力、破裂压力当量密度频率分布形态均为左偏态,地层孔隙压力当量密度低于2.28 g/cm3的概率约为85%,破裂压力当量密度低于2.30 g/cm3的概率约为15%;②对于直井而言,采用常规钻井手段维持井底压力当量密度为2.25～2.35 g/cm3、波动幅度为0.1 g/cm3,有60%的概率能够实现安全钻井,若采用控压钻井技术将波动幅度控制在0.02 g/cm3以内,则有85%的概率能够实现安全钻井;③对于井斜角为45°的开发井,维持井底压力当量密度为2.23～2.33 g/cm3、波动幅度为0.1 g/cm3,则有45%的概率能够实现安全钻井,若采用控压钻井技术将波动幅度控制在0.02 g/cm3以内,则有75%的概率能实现安全钻井;④对于井斜角为90°的水平井,维持井底压力当量密度为2.18～2.28 g/cm3、波动幅度为0.1 g/cm3,则有30%的概率能够实现安全钻井,若采用控压钻井技术将波动幅度控制在0.02 g/cm3以内,则有55%的概率能够实现安全钻井;⑤所提出的方法仅适用于区域上的整体预测,并不适用于具体待钻单井的风险预测;⑥对具体单井而言,需要根据钻前地震、地质资料、邻井的钻井/测井/录井资料、目标井随钻测井/录井数据,采用中途VSP地层层速度反演技术及随钻前视技术,动态预测下部关键层深度和压力窗口,实时优化井身结构,调整套管下入深度,以实现钻井安全概率的大幅度提升。