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。      

挤压构造地层压力预测模型研究

搞好地层压力预测,能够为钻井参数选择和井身结构设计提供准确的基础数据.针对目前某研究地区MR油田所在地层中存在逆掩推覆构造和挤压构造,已钻入地层中普遍存在异常高压,而其地震层速度和测井声波时差资料都无异常表现,采用常规的地层压力预测方法对该区块进行地层压力预测时会产生很大的误差.分析其原因,主要是挤压构造作用使该地区产生高压.引入相对挤压构造应力和构造压力因子对现有的地层压力预测模型进行了修正,建立了挤压构造条件下的地层压力预测模型.现场应用试验表明,修正的地层压力预测模型大大提高了挤压构造地区的地层压力预测精度.     

川东北碳酸盐岩地层异常压力随钻监测方法

川东北碳酸盐岩地层具有高压和高含硫化氢的特点,严重威胁到钻井安全。针对其地层异常压力随钻监测困难的问题,从实测地层压力的纵向分布特点出发,深入揭示了异常压力的成因机制与录井参数响应特征;在对异常压力随钻监测理论与方法进行厘定的基础上,分别建立起孔隙型碳酸盐岩地层和裂缝型碳酸盐岩地层的异常压力随钻监测模型。这两个模型综合考虑了不同储集空间类型与增压机制、降压机制之间的关系,高压气层、高压水层的不同响应,以及自源成因与它源成因的影响,因而更加科学、合理,并在实际应用中取得了较好的效果。     

哈拉哈塘油田奥陶系碳酸盐岩地层异常高压成因分析

哈拉哈塘油田奥陶系碳酸盐岩地层压力分布不均匀,局部地区存在异常高压,主要集中于哈拉哈塘油田南部金跃、跃满部分区域。研究认为,哈拉哈塘油田异常高压井储层规模相对较小,储层类型为相对封闭的缝洞型储层,在生烃增压作用、区域及局部构造挤压应力的综合作用下形成异常高压,而火成岩侵入在异常高压形成过程中起辅助作用。     

大庆油田注水开发后异常地层压力分布规律研究

油田注水开发后地层压力的分布变化规律,对钻井作业和油田开发具有十分重要的意义。在对大庆油田注水开发后的异常地层压力成因和分布特征进行研究后,指出油田注水后层内、平面和层间三大矛盾的加剧是异常地层压力形成的主要原因,在纵向上高压层、欠压层和正常压力层相间存在构成典型的多压力层系剖面,在平面上形成异常欠压区和异常高压区,根据异常地层压力的成因和分布特征,可以划分出10种类型的异常高压区。     

异常高压碳酸盐岩储集层裂缝特征及形成机制——以哈萨克斯坦肯基亚克油田为例

以哈萨克斯坦肯基亚克油田为例讨论了异常高压碳酸盐岩油藏储集层裂缝特征及形成机制。异常高压条件下形成的碳酸盐岩储集层除发育构造裂缝和岩溶裂缝外,还发育水力破裂缝。盐下石炭系水力破裂缝形成于中、新生代,宏观上表现为将岩体切割成角砾状及充填方解石脉,微观上表现为沿孔隙周围呈放射状分布。该区裂缝系统的形成与演化经历了3个主要阶段,即构造变形与抬升阶段、构造拉张与沉降阶段、水力破裂阶段。在水力破裂阶段,在盐丘活动、构造运动等多种因素作用下,盐下地层中形成异常高压带,压力系数高达1.84,在异常高压条件下,二叠系泥岩不渗透层下的石炭系碳酸盐岩低渗透层发生破裂,形成水力破裂缝,同时使早期闭合的裂缝开启、扩张和延伸。水力破裂缝以张性裂缝为主,其张开时间晚,充填程度低,是研究区主要的有效裂缝。图8参13     

准南地区异常地层压力发育特征及形成机理

根据实测渗透层压力数据、计算的泥岩压力纵向分布、预测的不同层位异常压力分布，分析了准噶尔盆地南部砂、泥岩地层异常高压的分布特征。在综合压实曲线的对比基础上，分析了异常地层压力的成因。凹陷内渗透层异常高压非常发育，泥岩的地层压力分布既可与砂岩的实测压力相似，也可出现小于砂岩实测压力的现象，说明砂岩中的异常压力并非全由泥岩的欠压实作用引起。通过综合压实曲线的对比，可以确认不同井处的超压是否主要由压实作用引起。研究区异常压力的成因主要有压实与排水不平衡、构造挤压、高流体势承压、断层对水动力的垂向贯通，在不同地区，这4个因素所起的作用大小有所差别。概括而言，西部地区超压的成因以压实作用为主，东部则与构造挤压、断层活动导致的水动力贯通等有关。     

柴达木盆地狮子沟油田古近系异常高压成因

实测地层压力资料显示,柴达木盆地狮子沟油田古近系异常高压明显,压力系数最高可达2.07.研究认为,异常高压的主要成因为不均衡压实、有机质生烃和构造挤压作用,3种因素产生的异常压力占现今剩余压力的比例分别为20％ ～ 30％,30％ ～ 40％和35％～50％.此外,依据地质历史时期异常压力产生的主控因素和时间顺序,提出了研究区异常高压形成过程的概念模式:地层先因不均衡压实而出现弱超压,由于厚度较大的泥质岩、上覆膏岩层和断层在时空上的有效组合,在深部形成较好的封闭体系;随着地层的快速埋深,有机质逐渐成熟生烃,成为内部增压的主要来源;持续并且逐渐加强的构造挤压作用进一步提高了异常压力幅度.     

异常高压地层的纵波速度响应特征分析

目前已经可以利用试验方法解释纵波速度在砂泥岩与碳酸盐岩异常高压地层的变化特征,但机理研究还处于探索阶段。基于Biot理论,建立了纵波速度方程,分析了纵波速度的主要组成;探讨了影响纵波速度变化的主要因素,解释了异常高压地层的纵波速度变化特征。研究结果表明,在异常高压地层,砂泥岩的骨架体积弹性模量大幅变小,基质型碳酸盐岩的骨架体积弹性模量几乎不变,裂缝性碳酸盐岩的骨架体积弹性模量小幅变小。研究表明,骨架体积弹性模量决定了砂泥岩与碳酸盐岩地层异常高压的纵波速度变化特征,可以根据骨架纵波速度分析饱和流体岩石的纵波速度变化趋势。      

欠压实作用下地层异常压力定量评价方法及应用

目前以欠压实理论为基础的地层压力预测方法本质上均属于经验模型,不具备通用性,且预测精度受多方面因素制约。为此,从岩石孔隙体积与流体体积角度开展了异常地层压力的定量研究。根据多孔介质弹性力学理论,考虑温度、应力、流体成分、深度变化等因素,建立了欠压实作用下地层异常压力及压力系数的定量评价模型。该模型适用于欠压实作用为主要成因的异常地层压力评价,具有较高的精度。模拟计算结果表明：欠压实作用下地层压力增大,但由于埋深增大,压力系数可能增大、不变或减小,埋深增大对压力系数的影响不容忽视;欠压实作用既可形成异常高压也可形成异常低压;地层压力及压力系数的变化与流体和岩石的物理性质、地层深度增量及初始深度有关;流体的压缩系数、地层深度增量的影响较为显著,其他因素的影响相对较弱。研究成果突破了前人对欠压实作用与异常高压关系的认知,丰富和发展了欠压实理论。     

考虑温度时碳酸盐岩地层破裂压力的确定

地层破裂压力（梯度）是确定地层压力检测的一个重要组成部分，对钻井、完井和压裂等施工都相当重要。塔河油田碳酸盐岩油藏为岩溶-缝洞型的特殊性油藏，储层非均质性较强，储渗空间形态各异，大小悬殊，分布不均，油气储集空间多为裂缝-孔洞型，压裂作业时，储层易受伤害。对于碳酸盐岩储层，裂缝越发育，地层破裂压力越低。在前人研究成果的基础上，综合分析了上覆岩层压力、孔隙压力、井壁应力集中、构造应力、岩石抗拉强度和温度对碳酸盐岩地层破裂压力的影响，得到了新型破裂压力模式。分析结果表明，温度对地层破裂压力的影响不容忽略。     

基于流体声速的碳酸盐岩地层孔隙压力求取方法

碳酸盐岩地层具有非均质性强、孔洞与裂缝发育和岩石骨架刚度较强的特点,以正常压实理论为基础建立的地层孔隙压力求取方法不适用于碳酸盐岩地层,为此,进行了碳酸盐岩地层孔隙压力求取方法的研究。碳酸盐岩岩样声速试验和理论分析发现,不同孔隙压力下的碳酸盐岩纵波速度变化主要是由孔隙流体纵波速度变化引起的。利用小波变换法提取和放大孔隙流体纵波速度小幅波动对岩石纵波速度的影响关系,确定碳酸盐岩地层的异常压力层,并与实测地层孔隙压力数据相结合,建立了碳酸盐岩地层孔隙压力预测模型,形成了基于流体声速的碳酸盐岩地层孔隙压力预测方法。应用实例表明,基于流体声速的碳酸盐岩地层孔隙压力预测方法可以预测碳酸盐岩地层的孔隙压力,误差小于15%,满足工程要求,为碳酸盐岩地层孔隙压力预测提供了一种新方法。      

碳酸盐岩孔隙压力预监测理论与方法进展

碳酸盐岩是深层、超深层的重点勘探领域,其孔隙压力预监测是制约井控安全的关键因素,但由于成岩作用复杂,灰岩与白云岩的特性差异较大,导致碳酸盐岩孔隙压力预监测成为世界级难题。为了指明解决该难题的科学方向,通过系统分析碳酸盐岩的特性、孔隙压力成因机制及相应的4类预监测方法,进一步提出：①碳酸盐岩的成分和结构是物性、流体成分及其含量的主控因素,进而影响到其化学、声学、力学等特性;②深层、超深层碳酸盐岩的孔隙度不再随深度增加而减小,这表明不存在压实作用,相关的理论与方法不适用于相应碳酸盐岩地层;③碳酸盐岩的孔隙压力成因机制与演化历程复杂,多源增压机制与降压机制并存,孔隙压力计算模型应避免响应特征多解性导致的偏差;④室内岩心实验脱离了原位埋深与温度及压力场环境,在此基础上建立的孔隙压力计算模型考虑因素不全面、适用性不强。因此,异常高压预监测模型的建立需要综合考虑地层埋深、成因响应、温度-压力场环境、岩石成分及孔隙结构等因素。     

碳酸盐岩地层孔隙压力预测方法研究

准确预测地层孔隙压力是防止井壁失稳、实现科学钻井的必要条件。针对碳酸盐岩地层孔隙压力预测相对较难这一问题，从等效深度法计算地层孔隙压力的关键技术入手，重点讨论了在碳酸盐岩剖面中利用视泥岩地层的测井数据构建正常压实趋势线的问题，给出了如何对此正常压实趋势线进行修正并得到研究区域的正常压实趋势线的方法。利用所构建的正常压实趋势方程对川东飞仙关组多口井的碳酸盐岩剖面裂缝-孔隙型储层的地层孔隙压力进行测井预测的结果表明，该方法对于预测碳酸盐岩剖面地层孔隙压力同样具有一定的实用性，而且预测精度较高，效果良好。     

YD油田复杂地层井身结构的优化与应用

YD油田钻井中存在地质环境复杂、多套压力体系并存及高压沥青层溢漏同存等问题,给钻井施工和井身结构优化设计带来困难.在实钻资料分析、确定必封点及重新认识Gachsaran地层孔隙压力的基础上,采用自下而上的设计方法,先后形成了适合YD油田复杂地层钻进的3套井身结构.针对部分Gachsaran盐水地层存在异常高压层的情况,从安全钻进角度考虑,设计了高压盐水层井身结构;对于正常压力Gachsaran盐水层,为提高机械钻速和降低钻井成本,形成了简化高效的常规井身结构;对于Kazhdumi高压沥青层,从安全钻井实现地质目的考虑,形成了延长 244.5 mm技术套管和专打专封2种井身结构.优化后的井身结构在YD油田20余口开发井中进行了应用,取得了良好的应用效果.YD油田井身结构的优化,不仅为该油田"二期工程"奠定了基础,也对国内外同类型的碳酸盐岩油藏开发具有借鉴意义.      

渤海湾盆地渤南洼陷沙四段岩相的岩石力学性质差异

根据渤海湾盆地渤南洼陷沙四段低渗透油藏取心井资料，研究了其岩相类型，利用不同岩相常规三轴压缩实验分析资料，建立了静态岩石力学参数油藏围压条件的恢复图版，分析了不同岩相静态力学参数及应力-应变关系的差异性。渤南洼陷沙四段低渗透油藏可划分为粗粒砂岩相、细砂岩相、粉砂岩相、泥质砂岩相及碳酸盐质砂岩相5种岩相；同一岩相随着围压的不断增加杨氏模量变大，泊松比增加；随着岩相粒度变粗，存在杨氏模量增加、泊松比减小的整体趋势；粗粒砂岩相的泊松比不遵循整体趋势，较细粒砂岩相大，比粉砂岩相小；岩相粒度变粗，应力-应变关系越趋近线弹性，初始颗粒重排列塑性段变小，高应力塑性段变短。      

四川盆地西北部上三叠统须三段储层超致密与气藏超压成因

关于四川盆地西北部地区上三叠统须家河组储层致密、气藏超压的相关研究较多,但是对于致密储层的形成机理、异常超高压的展布特征与形成机制、热演化作用对大规模致密气聚集的影响等研究则尚不够系统和深入。为此,利用近期获得的大量钻井资料,研究该区须家河组三段(以下简称须三段)储层特征及主控因素,结合烃源岩热演化和成岩作用演化分析储层致密的原因;在分析气藏流体温度压力特征的基础上,结合构造运动分析气藏超压的形成机制;最后在归纳总结大型超压气藏特征的基础上,分析大规模超压天然气聚集机制。研究结果表明:①须三段极致密储层是强成岩压实与沉积物提供大量碳酸盐岩碎屑导致的强钙质胶结的共同结果 ;②须三段储层经历了深埋下的高热演化,储层最致密的地区既是热演化程度最高的地区,也是致密气的主要发育区,超高压致密气的形成受强成岩作用以及白垩纪末期高热演化的影响明显;③剑阁地区须三段砂/砾岩成岩压实使孔隙度下降了20%,安县构造运动使龙门山隆升为须家河组沉积提供的大量碳酸盐岩物源是碳酸盐胶结导致储层致密化的重要原因,使孔隙度损失了10%～20%;④该区坳陷带气藏异常高压的形成并非构造挤压造成的,而是因断裂不发育、生烃增压与构造反转导致泄压不畅所致,形成极致密储层超高压发育区;⑤龙门山、米仓山断裂带前缘断裂发育导致压力释放,为常压区,储层物性也好于坳陷带。结论认为,该区大规模超高压致密气藏的形成机制复杂、影响因素多样,紧密的源储组合关系、白垩纪末期的高热演化生烃增压、喜马拉雅期构造反转与地层隆升剥蚀、圈闭围岩极好的封闭能力所引起的极致密储层泄压不畅等原因,造就了该区异常超高压天然气的大规模聚集。     

库车坳陷克拉苏-依奇克里克构造带构造挤压型超压识别与计算

强烈的构造挤压对地层超压的形成和演化具有重要影响,对构造挤压型超压的判识与估算有待进一步深入研究。综合岩石力学特征与储集物性参数的相关性,系统分析了相同应力条件下,构造挤压型超压地层和静水压力地层在垂向有效应力、声波速度、密度测井响应等方面的差异,建立了构造挤压型超压的识别模版。依据孔隙弹性理论,改进了传统的等效深度法并提出了构造挤压型超压的计算方法——平均应力法。综合实钻压力、区域地质资料和泥岩综合压实特征,在库车坳陷克拉苏-依奇克里克构造带识别出不同强度的构造挤压型超压。基于三维主应力计算,定量评估了构造挤压引起的增压量。构造挤压是克拉苏-依奇克里克构造带地层超压的重要成因机制,其对地层超压的贡献率与构造强度具明显正相关性,在克拉苏构造带KS6井区,构造挤压对超压的贡献率为43.2%~44.4%,在DB6井区的贡献率为34.1%~39.3%;在依奇克里克构造带YS4井区,构造挤压贡献率为32.8%~34.7%,在TX1井区的贡献率为21.1%~22.0%。研究方法与认识可以为预测构造挤压型盆地的地层压力提供研究思路、为有利储层的寻找提供理论指导。