探井地层压力预测计算方法

地层压力预测和检测是探井施工环节中的一个重要内容。由于施工区域附近邻井资料少，在钻前因资料不足，探井地层压力往往不能确定，设计只能依据地区的情况估计，即使在钻进过程中，地层压力数据也很难准确计算。对地层压力的正确认识能够为探井的井身结构设计、钻井液性能设计和钻井参数结构设计提供直接依据;对优质高效安全钻井、减少井下事故、保护油气层、固井、完井作业等意义也很重大。

对探井来讲，压力数据处理的核心问题是预测问题。无论钻前设计，或者实际施工，都希望对待钻进地层有充分的估计。除了邻井资料，真正意义的预测还靠对地震资料的处理。对地震资料的使用，一方面可采用一些直接计算模型方法，另一方面，依靠地震与声波测井之间的关系，可将声波测井解释的结果应用于地震资料处理。在钻前环节，若能够参考邻井测井资料的解释及其与地震资料的对比情况，可对本井地震剖面资料做好解释;随钻过程及钻后，充分利用已钻井段测井资料，结合地震资料，重新评价深部待钻进地层。

1上覆压力、孔隙压力的确定

大多数地层压力计算技术是有效应力的(上覆压力—孔隙压力)的函数，上覆压力的计算误差将会传播给孔隙压力、破裂压力等的计算。上覆压力一般通过密度测井数据的合成来估计，是不能直接测量的。

上覆压力的计算精确度与所使用的资料及其质量有关。在浅部底层密度通常通过声波测井来做，因为密度测井在浅层受井壁冲刷影响，甚至不做密度测井。在实际压力预测过程中，往往难以得到密度测井资料，需要通过地震或声波测井资料来转换。式(1)和式(2)是两个转换模型，分别针对岩石压实的情况和岩石未压实、未胶结的情况上覆压力：有参考井，通过参考井确定处理模型的有关系数，如下面的a,b 可以根据已知的实验数据和密度测井来确定.地震数据转换成密度计算

ρb=a+bΔt(岩石压实的情况) (1)

(2) (岩石未压实未胶结的情况)

Δt为地震层速度时差μS/M ρb地层容积密度g/cm3

测井：1密度测井――浅层受井壁冲刷影响，不做密度测井，深层可以.

2声波测井转换成密度计算ρb=a+bΔt(岩石压实的情况)

(岩石未压实未胶结的情况)

Δt为地声波时差μS/M ρb地层容积密度g/cm3

孔隙压力也要依据不同钻井阶段实际所能获得的资料情况，选用合适的模型进行计算。

钻前环节，如果有参考井资料，通过处理，确定待施工井各处理模型的有关系数，比如上面介绍的式(1)和式(2)的系数就可以通过地震和声波测井与密度测井资料的拟合来求得。从而可以利用地震资料求取本井的容积密度及上覆压力。利用地震资料直接计算孔隙压力。

孔隙压力的计算模型;

利用地震资料直接计算孔隙压力可用PHILLIPINO法或转换为时差用Eaton法

RO视电阻率 RN真电阻率 x Eaton指数约为1.2 PPN正常孔隙压力梯度

Eaton电阻率法：PP=OBG-(OBG-PPN)(RO / RN)x (3)

Eaton电导率法：PP=OBG-(OBG-PPN)(CN / CO)x (4)

Eaton层速度法：PP=OBG-(OBG-PPN)(VO / VN)x (5)

Eaton声波法：PP=OBG-(OBG-PPN)(DTN / DTO)x (6)

Eaton “Dc”指数法：PP=OBG-(OBG-PPN)(DCO / DCN)x (7)

在随钻过程中，使用钻屑密度录井资料修正钻前预测容积密度，进而重新计算上覆压力、孔隙压力;利用钻井资料(dc指数、Sigma录井资料)随钻监测孔隙压力,现场施工中国内常用的计算模型为Eaton“Dc”指数法。如有随钻测井资料，进行解释，确定与区域相关的相应模型的参系数(为地震资料预测准备);直接使用密度测井计算上覆压力，用声波、电阻(导)率、孔隙度资料计算孔隙压力。在下部井段钻进之前，同样可以利用上部井段已测井解释的结果，修正容积密度转换模型及横波转换等有关模型的确定声波与上覆压力、孔隙压力计算的关系模式，按修正后的模型计算未钻进段的上覆压力、孔隙压力，这一点对深井和超深井来说十分重要。

一些孔隙压力预测的模型(声波、电阻率测井、电导率测井修正的“dc”指数的情况)使用了压实趋势线。对深探井来说，如何建立准确的压实趋势线是关系到后续计算的关键问题。因为随井深的增加，任何正常趋势线的偏离都会使孔隙压力误差增大。按已知压力点的资料(井涌、溢流或试压试油)，对按正常方法建立的压实趋势线可以验证和修正。修正后的趋势线使孔隙压力计算结果精确度有了很大程度的提高。在实际现场施工中，针对压力显示点的多少我们常常使用三种验证修正方法。

2破裂压力计算

破裂压力的准确计算，不仅依赖上覆压力、孔隙压力的准确计算，泊松比、孔隙度、构造应力特性和地层度对其也有直接影响。

在钻前设计时，如果有参考井资料，即使浅部地层的资料，将非常有助于破裂压力的确定，据此可以计算该地区的一些构造特性参数及泊松比等。实际上，探井所能参考的井往往极少，甚至没有，破裂压力梯度的估计就很困难，因此地质设计通常不提供破裂压力剖面。钻井设计中，井身结构的确定往往是借鉴邻近地区的资料，或从封隔本井的复杂地层的目的考虑，在实际钻井后，往往根据钻井情况修正原来设计的井身结构。这个阶段所依据的资料只有地震数据。上覆压力梯度、孔隙压力梯度依据上面提出的方案计算，破裂压力梯度的确定方法可使用Eaton法、Matthews和Kelly法等。其中泊松比的确定要依赖地震纵波转化为横波(或直接从地震解释S波)，然后计算。或通过参考井及本井上部井段计算处理的结果，直接对本井使用回归出的波松比与井深关系式，用上部井段结果预测下部。有参考井确定该地区的构造特性参数与泊松比，这个阶段只有地震资料可用利用上面资料的确定完上覆压力与孔隙压力后用Eaton法、Matthews法和Kelly法确定破裂压力。

Eaton法：FG=PP+(OBG-PP)(V/(1-V)) V为泊松比 (8)

Matthews法和Kelly法：FG=PP+(OBG-PP)Ki (9)

Ki为基岩应力系数

泊松比靠地震纵波转换为横波(或直接从地震解释S波)，通过参考井确定本井，上部确定下部井深与泊松比的关系式，进而确定破裂压力

在钻后环节，上覆压力和孔隙压力又进一步精细化，再加上漏失试验或室内岩石力学实验分析资料，以及钻后测井资料的综合处理(解释更精确的波松比、孔隙度值)，可用更多相关模型方法进一步计算破裂压力。

由于多种资料同时存在，计算方法和计算结果可能有所区别。每种计算模型的计算精度及所依赖的实际测量资料可信度是有区别的，要分析它们对计算结果的影响;在不能保证某种原始测量资料精确度的情况下，要侧重使用其它资料和方法计算。只有大多数评价方法计算结果取得一致性，才有可能取得较为理想的计算结果。由于破裂压力计算对上覆压力和孔隙压力有依赖性，后两者在每个钻井环节精确度的提高，也会促进破裂压力计算精度的提高。因此，破裂压力的计算过程同其它压力一样往往也是不断反复进行的。

在钻前、随钻和钻后三个环节的破裂压力计算，是一个贯穿全局，随获取资料的增多而逐步提高计算精度的过程，是一个系统运算的过程。在每个环节，都要根据实际资料获取情况，选用合适模型，对大量实际数据进行处理，对比分析处理结果，确定最佳适合模式，或通过数理统计方法确定预测模型所需的参系数。因各种分析模式确定的参系数与所钻地区有关，一般来说，邻井的处理结果指导本井的钻前设计及未钻井段的施工，本井上部井段的处理结果指导深部井段的处理。

3结论

对探井的地层压力预测，要综合依据地质、地震、钻井、测井、测试、漏失破裂试验及实验室分析等资料，应用合适的方法在钻前、随钻和钻后各环节可以使之逐步精确化，为钻井设计和现场录井地层压力预测提供依据。