CN1766284A - 一种通过异常流体浸入井筒获取地层压力的识别方法 - Google Patents

Abstract

油田石油钻井完井压力检测技术领域中一种通过异常流体浸入井筒获取地层压力的识别方法。其特征在于：利用流体测井曲线的形态变化确定地层孔隙流体浸入井筒的井段，进而确定有流体浸出的高压层的位置，结合钻井液密度解释高压层压力。该种识别方法应用后具有可有效识别出现有技术中不能识别出的高压层的特点。

Description

一种通过异常流体浸入井筒获取地层压力的识别方法

技术领域：

本发明涉及油田石油钻井领域中一种完井压力检测技术，尤其是涉及一种通过异常流体浸入井筒获取地层压力的识别技术。

背景技术：

现有石油钻井完井压力检测技术中可以识别出地层压力的方法通常有以下几种，但都有局限性，分述如下：

首先是现场观察钻井显示方法。这种方法对于地层系数高的高压层，钻进到该层时，容易通过钻井液密度及粘度降低、油沫气泡等现象判断该层压力高于钻井液液柱压力，从而准确得出该层的地层压力。但是，这种方法对于低渗高压薄砂层的情况却难以应用。因为，低渗高压薄砂层浸入井筒量很少，不宜观察到上面所述的在地层系数高的高压层所出现的各种现象，因而无法识别出正确的地层压力。

第二种方法是测井曲线解释压力方法。这种方法是根据测井曲线的形态定性、定量判断地层孔隙压力。它对于厚度较大，通常大于2米，渗透性较好的砂层解释精度高，而对于低渗高压薄砂层及含钙、含泥较高的砂层解释精度很低。

第三种方法是地层压力测井方法，英文缩写为RFT，它也同样对于厚度较大，通常大于2米，渗透性较好的砂层解释精度高，而对于低渗高压薄砂层则一方面由于砂岩薄不易卡准层位，另一方面由于这些砂层物性差，压力恢复慢，因此在这种方法下也很难测出低渗高压薄砂层的孔隙流体压力。

总之，现有石油钻井完井压力检测技术中缺乏一种可以应用在不同地质情况下准确识别出地层压力，从而准确识别出各种岩层的通用方法。

发明内容：

为了克服现有石油钻井完井压力检测技术中缺乏一种可以应用在不同地质情况下准确识别出地层压力，从而准确识别出各种岩层的通用方法的不足，本发明提供一种通过异常流体浸入井筒获取地层压力的识别方法，该种识别方法应用后具有可有效识别出现有技术中不能识别出的高压层的特点。

本发明的技术方案是：该该方法具体由以下步骤构成：

第一步：根据流体正常井段，建立基线方程，如公式(4)所示，

         1/R＝a.T_h+b                  (4)

其中R为泥浆电阻率，T_h为某一深度的泥浆温度即地温梯度*h，通过在正常井段，任选两点，取值(R1，T1)和(R2，T2)代入方程(4)，求得a、b数值；

第二步，根据公式(5)确定异常井段深度H2，H1；

         |R0-R|＞Rm                   (5)

其中R0为电阻率的测量值，R为基线值，Rm为仪器最大误差值，当测量电阻率值与基线值差大于仪器的最大误差，则认为流体曲线发生异常，从流体曲线底部开始，把测量值与基线值进行比较，满足公式(5)的第一点，认为是发生流体异常的起点，满足公式(5)的最后一点，认为是发生流体异常的终点，记录两点的深度值H1，H2；

第三步，根据不同流体浸入量与泥浆和地层水的混合比关系公式，利用积分求得浸入量：

其中H2、H1为通过步骤2所获取的深度值，亦即浸入段顶、底深度，Rw为井眼半径，Rh为异常段中，深底为h处的测量电阻率，Rh钻井液为异常段中，深底为h处的泥浆电阻率，因为公式(4)中的参数a，b已通过步骤1求得，因此可通过公式(4)求得R_h钻井液数值；R_{h 地层水}为异常段中，深底为h处的地层水电阻率，也可根据公式(4)求得；

第四步：根据公式(7)计算浸入速度：

          V_浸入速度＝Q/t        (7)

其中Q为浸入量，t为静止时间；

第五步：根据公式(8)计算上窜速度：

          V_上窜速度＝(H₁-H₂)/t  (8)

第六步：利用公式(8)、公式(9)计算地层压力：

$Q=\frac{2\mathrm{\πkh}(P_w-P_e)}{\mathrm{\μLn}(\mathrm{re}/\mathrm{rw})}---\left(8\right)$

$P_e=P_w+\frac{\mathrm{Q\μ}}{2\mathrm{\πkh}}\mathrm{Ln}(r_e/r_w)---\left(9\right)$

其中，Q为通过步骤(3)求得的浸入量，k为渗透率，h为地层厚度，P_w为地层压力，P_e为边缘压力，为流体流动系数，re为边缘半径，rw为井眼半径。。

本发明具有如下有益效果：由于采取上述方案进行地层压力识别，较之现有技术，具有可以不受低渗高压薄砂层的地质状况的限制的特点。通过该方法在大庆地区进行检测时共有189口井发现了高压层，而应用原有识别技术，只有89口井在现场观察到油气水显示，所以说应用本方法可以成功解决在泥岩层、高含钙低渗层的压力解释问题。

附图说明：

附图1是本发明实验一中的泥浆温度与电导率关系曲线图。

附图2是本发明实验一中的影响流体曲线因素及正常流体曲线特征图。

附图3是本发明实验一中地层流体与钻井液不同混合比的流体曲线特征图。

附图4是本发明实验二中的泥浆不同含水比例与电阻率/电导率的关系曲线图。

附图5是本发明中实施例1杏11-5-水2821流体测井结果图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

首先阐述发明人创造本方法的构思过程：

流体测井本身是测量井筒内泥浆电阻率的变化。当地层流体浸入后，在流体测井曲线上表现为局部异常，而这个局部异常变化是相对的。如果应用流体曲线的异常变化来确定流体的浸入性质、浸入量以及地层压力，首先要确定影响流体曲线因素。

在没有地层流体浸入的情况下，井筒内泥浆电阻的变化主要受泥浆本身的电阻率和地温梯度的影响。开展两项室内实验。

实验一，泥浆的电阻率与温的关系。通过我们测量发现，泥浆的电导率与地温梯度成正比关。如图1所示。而井筒内的温度，可用某一地区的地温梯度求得。根据这样的关系，可以求得在没有流体浸入情况下井筒内任一深度点的电阻率值。

在现场应用中，通过实测流体曲线发现，在很小的温度范围内，正常流体曲线近似一条斜线，如图2所示，该图为影响流体曲线因素及正常流体曲线特征图，所以可以将这条斜线做为衡量流体曲线异常变化的基线，本实验条件为西821-斜326井、钻井液密度1.60。图3为地层流体与钻井液不同混合比的流体曲线特征图，实验条件为中102-315井，钻井液密度1.60，根据正常流体井段，确定流体的基线，用这条基线确定流体浸入的段长和流体异常值的幅度。

实验二，流体异常幅度值与泥浆电阻率、地层流体电阻率以及井筒内泥浆与地层流体的混和比有关。如果用基线衡量流体异常的幅度值，那么，这个幅度值的大小就只与地层流体与井筒的泥浆的混合比有关。实验二的主要内容就是不同地层流体与井筒内泥浆的混合比与混合液的电阻率之间的关系。比实验结果上看，流体相对幅度值的变化与混合后泥浆电导率成正比关系。结果如图4所示。

通过上面的两个实验，在已知浸入段长和流体异常幅度值的情况，可以进一步计算流体的浸入量，根据静止时间，计算流体的浸入速度和上窜速度，如公式(1)、(2)、(3)所示。

V_浸入速度＝Q/t                             (2)

V_上窜速度＝(H₁-H₂)/Δt                     (3)

根据流体曲线的异常变化，可以计算流体的浸入量，同时，根据完井测井曲线，可以求得异常高压层位的砂层厚度、渗透率等参数，这样，根据渗流力学理论，进一步求得地层压力，如公式(4)、(5)所示：

$Q=\frac{2\mathrm{\πkh}(P_w-P_e)}{\mathrm{\μLn}(\mathrm{re}/\mathrm{rw})}---\left(4\right)$

$P_e=P_w+\frac{\mathrm{Q\μ}}{2\mathrm{\πkh}}\mathrm{Ln}(r_e/r_w)---\left(5\right)$

由于地层水的电阻率一般低于泥浆的电阻率，而油气的电阻率一般高于泥浆电阻率，这样，当地层流体浸入井筒后，如果使井筒内泥浆电阻率增加，则可判定为油气浸，反之，可判定为水浸，进而确定了浸入井筒的流体性质。

以上为发明人形成本方法的思维过程，下面是本方法的具体步骤详细阐述：

第一步：根据流体正常井段，建立基线方程，如公式(4)所示，

         1/R＝a.T_h+b                  (4)

其中R为泥浆电阻率，T_h为某一深度的泥浆温度即地温梯度*h，通过在正常井段，任选两点，取值(R1，T1)和(R2，T2)代入方程(4)，求得a、b数值；

第二步，根据公式(5)确定异常井段深度H2，H1；

         |R0-R|＞Rm                   (5)

其中R0为电阻率的测量值，R为基线值，Rm为仪器最大误差值，当测量电阻率值与基线值差大于仪器的最大误差，则认为流体曲线发生异常，从流体曲线底部开始，把测量值与基线值进行比较，满足公式(5)的第一点，认为是发生流体异常的起点，满足公式(5)的最后一点，认为是发生流体异常的终点，记录两点的深度值H1，H2；

第三步，根据不同流体浸入量与泥浆和地层水的混合比关系公式，利用积分求得浸入量：

其中H2、H1为通过步骤2所获取的深度值，亦即浸入段顶、底深度，Rw为井眼半径，Rh为异常段中，深底为h处的测量电阻率，R_h钻井液为异常段中，深底为h处的泥浆电阻率，因为公式(4)中的参数a，b已通过步骤1求得，因此可通过公式(4)求得R_h钻井液数值；R_{h 地层水}为异常段中，深底为h处的地层水电阻率，也可根据公式(4)求得；

第四步：根据公式(7)计算浸入速度：

V_浸入速度＝Q/t              (7)

其中Q为浸入量，t为静止时间；

第五步：根据公式(8)计算上窜速度：

   V_上窜速度＝(H₁-H₂)/t    (8)

第六步：利用公式(8)、公式(9)计算地层压力：

$Q=\frac{2\mathrm{\πkh}(P_w-P_e)}{\mathrm{\μLn}(\mathrm{re}/\mathrm{rw})}---\left(8\right)$

$P_e=P_w+\frac{\mathrm{Q\μ}}{2\mathrm{\πkh}}\mathrm{Ln}(r_e/r_w)---\left(9\right)$

其中，Q为通过步骤(3)求得的浸入量，k为渗透率，h为地层厚度，P_w为地层压力，P_e为边缘压力，为流体流动系数，re为边缘半径，rw为井眼半径。

下面是一个具体应用本方法的实施例。2005年9月，在大庆油田钻杏11-5-水2821井过程中，在完井测井时，井口发生外溢，当时钻井液密度为1.75g/cm³，说明地层流体浸入井筒。在本井进行流体测井。图5为流体测井结果图。从流体测井结果上看，流体浸入位置在1000米，根据完井曲线解释砂层厚度为0.83米，渗透率为130毫达西。在静止3小时40分钟后，流体浸入段长为75m，在静止7小时50分钟后，流体浸入段长为155m，该地区的地温梯度为3.5度，18度时泥浆电阻率为3.75欧姆米。根据上面的公式计算浸入量为5.42m³，浸入速度为0.69m³/h，计算地层压力系数1.83g/cm³。后将钻井液密度提至1.85g/cm³，压稳，无外溢现象。根据泥浆循环返出物分析，确定为水浸，与流体曲线负异常相对应。

总体上说，调整井钻井过程中，钻井完井技术的应用需要提供准确的地层压力，而目前的压力解释及预测技术，在泥岩层、高含钙的低渗层误差较大，一般大于0.08g/cm³，如果泥浆密度设计不准，造成油层污染、影响固井质量、钻井成本投资浪费及井下其它复杂事故的发生。

有了本发明中所述的技术后，成功解决了在泥岩层、高含钙低渗层的压力解释问题，压力系数误差小0.05g/cm³，在杏11区钻井区块应用过程中，与同等地下条件的杏12区相比，固井质量提高了14.5％，节约钻井成本300多万元。指标对比情况见下表1：

                     表1 杏11-12取区2005年与2004年固井质量对比表

年份	区块	流体测井比例(％)	井数(口)	优质率(％)	油层钻井液平均密度	管外冒发生率(％)	固井附加措施井比例(％)
												双封隔器	单封隔器	旋流片	环空加压器	其它措施
							2004	杏12区	0	220	64.09						1.64	10.45	46.82	13.18	82.27	7.27	26.36
2005	杏11区	96.97	132	87.61	1.61	4.55						13.64	8.33	0	0	0
							对比				23.52						-0.03	-5.9	-33.18	-4.85	-82.27	-7.27	-26.36

Claims (2)

1、一种通过异常流体浸入井筒获取地层压力的识别方法，其特征在于：利用流体测井曲线的形态变化确定地层孔隙流体浸入井筒的井段，进而确定有流体浸出的高压层的位置，结合钻井液密度解释高压层压力。

2、根据权利要求1所述的一种通过异常流体浸入井筒获取地层压力的识别方法，该方法具体由以下步骤构成：

第一步：根据流体正常井段，建立基线方程，如公式(4)所示，

     1/R＝a.T_h+b                     (4)

其中R为泥浆电阻率，T_h为某一深度的泥浆温度即地温梯度*h，通过在正常井段，任选两点，取值(R1，T1)和(R2，T2)代入方程(4)，求得a、b数值；

第二步，根据公式(5)确定异常井段深度H2，H1；

       |R0-R|＞Rm              (5)

其中R0为电阻率的测量值，R为基线值，Rm为仪器最大误差值，当测量电阻率值与基线值差大于仪器的最大误差，则认为流体曲线发生异常，从流体曲线底部开始，把测量值与基线值进行比较，满足公式(5)的第一点，认为是发生流体异常的起点，满足公式(5)的最后一点，认为是发生流体异常的终点，记录两点的深度值H1，H2；

第三步，根据不同流体浸入量与泥浆和地层水的混合比关系公式，利用积分求得浸入量：

其中H2、H1为通过步骤2所获取的深度值，亦即浸入段顶、底深度，Rw为井眼半径，Rh为异常段中，深底为h处的测量电阻率，R_h钴井液为异常段中，深底为h处的泥浆电阻率，因为公式(4)中的参数a，b已通过步骤1求得，因此可通过公式(4)求得R_h钴井液数值；R_h地层水为异常段中，深底为h处的地层水电阻率，也可根据公式(4)求得；

第四步：根据公式(7)计算浸入速度：

      V_浸入速度＝Q/t            (7)

其中Q为浸入量，t为静止时间；

第五步：根据公式(8)计算上窜速度：

      V_上窜速度＝(H₁-H₂)/t      (8)

第六步：利用公式(8)、公式(9)计算地层压力：

$Q=\frac{2\mathrm{\πkh}(P_w-P_e)}{\mathrm{\μLn}(\mathrm{re}/\mathrm{rw})}---\left(8\right)$

$P_e=P_w+\frac{\mathrm{Q\μ}}{2\mathrm{\πkh}}\mathrm{Ln}(r_e/r_w)---\left(9\right)$

其中，Q为通过步骤(3)求得的浸入量，k为渗透率，h为地层厚度，P_w为地层压力，P_e为边缘压力，为流体流动系数，re为边缘半径，rw为井眼半径。

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