标准化钻速法检测地层压力技术的研究与应用VIP

标准化钻速法检测地层压力技术的研究与应用姓名：张艳高学号：1105280241班级：11 级石油 2 班摘 要 利用钻井资料检测地层压力的方法,基本上都是以泥岩的压实规律为基础,以钻速的变化为根据的。但是在钻井过程中影响钻速的因素很多,可以衡量一种检测方法优劣,主要是看其能否合理、全面地考虑诸多影响因素,能否适用于现场。本文介绍标准化钻速法检测地层压力的基本原理和工作步骤,提出了适用于现场的改进的数学模型和应用方法,并与实测值很接近。主题词 地层压力 钻速 检测 应用 “标准化钻速”检测地层压力的方法是维德林租贝尼特于 1967 年提出来的。该方法的基本点是,利用标准化方法将影响钻速的诸因素(压差除外 )进行修正。这样一来,钻速的变化直接反应了压差的变化。然而在较短的井段内,泥浆比重可视为常数,因此,钻速变化即反应了地层孔隙压力的变化标准化钻速法的基本原理和工作步骤 “标准化钻速”检测地层压力的方法是维德林租贝尼特于 1967 年提出来的。该方法的基本点是,利用标准化方法将影响钻速的诸因素(压差除外) 进行修正。这样一来,钻速的变化直接反应了压差的变化。然而在较短的井段内,泥浆比重可视为常数,因此,钻速变化即反应了地层孔隙压力的变化。众所周知,在钻井过程中影响钻速的因素很多,正常钻进时主要有:井径岩性、钻井液密度、钻头类型及钝化、钻压、转速、水力参数和地层压力 8 个方面。这就要求我们采用的检测方法能正确、全面考虑前 7 个因素的影响,并使其标准化,从而使钻速的变化仅反映地层压力的变化。目前常用的一些利用钻井资料检测地层压力的方法都没能全面考虑上述 8 种因素的影响。标准化钻速法是通过钻速正常趋势线的偏移和不同的斜率消除了井径、岩性、循环当量钻井液密度、钻头类型及其钝化的影响,通过标准化钻速公式消除了钻压、转速、水力参数的影响,具体处理方法如下。1.井径、岩性和钻井液密度井径、岩性和循环当量钻井液密度对钻速影响表现为当其改变时会引起钻速的突变,所以,在检测过程中只要对应不同径、不同岩性和不同钻井液密度分别作出钻速正常趋势线即可消除其影响。2.钻头类型及其钝化钻头类型及其钝化对钻速影响表现为钻速逐渐下降的程度,在检测过程中只要对应不同类型的钻头分别作出不同斜率的钻速正常趋势线即可消除其影响。3.钻压、转速和水力参数钻井实践证明:钻速与钻压、转速和水力参数呈如下关系: 式中:R-钻速,m/h;K-可钻性系数;W-钻压 ,kN;M-门限钻压,kNN-转速,r/min;K-钻速指数;Pb-钻头压降,MPa;Q-排量 ,L/s;D-井径 ,mm。我们可规定一组标准值:Wn,Nn,Pbn,Qn 则式(2)除以式(1)得:(3)式(3)即可将任意一点的钻速进行标准化。经过上述处理后,正常情况下钻速就仅反映地层压力的变化了。具体工作步骤如下:通过五点法试验确定门限钻压和钻速指数。用式(3)换算标准化钻速。绘制标准化钻速曲线和钻速正常趋势线,标准化钻速曲线根据计算 Rn 值作出,建立钻速正常趋势线的步骤如下。A.第一条钻速正常趋势线的建立可通过回归该井段的标准化钻速来建立。B.其余钻速正常趋势线的建立a.查出钻头的 IADC 编码 ;b.计算牙齿磨损量:c.计算牙齿磨损因数:(5)d.计算本段钻速正常趋势线的斜率:(6)e.做本段钻速正常趋势线:通过本段标准化钻速的起点,按计算出的斜率即可做出。式 4、式 5、式 6 中:P、Q、C1-钻头的类型参数;D2、D1-钻头的尺寸参数;W-钻压,kN;N-转速,r/min;T-钻头使用时间,h;To-钻时起始值,min/m;Tf-钻时最终值,min/m;C2-牙齿磨损因数;So-上段钻头系列号 ;S-本段钻头系列号 ;To-上段钻头类型号;T-本段钻头类型号;Kc-上段钻速正常趋势线的斜率;K-本段钻速正常趋势线的斜率;C2c-上段钻头牙齿磨损因数 ;C2-段钻头牙齿磨损因数。4.计算地层压力其步骤如下:(1)计算检测井段的循环当量钻井液密度 Ecd。(2)计算井底原始压差:(7)(3)计算原始压差影响系数:(8)(4)计算零压差下的钻速:(9)(5)计算实际压差影响系数:(10)(6)计算实际压差:(11)(7)计算地层压力:(12）式 7、式 9、式 10、式 11、式 12 中:Gm)钻速正常趋势线所代表的地层压力,g/cm3;H-井深,m;Rm-钻速正常趋势线所代表的钻速,m/h;Rn-标准化钻速,m/h;P-地层压力等效钻井液密度,g/cm3 。改进的数学模型及应用用前述计算方法和步骤计算地层压力显然是常繁琐的,不利于现场推广。为此,我们根据几年来在苏北地区应用经验,对标准化钻速法的数学模型和计算步骤进行了改进,现简介如下。1.标准化钻速公式的改进原公式为:此公式中 M、K 值需在钻井过程中用五点法验得到,Pb、Q 的值需在钻井过程中经测量和计算得到,计算过程比较复杂,我们在苏北地区应用时作了如下改进。(1)M、K 值的确定根据在苏北地区应用的经验,M、K 值可由下式确定:M=01001 H-215K=015016式中 H-井深,m。(2)Pb、Q 值的确定在现场水力参数最直观的表现为泵压,因此,可用泵压 P 代替 Pb、Q 值。令 Pb Q=KP式中:K)换算系数。(3)钻井液密度的标准化处理原方法中是重新建立钻速正常趋势线,现改为对标准化钻速时进行校正:式中:Bn-规定的标准化值,B-现场测量值。经上述处理,式(3)即可改为:2.钻速正常趋势线斜率计算的改进钻速正常趋势线的斜率可用下式计算:当钻头序号由大变小时:当钻头序号由小变大时:3.压力换算公式的改进在苏北地区可改用如下的经验公式计算:P=CM+848 ln(Rn/Rm)/H未注符号,意义同前。4.应用举例现以苏 168 井 4 号钻头为例,已知条件为:(1)4 号钻头(钻头型号:XHP-ZR),钻进起始深度:1 983m;(2)3 号钻头(钻头型号:XHP-ZR),最末测点的压力:1112g/cm3;钻速正常趋势斜线斜率为20。检测步骤如下:a.确定 4 号钻头钻速正常趋势线的斜率因为两只钻头的型号相同,所以 K=Kc=20 b.1 过 4 号钻头起始点的标准化钻速值,和已确定的斜率作检测图(图 1)。 c.检测地层压力有了上述检测图后,就可以进行随钻检测了。如在 2 041m,查得 Gm= 1112g/cm3,Rm=419m/h;计算出:Rn=5157m/h,则:P= 1112 +848ln (5175/419)/2041 =1118646g/cm3检测过程中应注意的问题在现场应用过程中我们体会到在检测过程中应注意以下几个问题:A.标准化钻速法仅排除了正常情况影响钻速的一些因素,对一些特殊情况的影响应酌情处理,如下列情况下的数据应排除:B.根据泥岩的压实规律,地层压力的变化一般比较缓慢,因此,如发现标准化钻速有突变,应仔细分析其原因。计算精度及与其它方法的比较在应用标准化钻速法检测后,我们根据实测值对该方法的精度进行了验证,同时与其它方法进行了比较,验证和比较的结果见表 1。结论与建议通过应用标准化钻速法检测地层压力,有以下几点结论:(1)标准化钻速法是目前应用钻井资料检测地层压力诸方法中考虑问题最全面、最合理的方法。(2)该方法计算结果与实测情况较接近,可用于随钻检测。(3)以上是在苏北地区的应用情况,建议有意于应用该方法者根据本地区情况改进或校正。