地层力学与物理性质联合判断漏层方法及应用.pdf

石油天然 气学报 (江汉石油学院学报 ) 2009年 10 月第 31 卷第 5 期 Jou rn al of O i l an d G as T ec h n ology(J JP I) O c t 2009 V o1 31 N o 5 3 7 1 地层力学与物 理性质 联合判 断漏层 方法及应 用 张春阳 (中海石油 (中国) 有限公司钻井技术管 理部， 北京1 0001 0) 谭 虽 (中国 石油大学 (北京) 石油天然气工程学院， 北京1 00040) 邓建明 ，Ph 东征 ，刘， J、 刚 (中 海石油 (中国 ) 有限公司天津分公司， 天津塘沽300452) 摘要 预防和处理井漏是钻井 中的技术难题之一 ，较为准确的判断漏层位 置是钻 井 中预 防井漏或 进行堵 漏的关键环节。 目前 较为常用 的判 断井漏的 主要方法有 工程 方法、仪器 测试 方 法和测 井资 料方 法等 ，在 实 际应用过程 中具有一定 的局 限 性。 因此 ，提 出 了结 合地层 力 学性质 与物理 性质 联合 判断 漏层 的方 法， 利用该方法对 田探井漏失层位进行 判断，为后续开发井的钻井设计提供 参考依据。 关键词 力学性质 ；物理 性质 ； 破 裂压 力 ；漏失层位 中图分类号 T E 353 3 文献标识码 A 文章编号 1000 9752 (2009) 05 0371 03 井漏是一种在钻井过程 中钻井液、水泥浆或其他工作液漏失到地层中的现象 ，井漏 的预防及处理是 钻井工程 中最普遍的技术难题之一。井漏不仅会耗费钻井时间 ，损失钻井液，而且有可能引起卡钻、井 喷、井塌等一系列复杂情况 ，甚至导致井 眼报废 ，造成重大经济损失1 。 按井漏的产生必须具备 3 个必要条件1及井漏发生原因，可以将井漏分为渗透性漏失、裂缝性漏 失 、溶洞性 漏失 和地 层破 裂性 漏 失 4 大类 。若 钻井 中发 生漏 失 ，漏 层位 置判 断 的准 确与 否是 关系 到堵漏 作业能否成功的关键因素之一 ，若漏层位置不清 ，可能不得不进行 多次堵漏 ，造成时间浪费及经济损 失。同时，较为准确的判断漏失层位置也是钻井 中对井漏进行预防的关键环节 ，为设计合理的井身结构 提供 依据 。 1地层力学与物理性质联合判断漏层方法 为 了更准确的确定漏层位置，提出了综合岩石力学性质和地层物理性质对漏层进行判断的方法 ，该 方法仍以常规测井资料为基础，属于测井方法的3 深人分析 。 地层岩石的力学性质主要包括 ：岩石的强度特征和变形特征 ，如地层的受力情况 、抗拉、抗压强度 和 应力一 应 变特性(弹性模 量 、泊 松 比等 )。地 层 的物 理 性质 主要 包括 ：地 层 的岩 性 、裂缝 性 、孔 隙 度 、 渗 透率等 。在 漏层位 置判 断 中 ，地层 力学 性质 的 最终表 现形 式是破 裂 压力 曲线 ，通 过 破裂 压力 曲线 与地 层 物理性质 的对 比，可 以更准 确 的反 映钻 井漏 失层 的位 置 。 1 1 地层 破裂压 力 的计算 方 法 从力学上说 ，地层破裂是 由于井内钻井液密度过大 ，使井壁岩石受到周 向应力超过岩石抗拉强度造 成的。地层破裂压力与地应力 、地层孔隙压力、地层岩石的抗拉强度等因素有关 。 地层水平主应力的计算一般采用如下模型4 ： ， 、 H = f + CO1 l( 一aP p)+ aP p 、上 ， I 、 arhf + 012)(crv aP p)+ p 收稿 日期 2009一O7一O6 作者简介 张春阳 (1967 一 )，男 ，1989 年大学毕业 ，高级工程 师，现主要从事钻完井技术管理工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油天然气学报 (江 汉石 油学院学报) 2009 年 lO 月 式 中 ， 为水平 最 大主应 力 ； Oh为水 平最 小 主应 力 ； 为地层 岩石 的泊松 比； 、 z 为构 造应力 系数 ， 可 根 据 钻井 中地漏试 验分 析得 出 ； 为垂 向主应 力 ； P 。 为地层孔 隙压力 ； a 为有效 应力 系数 。 在考虑地层渗透作用的情况下 ， 地层破裂压力的计算公式为： 3dh d 一fa 一f1(P + S ) P f l - 一 1一af 1+ 厂 、 1 式中， P r为地层破裂压力 ； S 为地层抗拉强度； -厂 为地层孔隙度。 1 2 泥质含量 的计 算方法 对 于砂 岩和泥 岩 的划分采 用地 层泥 质含 量判别方 法 。 利用 自然 伽 马测 井数 据 可 以估 算 地层 中泥质 的 体积 含量 ， 具体方 法有 多种 ， 其 中相 对值 分析 方法 为L5： 2 oc uR IGR 1 sh 一 可 二 T G RG R min IGR G R 一 G R i 式 中 ， 。 为泥质 含量 ； 。 为泥 质含 量指数 ； GR 、 GR GR 分 别为 目的层 、 砂 岩层 和泥岩 层 的 自然 伽马 测 井值 。 1 3 地 层 中裂缝的 识别 地层 中裂缝 是否 发育对 漏层 判 断有一 定影 响 ，很 多漏失 问题都 是 由地层 中裂缝 传播 引起 的 ，其 中包 括地层被压裂引起的裂缝传播和地层 中原有裂缝重新张开向前传播 ，处理裂缝引起 的漏失所花费的人力 物力约占漏失问题总支出的 906。由于钻井 中当量钻井液密度过高引起地层被压裂的情况主要发生 在破裂压力较低的砂岩地层，而裂缝重张情况则主要 出现在裂缝性地层 中。 地层 的裂 缝发 育程度 可 通过 常规测 井资 料进行 初步识 别 。对双侧 向 电阻率测 井 、密度 测井 、密度校 正 曲线 、光 电吸收 界面指 数等 测井 数据 进行分 析 ，能够判 断井 壁存在 裂缝 的可能 性 。 双侧向测井是一种聚焦的电阻率测井 ，影响双侧向差异性质及其大小的因素较多，在致密地层，主 要受裂缝发育程度、裂缝角度、流体性质等因素的影响 。高角度缝、垂直缝的双侧 向为正差异 ，低角度 缝、水平缝的双侧向为低阻尖峰6 。 密度测井获得地层体积密度数据 ，在钡 0井中将得到 2 个值 ：未补偿密度值和密度校正值 。地层中裂 缝 的存 在会 使密度 测井 曲线 产生 负偏 差尖 峰 ，而密度校 正 曲线 中产 生相应 的正 偏差 尖峰 。 有效光 电吸收截 面指数 测量 数据 P E F 也可作 为地层 裂缝 识别 的依 据 ，在 钻井 液侵入 的张开 裂缝 处 ， PE F 指数呈现 异常 高值 。 另外 ，井径 、自然电位 、自然伽马、声波时差等测井数据也可作为地层裂缝识别的辅助判据。通过 对这些测井数据的分析，结合一定数学方法，可以得到地层 中裂缝发育指数 研。 1 4 加 权法判 断漏 层位置 综合地层弹性模量、破裂压力等力学性质与地层岩性 、裂缝发育程度等物理性质 ，采用加权系数法 确定 “ 漏失可能性指数” ，从而判断漏层位置 。在钻井工程 中，弹性模量与破裂压力较低 、泥质含量较 少 (砂岩)、裂缝发育多的地层较容易发生漏失。 因此，将漏失可能性指数定义为 ： 一 百 E： m=_=ax - Ea + P rm * m * 一 - p f X apf+(1 一 n) d。 h + 口 L 式 中， 为漏失可能性指数； E E 一 分别为地层弹性模量的最小值与最大值； P fro P 分别为地层破 裂压力的最小值与最大值 ； a 、 、 、 a 分别为地层弹性模量、 破裂压力 、 泥质含量、 裂缝指数对应的权 系数。 权系数可根据分析区块的实际情况进行取值 ， 在缺少 已知数据的情况下 ， 可近似取 a 一 0 25， 0t。 一 0 4 5 ，0t h 一 0 1 0 ，a I F 一 0 2 0 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 31 卷 第 5 期 张春阳等 ：地层 力学与 物理性质联合判断漏层方法及应用 计算得 出漏层 可 能性指 数后 ， 该 指数 越大 的井 段就是越 有 可能在 钻井 中发 生漏 失 。 2 现场应用 渤海海域 某油 田探井 钻探 过 程 中 ，钻 遇第 四系 和第三 系砂 泥岩地 层 ，由于钻井 中发生 漏失 ，导致非 生产 时间大大 增加 。 因此 ，利 用 地层 力学 与物理 性 质联合 判断方 法对 该油 田探 井漏 失 层位进 行 判断 ，为 后 续开 发井 的钻井设 计提 供参 考依 据 。 该 探井具 体漏失 情况 为 ： 采 用密度 为 1 34g c m 。 的钻 井 液钻 进 至 3520m ， 由于钻 速 太 慢换 钻 头 ，下 钻 至 3288m ，遇 阻 25t， 划 眼至井 底 ，钻进至 3577m ，发 现漏 失 ，漏 速 10m 。 h；打堵漏 泥浆 10m 。 ，继续 钻井 至 3610m ，仍有 泥 浆 漏失 ，漏速 5 2m 。 h。在 2700 2200m 井 段替 堵漏 泥浆 45m 。 ，静止 观 察 ，漏 速 lm 。 h。 此 次漏失 为在钻 进过 程 中发生 井漏 ，漏 失层 段位 于 1985m(上 层套 管鞋 位 置 ) 和 3577m(发 生漏失 时井 底位 置) 之间 。 首先 对该 井 1900 3600m 测井 资 料进 行 分 析 ，初 步 找 出测 井 数据 异 常 的 井 段 ，把 分 析重 点 确 定在 2900 3300m 井段 。 利用该 探井 测井 资料 ，对 2900 3300m井 段 地层 力 学 性 质 和 物 理 性 质 进 行 分 析 ，得 出 破 裂压 力 、 弹性模量、泥质含量以及裂缝指数等情况，进而计算得到漏失可能性指数。 通过分 析 ，该 井 3110m 左 右井 段漏 失可 能性 指数 最 高 ，3150m 左 右 与 2975m 左 右 井 段 漏失 可 能性 指数也较高 ，这些井段钻井 中出现漏失的可能性较大。岩性分析表明，上述井段 主要是砂泥岩互层地 层 。 该井实际钻井中，采用工程方法对漏层进行判断表明，该井主要漏失层段位于 3107 3114m 井段， 与采用地层力学与物理性质联合判断得出的结论基本一致 。 3 结 语 通 过对测 井资料 的深入 分析 ，提 出 了利用 地层 力学性 质 和物 理 性 质联 合 判 断 地 下 漏失 层 位 的方 法 。 该方法 主要适 用于勘 探 区块 中 已钻探 井 、评价井 的分析 ，现场应 用 情况 表 明该方 法具 有较 好 的精度 ，能 够对后续钻井设计、井身结构设计等提供参考 。 参考文献 1 中国石油勘探与生产分公司工程技术与监督处编 钻井监督 (上册) M 北京 ：石油工业出版社 ，2003 2 徐同台，刘玉杰 钻井工程 防漏堵漏技术 M 北京 ：石油工业 出版社 ，1997 3 范翔宇 ，田云英 ，夏宏 泉，等 基于测井资料确定钻井液漏失层位的方法研究 J 天然气 工业 ，2007，27 (5)：72 74 4 邓金根 ，张洪生 钻井工程 中井壁失稳 的力学机理 M