发布时间 : 星期日 文章钻井与完井工程教材第二章井身结构设计更新完毕开始阅读58ed3fde5022aaea998f0f5a
异常低压的压力梯度小于0.00981MPa/m，有的为0.0081~0.0088MPa/m，有的甚至只有静液压力梯度的一半。世界各地钻井情况表明，异常低压地层比异常高压地层要少。但是，不少地区在钻井过程中还是遇上不少异常低压地层。如美国的得克萨斯州和俄克拉何马州的潘汉德尔（Panhandle）地区、科罗拉多州高地的部分地区、犹他州的尤英塔（Uinta）盆地、加拿大艾伯塔省中部下白垩统维金（Viking）地层、苏联的Chokrak和Karagan地区的第三纪中新世地层和伊朗的Arid地区都遇到异常低压地层。
图2-1 P0、Pp和?之间的关系 图2-2压力桥 一般认为异常低压是由于从渗透性储集层中开采石油、天然气和地层水而人为造成的。大量从地层中开采出流体之后，如果没有足够的水补充到地层中去，孔隙中的流体压力下降，而且还经常导致地层被逐渐压实的现象。美国墨西哥湾沿海地带的地下水层被数千口井钻开之后，广大地区的水源头下降。面积最大的是得克萨斯州的休斯敦地区，水源头下降的面积大约有12950平方公里。从1954年至1959年，在卡蒂-休斯敦-帕萨迪纳-贝敦地区泵出水的20%左右是由于产水层的被压实而供给的。
在干旱或半干旱地区遇到了类似的异常低压地层，这些地层的地下水位很低。例如在中东地区，勘探中遇到的地下水位在地表以下几百米的地方。在这样的地区，正常的流体静液压力梯度要从地下潜水面开始。
2．异常高压
异常高压地层在世界各地区广泛存在，从新生代更新统至古生代寒武系、震旦系都曾见到过。
正常的流体压力体系可以看成一个水力学的“敞开”系统，就是说流体能够与上覆地层的流体沟通，允许建立或重新建立静液条件。与此相反，异常高的地层压力系统基本上是“封闭”的，即异常高压力层和正常压力层之间有一个封闭层，阻止或至少是大大地限制着流体的沟通。封闭层可以是地壳中的一种或几种物质所组成的。压力封闭的起因可以是物理的、化学的、或者是物理和化学的综合作用。据目前所知，地层压力圈闭有表2-2所示的几种类型。
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表2-2 地层压力圈闭的类型 封 闭 类 型 垂 直 横 向 垂直与横向综合 圈 闭 的 种 类 1．块状页岩或粉砂岩 2．块状岩盐 3．硬石膏 4．石膏 5．石灰岩、泥灰岩、白垩 6．白云岩 断 层 实 例 美国墨西哥湾地区 德国北部的泽克斯坦 北海、中东 美国、苏联 世界各地 世界各地 通常认为异常高压力的上限等于上覆岩层的总重量，即与0.0226MPa/m的压力梯度等效。在一个区域的地层中，异常高压力将接近上覆岩层压力。根据稳定性理论，它们是不能超过上覆岩层压力的。但是，在一些地区，如巴基斯坦、伊朗、巴比亚和苏联的钻井实际中，都曾遇到过比上覆岩层压力高的高压地层。有的孔隙压力梯度可以超过上覆岩层压力梯度的40%。这种超高压地层可以看作存在一种“压力桥”（图2-2）的局部化条件。覆盖在超高压地层上面的岩石的内部强度帮助上覆岩层部分地平衡超高压地层中向上的巨大作用力。
形成异常高压力常常是多种因素综合作用的结果。这些因素与地质作用、物理、地球化学和机械过程等有关。异常高压的成因很多，一般有以下几种：
（1）沉积物的快速沉积，压实不均匀 （2）渗透作用 （3）构造作用 （4）储集层的结构
三、地层压力预测方法
地层压力预测方法都是基于压实理论、均衡理论及有效应力理论。预测方法有钻速法、地球物理方法（地震波）、测井（声波时差等）。目前应用某一种方法是很难准确评价一个地区或区块的地层压力，往往需要采用多种方法进行综合分析和解释。地层压力评价方法可分为两类，一类是利用地震资料或已钻井资料进行预测，建立单井或区块地层压力剖面，用于钻井工程设计、施工；另一类是钻井过程中的地层压力监测，掌握地层压力的实际变化、确定现行钻井措施及溢流监控。下面主要讲述dc指数法、声波时差法、地震层速度法。
1．dc指数法
dc指数法是利用泥页岩压实规律和压差理论对机械钻速的影响规律来检测地层压力的一种方法。也是钻井过程中地层压力检测的一种重要方法。
⑴ d（dc）指数检测原理
机械钻速是钻压、转速、钻头类型及尺寸、水力参数、钻井液性能、地层岩性等因素的函数。当其它因素一定时，只考虑压差对钻速的影响，则机械钻速随压差减小而增加。
在正常地层压力情况下，如岩性和钻井条件不变，机械钻速随井深的增加而下降。当钻入压力过渡带之后，由于压差减小，岩石孔隙度增大，机械钻速转而加快。d指数则正是利用这种差异预报异常高压。d指数是基于宾汉方程建立的。宾汉在不考虑水力因素的影响下建立了钻速方程：
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e?P?V?KN ?D?b??? （2-9） ?d式中：V——机械钻速； K——岩石可钻性系数； N——转速； e——转速指数； P——钻压；
Db——钻头尺寸； d——钻压指数。
根据室内及油田钻井试验，发现软岩石e接近1。假设钻井条件（水力因素和钻头类型）和岩性不变（同层位均质泥页岩），则K为常数。取K=1，方程两边取对数，且采用统一单位，式（2-9）变为：
0.0547VN d? （2-10） 0.0684PlogDblog式中V——m/h； N——RPM； P——KN；Db——mm； d——无因次。 根据油田目前选用参数范围，式（2-10）中，
0.0547V0.0684P<1、<1，因此（2-10）ND式中分子、分母均为负数。分析可知：log0.0547V的绝对值与机械钻速V成反比，因此dN指数与机械钻速V也成反比。进而d指数与压差大小有关，即正常压力情况下，机械钻速随井深增加而减小，d指数随井深增加而增加。当进入压力过渡带和异常高压带地层，实际d指数较正常值偏小，如图2-3。d指数正是基于这一原则来检测地层压力。
由于当钻入压力过渡带时，一般情况要提高钻井液密度，因而引起钻井液密度变化，进而影响d指数的正常变化规律，为了消除钻井液密度变化影响，Rehm和Meclendon在1971年提出了修正的d指数法，即dc指数法。
dc?d?mN （2-11） ?mR式中：dc——修正的d指数；
?mN——正常地层压力当量密度，g/cm3； ?mR——实际钻井液密度，g/cm3。
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图2-3 d-H曲线 图2-4 dc-H曲线
⑵ dc指数检测地层压力步骤
1）按一定深度取点，一般1.5~3m取一点，如果钻速高可5~10m，重点井段1m取一点。同时记录每对应点的钻速、钻压、转速、地层水和钻井液密度。
2）计算d和dc指数
3）在半对数坐标上作出dc指数和相应井深所确定的点（纵坐标为井深H、对数坐标为dc指数）
4）作正常压力趋势线，如图2-4。 5）计算地层压力PP
作出dc-H图和正常趋势线后，可直接观察到异常高压出现的层位和该层段由dc指数的偏离值。dc指数偏离正常势线越远，说明地层压力越高。目前根据dc指数偏离值计算地层压力的方法有Ａ.M诺玛纳公式、等效深度法、伊顿法、康布法等。下面介绍A.M诺玛法和等效深度法。
Ａ.M诺玛法
?P?dCN?n （2-12） dca式中：?P——所求井深地层压力当量密度，g/cm3；
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?n——所求井深正常地层压力当量密度，g/cm； dCN——所求井深的正常dc指数； dca——所求井深实际dc指数。
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