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地层压力预测技术在南海东部高温高压井中的应用论文

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  关键词:高温高压;地层压力;压力预测;南海东部

  0引言

地层压力预测技术在南海东部高温高压井中的应用论文

  南海东部勘探自2020年以来深层/超深层的井数逐年增加,富烃凹陷如陆丰、惠州古近系地层超压现象越来越普遍。尤其是2022年下半年后,钻至文昌组二段以下地层的探井均存在弱超压,地层压力系数在1.300~1.500之间。超压对井控安全和资料录取带来了严峻的挑战[1-3]。

  1 A1井钻探失利原因分析

  1.1压力监测情况

  2021年6月,对惠州某构造深层的古近系、火山岩构造、超覆复合圈闭钻探了A1井,在珠海组底部至文昌组文五段发现较好油气显示,岩性主要为细砂岩、灰质细砂岩、泥质细砂岩、粗砂岩、含砾粗砂岩,荧光面积5%~70%,其中文昌组74 m/18层,恩平组135 m/37层,珠海组5 m/3层。

  A1井测井在文昌组解释油层33.0 m/5层,恩平组解释油层10.9 m/4层。该井钻遇文五段高压层,井深4 888.0 m。该井在文五段钻遇地层超压,压力监测结果:第一次短起下后效气最大气全量100%,判断只由浓度渗透无法侵入井筒如此大量的气体,必定有压力造成的气侵,循环压井处理时间达4 d;第二次短起下前循环气体呈明显下降趋势,地层压力应该接近循环ECD;第三次短起后仍有后效气,认为地层压力系数应该是在1.520~1.590之间。电缆测压地层压力系数1.533~1.560,鉴于地层压力导致的工程风险而直接提前完钻。未取全恩平组—文昌组油层测井数据,未完成设计的五开井段古新统火山岩目的层钻探任务。

  1.2地层超压成因分析

  惠州某洼文昌组烃源岩内部发育生烃超压,对地层超压目前的认识为惠州某洼10 Ma至现今演化成熟阶段为中-晚期,文昌组中间面现今Ro已达到1.2%~1.8%,属于高成熟阶段。

  文四段为厚层泥岩构成压力封存箱惠州某构造潜山顶部泥岩盖层厚近200 m,洼陷内幕盖层条件更好。在A1井钻后对惠州某洼进行的压力演化模拟发现,惠州某洼文昌组烃源岩内部发育生烃超压,惠州某构造周边10 Ma至今压力系数达1.400~1.600左右。而在A1井上,文昌组为两段式超压系统,上部地层(文四段—文五段MFS以上)为复合成因,以生烃超压为主,同时存在欠压实影响,测井曲线特征为声波时差升高,密度下降但降幅不大,电阻率下降,测压点落在加载曲线上,或加载曲线与卸载曲线之间,压力系统整体呈现从加载曲线向卸载曲线偏离的趋势。下部地层(文五段MFS—基底面)主体为生烃增压,测井曲线特征为声波时差升高,密度跳跃后基本恒定,电阻率升高,为受有机质含量高和大量生排烃等因素影响所形成的超压。

  A1井文昌组两段式超压系统:

  上部(文四段—文五段MFS以上)为“生烃增压+欠压实”复合成因:(1)测压点要么落在加载曲线上,要么落在加载曲线与卸载曲线之间;(2)上部压力系统整体呈现从加载曲线向卸载曲线偏离的趋势。

  下部(文五段MFS以下)主体为“生烃增压”:受有机质含量高和大量生排烃等因素影响,密度相比上部减小,校正后整体落在卸载曲线上。

  2 A2井钻前地层压力预测

  2.1钻探目的

  A1井在文五段钻遇地层超压,电缆测压地层压力系数1.533~1.560,鉴于地层压力导致的工程风险而直接转完井。该井首次在惠州某洼富生烃洼陷取得文五段新层系突破,整个构造规模大、盖层好、储层分布面积广,有望通过进一步评价形成环惠州某构造带大型构造-岩性复合油气藏。A1井西北方向约1.7 km,提出钻探A2井,钻探目的是落实惠州某构造文五段WC52、WC54油层流体性质、测试求产、升级储量,同时探索古新世火山岩储层发育特征和含油气性,扩大惠州某洼古近系、火山岩领域勘探规模。

  2.2压力预测

  将1996年CACT采集的1608大拼接三维地震、2006年采集的惠州20三维地震进行了PSTM、PSDM的重处理。重处理后,中深层地震资料成像品质得到提升,地层接触关系改善明显,断面较为清晰,因此评价井的沉积相、储盖层反演、井位确定主要基于这套重处理资料。精细解释层位主要包括T84~T90,深度构造图根据已钻A1井拟合的时深关系进行转换,并做深度校正获得最终构造图。

  A1井单井相自文五段最大湖泛面物源供给增强,泥岩偏褐灰色,WC54漏斗状进积砂,为河口坝特征;WC52整体为箱状加积厚层砂,推测为叠置河道砂岩。

  A1钻探证实惠州某构造文五段的砂岩阻抗比泥岩阻抗高,通过波阻抗即可较好区分砂泥岩。

  鉴于A1井钻遇文昌组地层超压,钻后分析认为:A1井钻探过程中多次短起后后效气较高,经过计算地层压力系数在1.520~1.590之间,而后续测压所得到的4个有效点地层压力系数在1.533~1.560之间,证实了惠州某构造文昌组存在地层低超压。

  钻后利用差值法和Eaton法计算的A1井压力系数趋势基本一致,Eaton法压力系数略高,与实测点的吻合程度更高。两种计算方法均在4 300 m左右进入异常低超压段,预测压力系数高达1.560,与实际地层压力系数较为接近。

  A2压力预测借助2015年油服重处理PSDM层速度,采用差值法和Eaton法分别进行压力系数预测。首先根据A1井实测压力点,调整各预测模型参数,使之与实钻结果相吻合,从而构建适合本工区的压力预测模型,而后利用该模型预测A2井处压力系数。依据地震资料,预测全井段压力系数在1.000~1.600,井深4 250 m以上地层压力系数1.000~1.200,为正常压力范围;超过4 250 m开始出现低速异常,且设计井位处层速度比A1井处略低。差值法和Eaton法预测在4 300 m左右(文昌组)进入低超压层段,压力系数约1.300~1.600,如图1所示。

  利用地震层速度资料预测深层火山岩地层压力系数可靠性较差,参考周边邻井火山岩段压力系数1.05~1.14,预测本井火山岩为正常压力。但惠州某构造火山岩段紧贴文五段低超压烃源岩,一旦火山岩储集空间物性变好,超压传导进入储层会导致火山岩层出现超压现象。因此,本井火山岩层段也存在低超压的可能性。

  3 A2井实钻情况分析

  依据地震资料,超过4 250 m开始出现低速异常,A1井层速度为4 310~4 260 m/s,A2井处层速度比A1井略低,约为4 300~4 200 m/s,差值法预测在4 250 m左右进入异常高压,压力系数约为1.300~1.600,Eaton法预测在4 350 m附近进入异常高压,压力系数约为1.310~1.630。

  WC52砂体展布范围广,已钻井A1井比评价井A2井更靠近烃源岩,两口井埋深相差不大,基于属性图和地质认识,推测两者压力系数相差不大。

  虽然基于地震资料预测A2井压力系数略高于A1井,但受地震资料品质影响,深层资料信噪比、速度精度偏低。结合地质认识和盆模结果,预测A2井同样存在异常高压,压力系数预测与A1井接近,达1.500~1.600,地层压力预测的核心问题为速度问题。后续需开展精细速度场研究,建立高精度速度体,压力异常和速度异常的成因皆存在多解性,泥岩趋势线也存在不确定性。下一步需结合反演等资料进行辨别和研究,地层压力预测方法具有经验性和近似性,建议钻井时加入随钻VSP,实时更新压力预测模型,调整压力预测结果。

  钻前预测A2井在井深4 250 m以上地层压力系数1.000~1.200,为正常压力范围;超过4 250 m开始出现低速异常,预测在4 300 m左右(文昌组)进入低超压层段,压力系数约1.300~1.600。钻后地质分析使用Eaton声波法进行压力计算,由于缺少岩石力学实验数据,对岩石属性(内摩擦力、内聚力)进行了按照泥岩摩擦角小、砂岩摩擦角大以及内聚力随着埋深而增加、砂岩胶结强度略低的经验进行赋值。地层压力系数计算结果使用MDT测压点和DST测压点数据进行标定,漏失压力使用三开和四开两个地漏实验数据进行校核,如图2所示。根据计算结果,泊松比约0.35,文昌组以上地层压力系数均介于1.000~1.040,无明显异常,在文昌组内井深4 343 m地层压力开始抬升,至井深4 467 m地层压力达到1.200,至井深4 560 m地层压力系数最高达到1.650左右,计算地层压力与实测标定点对比如表1所示,计算与实测压力系数值差距较小,说明压力计算方法可以满足井区评价要求,且与钻前预测趋势一致。

  从图2可以看出,韩江组和珠江组上段地层坍塌压力系数值较高,与井径曲线波动对应性一致,分析认为与区域上韩江组和珠江组上段地层成岩性较差有关。本井在文昌组顶部下入三开中完套管,四开钻揭低超压层,作业井身结构合理。还可以看出,钻井液参数采用钻井液在线连续监测记录数据,实测三开井段钻井液比重介于1.15~1.31 g/cm3,四开井段钻井液比重介于1.61~1.63 g/cm3,四开井段因储层物性较差,钻井液为窗口下限,总体上所用钻井液比重介于安全窗口内。

  4结语

  经过对压力预测、监测方法的研究,形成了钻前对地层压力进行地球物理方法的预测;钻中根据钻井工程参数和工程迹象进行压力系数校正的工作流程,基本实现了对超压井压力系数的有效把控,保障深层探井钻井安全可控,不因超压影响地质资料录取。

  参考文献:

  [1]孙东征,杨进,杨翔骞,等.地层压力随钻预测技术在高温高压井的应用[J].石油钻采工艺,2016,38(6):746-751.

  [2]唐凯.随钻地层压力监测技术在钻井工程上的应用[J].化工管理,2021(20):176-177.

  [3]李卓.随钻地层压力监测和预测技术分析[J].西部探矿工程,2020,32(6):83-84.

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