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[摘要]在油气钻探过程中，地层压力预测是一项十分关键的基础工作。特别是对于科学探索井，精确的地层压力预测能够为钻井液密度选择、钻井参数优化和井身结构设计提供科学依据。针对LD6-2科探井的地震资料，以及周边区块已钻井的地质、地震、钻井、测井、测试等资料分析，得出了科探井地层孔隙压力、破裂压力和坍塌压力剖面，建立了合理的钻井液安全密度窗口。
[关键词]地层压力；钻井液密度；计算模型
1 引言
对于科探井，无法直接利用测井资料进行压力预测，只能利用地震资料分析法，将地震速度谱解释得到地震层速度。由于地震层速度的倒数即为声波时差，从而可以应用最为广泛的声波时差法计算地层孔隙压力。对于渤海科探井，首先主要依据地震资料对该科探井的孔隙压力、破裂压力以及坍塌压力进行计算模式理论分析和研究，建立地层压力剖面，再结合科探井邻近围区井史资料，对压力预测结果进行对比验证，并对计算模型进行修正和优化，通过综合分析处理，作出科学推断。
科探井随钻过程中需进行随钻监测，可通过上部已钻井段的录井资料，结合地震资料，建立岩石抗钻强度与井底压差关系曲线，根据井下地层岩石抗钻强度的变化来监测地层孔隙压力的变化，并重新评价深部待钻进地层。此外，需要在钻完上部地层后，根据二开、三开破裂压力实验值对原有破裂压力计算模型中构造应力系数进行修正，从而提高地层破裂压力预测的精确性。
1.1 地层孔隙压力计算模型
用地震资料预测地层孔隙压力的具体方法是：从速度谱解释得到叠加速度，把叠加速度转换为均方根速度，再用DIX公式计算地震层速度，也有的地震资料可以直接给出地震层速度，根据地震层速度与声波时差的倒数关系，得到声波时差与地层深度的关系，从而用声波时差法计算地层压力。使用该方法在地震资料具有较高分辨率的情况下，计算的层速度准确性越高。
根据处理得到的地层声波时差资料，采用Eaton法进行地层压力计算。在计算时，正常压实井段的选取尤为重要，选取不当将会给正常趋势线带来较大误差，从而影响预测结果的准确性。
Eaton法地层压力计算模型：
式中 为地层孔隙压力梯度， ； 为上覆岩层压力梯度， ； 为地层水密度， ； 为正常压实时的声波时差值， ； 为实测声波时差值， ； 为Eaton指数。
1.2 地层破裂压力预测方法
破裂压力是井眼周围地层在井内泥浆柱压力作用下使其起裂或原有裂缝重新开启的压力，它是由于井内泥浆密度过大使井壁岩石所受的周向应力超过岩石的抗拉强度造成的。
假设井眼处于平面应变状态，根据岩石力学理论，可求得非均匀地应力作用下井壁产生拉伸破裂时的井内泥浆柱压力即破裂压力的计算模式为：
式中： 为地层破裂压力，MPa； 为岩石的泊松比， ，这里取0.25； ，地层构造应力系数，无量纲， 、 水平两个主应力方向的构造应力系数； 为上覆岩层压力，MPa； 为地层孔隙压力，MPa， 为有效应力系数，即压裂过程中地层孔隙压力对地层破裂压力的贡献系数； ，岩石抗拉强度，MPa。 —地层破裂压力梯度 ，H为井深，m。
对于新区的第一口科探井，在没有地层破裂压力实测值得情况下，选取邻近构造的构造应力系数值作为参考值预先进行预测，在钻完上部地层后，根据二开、三开破裂压力试验实验值对原有构造应力系数进行修正，从而提高地层破裂压力预测的精确性。
1.3 地层坍塌压力预测方法
根据剪切破坏准则可知，当井壁围岩所受的应力超过岩石本身的抗剪切强度时，井壁围岩就会发生剪切破坏，从而造成井壁坍塌。坍塌压力是钻井工程中又一重要参数，它的大小也决定了钻井液的最小密度，研究地层的坍塌压力对维持井壁稳定、实现快速钻进具有重要的意义。
坍塌压力的计算模型如下：
式中： ，地层坍塌压力当量密度，g/cm3； ，应力非线性修正系数，无量纲； 分别为地应力最大水平、最小水平主地应力；g/cm3； ， 为内摩擦角；度； ，岩石粘聚力，MPa； ，有效应力系数，，无量纲； ，地层孔隙压力，g/cm3；H，井深，m。
地层的破裂压力、坍塌压力对确定安全钻井液密度窗口具有重要的作用，所以在实际计算中，应根据实际的地层资料进行分析计算，并选择合适深度的岩心实验进行校正。
2 工程设计实例
旅大6-2油田位于渤海辽东湾海域中南段，东经120°54′～121°03′，北纬39°50′～39°57′，北距已开发油田金县1-1油田约13.0km，西距绥中36-1油田约15.0km，西南距旅大10-1油田30.0km。油田范围内平均水深31.3m。区域构造上，旅大6-2构造处于辽东凸起西陡坡带上，处于辽中一号走滑大断层下降盘，与辽中凹陷中洼毗邻，整体构造形态为被断层复杂化的半背斜构造。
根据邻井的测井、录井资料及本井的测井资料，对该井的三个地层压力剖面进行了计算，具体结果见表1。
由上表可知，LD6-2井明化镇安全钻井液密度窗口为[1.27，1.65]；馆陶组安全钻井液密度窗口为[1.25，1.71]；东营组安全钻井液密度窗口为[1.26，1.76]；东三段安全钻井液密度窗口为[1.44，1.70]。
3 总结
本分析方法针对渤中LD6-2科探井的地震资料，以及周边区块已钻井的地质、地震、钻井、测井、测试等资料分析，得出了科探井地层孔隙压力、破裂压力和坍塌压力剖面，建立了合理的钻井液安全密度窗口。在工程实例LD6-2应用中取得了非常好的效果，对井壁稳定性的计算具有非常重要的作用。对科探井的地层压力，综合依据地质、地震、钻井、测井、测试、漏失试验及实验室分析等资料，应用合理的预测模型在钻前、随钻和钻后各环节可以使地层压力预测精度逐步精确化，为钻井设计和施工提供依据。
参考文献
[1] 苏义脑等，科学探索井地层压力计算[J]，石油学报，2001，22（1）：78-85
[2] 黄荣樽，一种新的地层破裂压力预测方法[J]，石油钻采工艺，1986，03（1）：1-13
[作者简介] 于忠涛，男，1980年12月生人，山东蓬莱人，中级职称，从事钻井监督及钻井工程设计工作9年，目前就职于中海油能源发展股份有限公司监督监理技术分公司。
[关键词]地层压力；钻井液密度；计算模型
1 引言
对于科探井，无法直接利用测井资料进行压力预测，只能利用地震资料分析法，将地震速度谱解释得到地震层速度。由于地震层速度的倒数即为声波时差，从而可以应用最为广泛的声波时差法计算地层孔隙压力。对于渤海科探井，首先主要依据地震资料对该科探井的孔隙压力、破裂压力以及坍塌压力进行计算模式理论分析和研究，建立地层压力剖面，再结合科探井邻近围区井史资料，对压力预测结果进行对比验证，并对计算模型进行修正和优化，通过综合分析处理，作出科学推断。
科探井随钻过程中需进行随钻监测，可通过上部已钻井段的录井资料，结合地震资料，建立岩石抗钻强度与井底压差关系曲线，根据井下地层岩石抗钻强度的变化来监测地层孔隙压力的变化，并重新评价深部待钻进地层。此外，需要在钻完上部地层后，根据二开、三开破裂压力实验值对原有破裂压力计算模型中构造应力系数进行修正，从而提高地层破裂压力预测的精确性。
1.1 地层孔隙压力计算模型
用地震资料预测地层孔隙压力的具体方法是：从速度谱解释得到叠加速度，把叠加速度转换为均方根速度，再用DIX公式计算地震层速度，也有的地震资料可以直接给出地震层速度，根据地震层速度与声波时差的倒数关系，得到声波时差与地层深度的关系，从而用声波时差法计算地层压力。使用该方法在地震资料具有较高分辨率的情况下，计算的层速度准确性越高。
根据处理得到的地层声波时差资料，采用Eaton法进行地层压力计算。在计算时，正常压实井段的选取尤为重要，选取不当将会给正常趋势线带来较大误差，从而影响预测结果的准确性。
Eaton法地层压力计算模型：
式中 为地层孔隙压力梯度， ； 为上覆岩层压力梯度， ； 为地层水密度， ； 为正常压实时的声波时差值， ； 为实测声波时差值， ； 为Eaton指数。
1.2 地层破裂压力预测方法
破裂压力是井眼周围地层在井内泥浆柱压力作用下使其起裂或原有裂缝重新开启的压力，它是由于井内泥浆密度过大使井壁岩石所受的周向应力超过岩石的抗拉强度造成的。
假设井眼处于平面应变状态，根据岩石力学理论，可求得非均匀地应力作用下井壁产生拉伸破裂时的井内泥浆柱压力即破裂压力的计算模式为：
式中： 为地层破裂压力，MPa； 为岩石的泊松比， ，这里取0.25； ，地层构造应力系数，无量纲， 、 水平两个主应力方向的构造应力系数； 为上覆岩层压力，MPa； 为地层孔隙压力，MPa， 为有效应力系数，即压裂过程中地层孔隙压力对地层破裂压力的贡献系数； ，岩石抗拉强度，MPa。 —地层破裂压力梯度 ，H为井深，m。
对于新区的第一口科探井，在没有地层破裂压力实测值得情况下，选取邻近构造的构造应力系数值作为参考值预先进行预测，在钻完上部地层后，根据二开、三开破裂压力试验实验值对原有构造应力系数进行修正，从而提高地层破裂压力预测的精确性。
1.3 地层坍塌压力预测方法
根据剪切破坏准则可知，当井壁围岩所受的应力超过岩石本身的抗剪切强度时，井壁围岩就会发生剪切破坏，从而造成井壁坍塌。坍塌压力是钻井工程中又一重要参数，它的大小也决定了钻井液的最小密度，研究地层的坍塌压力对维持井壁稳定、实现快速钻进具有重要的意义。
坍塌压力的计算模型如下：
式中： ，地层坍塌压力当量密度，g/cm3； ，应力非线性修正系数，无量纲； 分别为地应力最大水平、最小水平主地应力；g/cm3； ， 为内摩擦角；度； ，岩石粘聚力，MPa； ，有效应力系数，，无量纲； ，地层孔隙压力，g/cm3；H，井深，m。
地层的破裂压力、坍塌压力对确定安全钻井液密度窗口具有重要的作用，所以在实际计算中，应根据实际的地层资料进行分析计算，并选择合适深度的岩心实验进行校正。
2 工程设计实例
旅大6-2油田位于渤海辽东湾海域中南段，东经120°54′～121°03′，北纬39°50′～39°57′，北距已开发油田金县1-1油田约13.0km，西距绥中36-1油田约15.0km，西南距旅大10-1油田30.0km。油田范围内平均水深31.3m。区域构造上，旅大6-2构造处于辽东凸起西陡坡带上，处于辽中一号走滑大断层下降盘，与辽中凹陷中洼毗邻，整体构造形态为被断层复杂化的半背斜构造。
根据邻井的测井、录井资料及本井的测井资料，对该井的三个地层压力剖面进行了计算，具体结果见表1。
由上表可知，LD6-2井明化镇安全钻井液密度窗口为[1.27，1.65]；馆陶组安全钻井液密度窗口为[1.25，1.71]；东营组安全钻井液密度窗口为[1.26，1.76]；东三段安全钻井液密度窗口为[1.44，1.70]。
3 总结
本分析方法针对渤中LD6-2科探井的地震资料，以及周边区块已钻井的地质、地震、钻井、测井、测试等资料分析，得出了科探井地层孔隙压力、破裂压力和坍塌压力剖面，建立了合理的钻井液安全密度窗口。在工程实例LD6-2应用中取得了非常好的效果，对井壁稳定性的计算具有非常重要的作用。对科探井的地层压力，综合依据地质、地震、钻井、测井、测试、漏失试验及实验室分析等资料，应用合理的预测模型在钻前、随钻和钻后各环节可以使地层压力预测精度逐步精确化，为钻井设计和施工提供依据。
参考文献
[1] 苏义脑等，科学探索井地层压力计算[J]，石油学报，2001，22（1）：78-85
[2] 黄荣樽，一种新的地层破裂压力预测方法[J]，石油钻采工艺，1986，03（1）：1-13
[作者简介] 于忠涛，男，1980年12月生人，山东蓬莱人，中级职称，从事钻井监督及钻井工程设计工作9年，目前就职于中海油能源发展股份有限公司监督监理技术分公司。