深水油气田钻井安全密度窗口计算方法

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1、学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报2012年0月第：j4卷第lo期JournalofOilandGasTechnology()ct．2012Vo1．34No．10深水油气田钻井安全密度窗口计算方法谭强，蔚宝华，邓金根闫传梁，赵凯(中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室，北京’。。)[摘要]近年来深水油气勘探发展迅速，与陆上及浅海区域的钻井相比，深水上覆岩层压力较低，容易发生漏失。另外．深水浅层泥页岩也容易发生水化坍塌。因此，深水钻井中要求提供更精确的安全密度窗口，以防止发生复杂事故。通过借鉴陆上与浅海地区钻井中的井壁稳定性分析方法，结合深水钻井自身特

2、点，得出了深水钻井安全密度窗口计算方法，其中上覆岩层压力利用密度积分方法计算，孔隙压力可以利用测井数据根据Eaton法进行计算。针对深水浅部地层的特殊性，建立了塑性区半径评价法用于浅部地层坍塌压力计算，并且认为深水钻井中漏失压力等于水平最小主应力，钻井中将漏失压力作为允许使用钻井液密度的上限。根据上述计算方法可以得出深水钻井的安全密度窗口，为钻井工程提供参考。[关键词]深水钻井；孔隙压力；坍塌压力；漏失压力[中图分类号]TE254．1[文献标志码]A[文章编号]1000—9752(2012110—0098—03随着石油f业的小断发展，陆地及浅海油气勘探已逐渐步人成熟阶段，深水

3、成为油气勘探开发的重要方向。深水钻井是指作业水深大于500m的海洋钻井作业_lj，是一项资金投入大、技术含量高的系统：1h==程。钻井中面临着诸多井壁稳定的相关问题，例如受水深影响上覆岩层压力梯度较低，造成破裂压力、漏失压力较低，容易发生井漏；深水环境沉积速度快，泥页岩中蒙脱石含量高，容易发生水化坍塌等。为保证钻井安全，在钻井过程中钻井液密度应高于孔隙压力和坍塌压力当量密度，且低于漏失压力当量密度。孔隙压力或坍塌压力与漏失压力之间的当量密度窗口被称为钻井安全密度窗口。相对于陆地或浅海Ⅸ域的钻井，深水钻井要求井壁稳定分析的精度更高，钻井工作者对深水钻井的安全密度窗口也更为关注，

4、San1{)s、Moos、Ritter等2--4]分别对深水钻井井壁稳定及影响因素进行了相关研究。尽管深水沉积环境与陆地和浅海地层相比具有其特殊性，但在井壁稳定性力学分析方法上基本相同，郜是从井眼周围应力分布分析出发，依据相关破坏准则判断井眼能承受液柱压力的上下限。因此，要精确确定深水钻井的安全密度窗口，也需要对地层孔隙压力、坍塌压力和漏失压力进行精细分析。上覆岩层压力计算上覆岩层压力是进行孔隙压力、坍塌压力和漏失压力分析的基础参数。在深水钻井中，可以根据海水和地层密度数据通过积分方法得到上覆岩层压力，即：rh，口一pwghl+I(h)gdh(1)JhI式中，为垂向主应力，M

5、Pa；h。、h。分别为海水深度和终止深度，i"I1；fD为海水密度，g／cm；P(h)为随深度变化的地层密度，g／cm。深水钻井上覆岩层压力分析中的一个首要问题是泥面以下一段距离内缺少密度测井数据，解决方法是根据下部井段的密度测井数据进行拟合分析。常用的拟合模型为幂律模型：p(h)一p，+A(hhI)(2)[收稿日期]201207—03[基金项目]国家科技重大专项(2011ZX05026001o1)；中国石油大学(北京)引进人才科研启动基金(QD-2Oloo9)。[作者简介]谭强(1980一)，男，2002年大学毕业，博士，助理研究员，现主要从事井壁稳定研究工作。学兔兔www

6、.xuetutu.com第34卷第1O期谭强等：深水油气田钻井安全密度窗口计算方法式中，为泥面处的地层密度，g／cm。；^为海拔深度，TTI；A、B为系数。利用幂律模型对某深水井地层密度的拟合以及上覆岩层压力计算结果见图1。由图暑1可见，由于水深的影响，上覆岩层压●＼力当量密度较小，这是深水钻井的一稍个重要特点。2深水钻井孔隙压力计算等[5，这些方法适用于由于不平衡压实作用产生的异常压力。其中Eaton法是应用最广的，这种方法同样适用于深水沉积环境。利用声波时差数据分析孔隙压力的Eaton模型为：一一(一)(A△to／](3)式中，P为孑L隙压力，MPa；P为静水压力，MPa

7、；At为通过测井或地震数据得到的声波时差，s／ft；At为正常压实趋势下的声波时差，／ls／ft；为Eaton指数，与钻井区域有关。在深水钻井中，正常压实趋势线可以根据Bowers模型Ⅲ确定，即：lOs(4)一式中，At·为泥面处的声波时差，vs／ft；口为假设孔隙压力正常时的有效上覆压力，MPa；C、D为系数。3深水钻井坍塌压力计算对于直井，假设地层为线弹性多孔介质，在不考虑钻井液渗流与地层水化的条件下，井壁坍塌压力的计算公式为Ⅲ__：一二：)二K+"±鉴：二(5)式中，为井壁的坍塌压力，MPa；、o