欠平衡钻井出水层判断方法介绍

欠平衡钻井出水层判断方法介绍 欠平衡钻井出水层判断方法介绍 184内蒙古石油化工2006年第l2期 欠平衡钻井出水层判断方法介绍 乔剑华,王克雄,蒋宏伟 (中国石油大学石油天然气工程学院,北京102249) 摘要:欠平衡钻井作为一种新的钻井方式,以其减少油气层伤害,油气藏,提高机械钻速,同 时还具有有效控制漏失,减少压差卡钻等优点在全世界范围内得到越来越多的应用.但由于其特殊性, 使之不能使用于所有井段.地层出水是其死点之一.本文介绍了几种预测与判断地层出水的方法,即利 用现有自寺测井资料进行计算来预测出水地层的方法及在欠平衡钻进过程中判断钻遇出水地层的方法, 并且了各方法的优缺点.这对优选欠平衡钻井的井位与井段的研究有重要的指导作用. 关键词:欠平衡钻井I出水层;测井资料;钻进过程}判断方法 随着世界石油工业的发展,常规钻井方式已不 能满足现代钻井的需要,欠平衡钻井技术已成为钻 井技术发展的热点.在钻井过程钻井液循环体系井 底压力低于地层孔隙压力,使地层的流体有控制的 进入井筒并将其循环到地面.这一钻井技术称为欠 平衡钻井[1].该技术有利于提高机械钻速,保护油气 层,提高钻速随钻油藏评价和避免井漏等优点,因 此,欠平衡钻井在油气田开发中发挥越来越重要的 作用.但地层出水问题成为限制该技术应用的瓶颈 之一,准确地预测出水层和判断出水量对欠平衡钻 井的顺利实施有着非常重要的作用.本文介绍了几 种利用测井资料预测出水层以及在欠平衡钻井过程 中判断地层出水的方法. 1利用测井资料确定出水层 1.1三种重叠方法识别水层[.] (1)补偿声波,补偿中子,补偿密度重迭法 在含气地层中,各种孔隙度值与它们曲线的关 系如下:. ?补偿声波 s一[1+s..(蛳.一1)] 一 ) ?补偿密度 D一[1+s.r(DIIr一1)] D}I一—(2) ?补偿中子 q,N士opEl—s(1一cp.h)] Nhr一(:?)一" 式中;cp为总孔隙度,;S为残余油气饱和 度,I蛳.为油气声波孔隙度,;Dhf为油气密度孔 隙度,;Nhf为中子孑L隙度,'?thf为油气声波时 差,/~m/ft;Atf为流体声波时差,~m/ft;?t为岩:百 骨架声波时差,pm/ft为油气密度,g/eraIp:为 岩石骨架密度,g/cm.}Pf为流体密度,g/era.;为油 气中子孔隙度,;为流体中子孔隙度,}为 岩石骨架中子孔隙度,. 气层的时差比水层时差大,气层的密度和含氢 指数都要比水层响应的密度和含氢指数低.若是水 层或干层,补偿中子值一般会大于或等于补偿声波, 补偿密度孔隙度值.此方法要对各种孔隙度曲线作 岩性校正和泥质校正.尽量要选岩性较纯,厚度相对 较厚,井眼比较的井段.声波资料在欠压实地层 要做压实校正. (2)声一电交会计算视地层电阻率与电阻率测 井曲线重迭法 从图1声一电交会图可以看出.右上角方向为 油气层的点子,左下角方向为水层的点子.通过该图 油气水分界线建立方程为: Rt=10一._...?(4) 式中:R为深侧向电阻率,n?m,At为声波时 差m/ft.' r【I,fI) 圉1声波时差与深侧向交会图 由(4)式声波时差计算出视声波电阻率(R), 通过对R厶t—R莺迭后.当储层为油气层时,R< R反之,若是水层或干层,RAt>R. (3)声阻抗与声速重迭法 地层的声阻抗与岩石骨架成分,泥质含量,孔隙 大小及流体性质的关系见下式: 7=;.二生=垫?巳业?,fr ?tN(1吼一V.h)+At,hV.h+Atfop, 式中:为泥岩密度,g/cm.;为有效孔隙 度,,At.h为泥岩声波时差,#m/ftIV.h为泥质含 收稿日期:2OO6一O7—15 第一作者;乔剑华(1977--),男,辽宁人,在读硕士,从事油气井岩石力学与工程的研 究. 2006年第12期乔剑华等欠平衡钻井出水层判断方法介绍185 世. 把上式转换成:Z一At×10(6) 当砂岩地层含水时.密度增大,时差减小,声阻 抗值增大.利用重迭方法将声阻抗与声速进行重迭, 可识别出油气水层.但砂岩中泥质含量对声阻抗有 一 定的影响,从随泥质含量增加,对声阻抗的影响增 大,在应用此方法时,要进行泥质影响校正,校正后 得式(7),然后z与声速进行重迭,其效果最好. Zk=(7)1- +-kXV.h 式中:k为校正常数. 在应用以上三种重叠方法时,只有这=种方法 均显示为水层时,才能将储层定为水. 1.2电阻率法判断出水层[ 利用最小电阻率交会法,储层与泥岩电阻率交 会法,可动水指数法及测井参数的逐步判别法等对 出水层进行判识.? (1)出水层的电阻率一般低于1OOQ?121. 按1000?m作为出水层段的判识,水层电 阻率小于或等于1OOQ?m,气层点电阻率一般大于 1OOQ?121,主要分布在130Q?121以上,干层的电阻 率一般高于4OOQ?121. (2)出水层的双侧向电阻率差值一般为零或负 幅度差. 地层水矿化度一般较高电阻率小,泥浆滤液电 阻率偏高,形成增阻侵入.出水层段在双侧向电阻率 上呈深浅曲线重叠(增阻性侵入不明显)或呈明显的 负幅度差(明显增阻侵入).产气层分布于深感应电 阻率RLLD大于浅侧向电阻率RLs的区域,即:RLD/ RLLs>1.0,出水层一般在RLLD/RLLs;==1.0以下区域. 干层双侧向电阻率比值一般为1.0. (3)出水层段的(N/At)×100值随地层含水增 多而增大. 根据各类层电阻率与(w/At)×100关系分析, 水层区的(N/At)×100值变化大,其中少量产水层 最低在5以上,气层的(N/?t)×100值主要在5,8 之间,干层主要在4以下区域. 1+3聚类判别分析方法Hj 在储集层评价中采用数理统计中的判别分析方 法,可以把有关油水层的诸多因素综合起来判别油 水层. 选择出最能代表油,水层点的参数,作为判别分 析的观察值,即:Z(z1,z2,z..,zp),z;(i一1,2,…, p).设层判别向量为c(c,c...C),判别函数为R. 则R—C?Z—Ec1,c2,….c]- =clzI+c2z2-+-A+cpzp(8) 式中,c,C,A,c是待定系数,按照费歇准则, 根据油水层的观察数据来确定. n个油层 X;一(xll,xi2,A.xip),i一1,2,A,n n个水层 Yi一(yiI'yi2,A,yip),i一1,2,A,121 进行坐标变换,使这2类总体在新坐标系中的 差别最大.设油水层样品在R轴上的投影(特征值) 分别为R.;和Ryl,求出其平均值良,茛,的,再求得判别 向量C: C—S一'T)(9) 式中;D— S== ,dt一_j, .l2A 22A 0p2A lI?I n一一一一 8il一2,(xiI—xI)(x"一xj)+. I(y"一y1)(yIj—yj) 将求得的C,C2,A,c代入式(8)中,确定判别函 数R. 1.4基于信息熵识别油气层和水层的聚类方法L5] 利用实际测井资料提取油气层和水层的特征参 数,并计算某种特征参数出现在某种流体属性(如水 层)的概率,根据其概率分布并基于信息熵识别油气 层和水层. 对于识别油气层和水层来说,系统为油层,油水 同层和水层,取特征参数:A—RLLD/R.,式中RLLD为 深感应电阻率,Ro为地层完全含水时的电阻率IB— R_./R,式中R,.为视地层水电阻率,R为地层水电 阻率Ic—RLLD/R,式中R为油层临界电阻率,D— S.,式中S.为利用声波地层因素确定的含油饱和度 以及其它参数.其概率分布如表1. 表1识别油,气,水的概率分布表 表中概率P(i,j)的含义为第i种特征参数出现 第j种流体(系统)的概率,例如P(3.2),其含义是c —RLLD/R特征参数值出现油水同层的概率. 1.5模糊灰色关联分析法L6 在评价地层含油,气,水性质时,根据地层的电 阻率或油气饱和度,再结合地层的岩性,泥质含量, 孔隙度渗透率等许多因素综合进行考虑,准确判断 油气水层.以某气田为例,针对其地质特征,选取了 含油饱和度S.(),孔隙度(),渗透率K(roD)和 侵入系数R/R这4项评价指标,根据这些指标将 含油气性质划分为4类:?气层I?含气水层I?水 层}?干层.4种流体类型的标准模式可表示为: Xl一(55,12,0.5,0.7)——气层 Xz一(5O,10,0,0.45,1.4)——含水气层 X3一(45,10,0,0.45,1.6)——水层 X'一(O,4,0.05,1.1)——干层 ? 刚刚 , 186内蒙古石油化工2006年第12期 将测井计算的这4个指标组成待判断序列.将 标准模式序列和待判断序列进行规格化处理.求得 模糊灰关联系数.根据评价指标对油气评价的贡献 大小,取相应的权向量进行计算.再求得模糊灰关联 向量,最后根据择大原则判断出待识别序列的类型. 1.6"声电法"判断出水层L7 深电阻率测井的径向探测范围最大,其探测深 度达2m以上.在泥浆侵入较浅的情况下可以近似 地探测到地层寞正的电阻率,用它确定地层含水饱 和度(阿尔奇)公式为: S[(a×R)/(×R)](10) 式中;S为含水饱和度;R为地层水电阻率,Q ?m;R为深侧向电阻率,Q?m;甲为地层孔隙度; l,b,m为常数. 当孔隙度采用声波时差计算时,从式(10)可得 到声波与电阻率的关系为: At一[(a×R)/(S:)]×(Atf一?t)+?t(11) 式中:?t是由深电阻率转换的声波时差,s/ m,Atl为流体声波时差,/~s/m;?t为骨架声波时 差,/~s/m. 从式(11)可知,影响转换的声波时差主要是地 层水电阻率和地层含水饱和度.当地层完全含水时. 式(11)贝?为: At一[(a×R)/R]×(Atf一?t)+?t(12) 式(12)中除电阻率以外,其他参数都可视为常 数.声波时差与电阻率是成反比的,即电阻率增高, 转换的声波时差降低.地层水是导电物质,电阻率极 小,气层电阻率大于水层电阻率数倍,甚至数十倍. 由电阻率转换的声波时差为: At一A×lgR+B(13) . 式中zA,B为常数根据式(13)所示,在相同条 件下,电阻率增大,则电阻率转换的时差减小.水层 和非气层的测量声波时差小于转换的声波时差(At <?t).因此,定义"声电法"为/~CRT,则; ACRT—At—At(14) 式中:ACRT为声电差值,At为用R计算的声 波时差,/~s/m.当ACRT>0时,为气层,当ACRT< 0时,为水层或非气层. 2欠平衡钻井过程中判断出水的方法[8] 2.1应用立管压力参数判断地层含水性 在泥浆入口导管上安装立管压力传感器,来测 量泥浆注入压力的.欠平衡钻井循环时,井筒压力非 常小,当量压力梯度远小于1.在正常欠平衡钻井条 件下,当地层出水时,势必造成井筒内上返流体当量 密度升高,增大了循环系统的负荷,进而造成注入流 体入口立链压力升高,由此,根据立管压力变化可判 断出钻遇水层. 2.2应用电导率参数判断地层含水性 地层水一般具有高矿化度,钻进至不含水的地 层时,电导率参数值保持相对稳定,当钻遇含水地层 时,地层水进入循环系统,使电导率参数值发生明显 变化. 2.3根据机械钻速判断地层水 孔洞和裂缝为地层水提供了储存空间和通道, 裂缝发育带(或高渗孔隙带)也是地下水层的重要标 志.当钻遇地层水时有钻速明显增加现象.因此,可 以利用机械钻速间接判断地层水. 2.4根据排屑口状态判断地层水 在欠平衡钻井过程中,地层不出水时,排屑口返 出的是粉末.当钻遇含水地层时,地层水大量进入到 井筒内,井口返出的是高含水的分散,飘飞的絮团 状.因此可以根据排屑口状态判断是否钻遇到含水 地层 2.5根据井口返出液的矿化度变4t,判断地层,F- 当钻遇含水地层时高矿化度的地层水大量进入 到井筒内,井口返出液的矿化度会升高,因此,连续 测量返出液的矿化度变化,可以判断是否钻遇到含 水地层. 3结论 (1)利用三种重叠方法识别水层,需要有声波测 井,密度测井,中子测井和电阻率测井等资料.此方 法所需资料较多,对所选择解释井段要求较严,如要 选岩性较纯,厚度相对较厚,井眼比较规则等井段, 计算也相对多一些. (2)利用电阻率法判断出水层,只需要电阻率测 井资料(包括深侧向,浅侧向和微侧向电阻率测井). 此方法所需资料少计算方法简单,对区分气,水,干 层均有一定实效. (3)"声电法"判断出水层,需要有声波测井和电 阻率测井等资料,此方法所需资料少,计算方法相对 较简单. (4)利用聚类判别分析方法识别水层,基于信息 熵识别油气层和水层的聚类方法,模糊灰色关联分 析法,,这三种方法都要从测井资料中选取相应的参 数,所选取参数是否有代表性,直接关系到预测的准 确性,其计算方面都比较复杂.当选取参数较好时, 识别的结果还是令人满意的. (5)为了确保钻井的顺利进行,欠平衡钻井过程 中要根据不同情况采取相应方法来判别是否钻进到 水层,如钻进到水层就要按相应措施进行处理,确保 顺利,安全钻进. [参考文献] [1]周英操,翟洪军.欠平衡钻井技术与应用[M]. 石油工业出版社,~.003,1,3. [2]杨碧松.低矿化度地层水地层油气水层识别研 究口].天然气工业,~.000,2o(2),42,44. [33徐国盛,王敏杰.长庆气田可动地层水特征及 意义[J].石油与天然气地质,~.001,22(4), 309,313. [4]李晓辉,张美玲,谭辉红.高电阻率水层定性 识别方法研究[J].测井技术,~.00o,24(增), 491,493. [5]潘和平,樊政军,马勇.基于信息熵识别油气 层和水层的聚类方法[J].石油大学(自然 科学版),2004,28(6),31,34. [6]赵军.模糊灰色关联分析法在测井识别油气水 层中的应用[J].测井技术,2000,24(5),337, 339. [7]胡佑华,孝康悌,徐萍.声电法识别油气水层 [J].特种油气藏,2005,12(2),39~41. [8]许文革.空气/泡沫钻井条件下水层判别方法 探讨[刀.大庆石油地质与开发,2005,24(增), 2O,24.