快速预测泥/页岩地层坍塌压力的测录井方法

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井工程安全、测录井工程技术领域，具体涉及一种快速预测泥/页岩地层坍塌压力的测录井方法。

背景技术

准确预测地层坍塌压力，能够有目的、有方向、有准备地防止井壁坍塌失稳及导致的埋钻、卡钻、测井遇阻和遇卡等问题，防止井下意外复杂情况发生，有利于实现石油工程提速提质提效，有利于创建石油天然气开发绿色工程。

长期以来，在钻井现场工程技术人员都是借助实践经验并通过不断调整钻井液密度和相关性能的方法预防井壁坍塌、掉块，效果虽然不错，但需要不断通过试错提升经验，成本高，效率低，谋求经验化的数学模型是众多现场工程技术人员长期以来的不懈追求。

在预测地层坍塌压力理论研究方面，前人基于泥页岩水敏性、地应力、层理与裂隙、强度准则等提出许多创新性的预测方法和数学模型、经验公式，如发明专利CN106351650A(201510420240.1，一种适用于层理裂隙地层的井壁坍塌压力计算方法)、CN108071389B(201711306426.X，一种页岩气井井眼坍塌压力预测方法)、基于莫尔圆包络线的地层坍塌压力计算方法(江伟，2019，西南石油大学)。由于其理论复杂、需要通过实验测试确定的基础参数过多，难以现场推广应用和发挥其应有的工程指导价值。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种快速预测泥/页岩地层坍塌压力的测录井方法，克服现有技术不足，为安全钻井及时提供可靠的地层坍塌压力数据资料。

为实现上述目的，本发明提供一种快速预测泥/页岩地层坍塌压力的测录井方法包括：

1)获取目标层段的地层垂深h、地层孔隙流体压力梯度FPG、地层岩性密度DEN、地层泥质含量V

2)依据钻井液体系确定体系影响系数ε和泥质影响系数ξ；

3)通过公式PCG＝(0.1×DEN×g+FPG+ξ×V

进一步地，还包括根据现场钻井需求，选择提供地层坍塌压力梯度PCG或地层坍塌压力Pc。

进一步地，所述步骤1)中，正常压力下地层孔隙流体压力梯度FPG介于1.03MPa/hm～1.25MPa/hm；异常高压地层的FPG大于1.25MPa/hm、低压地层的FPG为大于等于0.9、小于1.03MPa/hm、异常低压地层的FPG小于0.9MPa/hm。

进一步地，所述步骤1)中，地层泥质含量V

进一步地，所述步骤2)中，钻井液体系包括水基钻井液体系、油基钻井液体系和空气钻井液体系；钻井液体系的影响系数ε取值范围为－2.0MPa/hm～0.5MPa/hm。

进一步地，所述水基钻井液体系的ε取值为0MPa/hm，空气钻井液体系的ε取值为－1.0MPa/hm，油基钻井液体系的ε取值为－0.5MPa/hm。

进一步地，所述步骤2)中，泥质影响系数ξ取值范围为0.5～1.5MPa/hm。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)有效克服了传统方法需要确定岩石内摩擦角、内聚力、Biot系数参数等复杂试验过程；

2)避免了取心成本高问题；

3)克服了依靠个人经验推算带来的主观因素多的弊端，规避了不易定量化、程序化、持续稳定的随机性干扰；

4)基于目标层段的地层压力、地层泥质含量和钻井液体系类型三重影响因素考量，较CN106351650A(201510420240.1，一种适用于层理裂隙地层的井壁坍塌压力计算方法)、CN108071389B(201711306426.X，一种页岩气井井眼坍塌压力预测方法)、基于莫尔圆包络线的地层坍塌压力计算方法(江伟，2019，西南石油大学)等现有技术方法，增加了影响地层坍塌压力预测精度的关键内因地层泥质含量和外在因素钻井液体系类型，使技术方案适用性更强；5)本发明公开的技术方案使用的计算参数在测录井及钻井现场易于获取，数据资源占用少，实现成本低，简便实用，易于在钻井、录井、测井现场推广应用。

附图说明

图1为本发明测录井方法流程示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

快速预测泥/页岩地层坍塌压力的测录井方法流程如图1所示：

1)获取目标层段的地层垂深h、地层孔隙流体压力梯度FPG、地层岩性密度DEN、地层泥质含量V

正常压力下地层孔隙流体压力梯度FPG介于1.03MPa/hm～1.25MPa/hm，默认取1.07MPa/hm；异常高压地层的FPG大于1.25MPa/hm、低压地层的FPG为大于等于0.9、小于1.03MPa/hm、异常低压地层的FPG小于0.9MPa/hm。

地层泥质含量V

2)依据钻井液体系确定体系影响系数ε和泥质影响系数ξ；

钻井液体系包括水基钻井液体系、油基钻井液体系和空气钻井液体系；钻井液体系的体系影响系数ε取值范围为－2.0MPa/hm～0.5MPa/hm；水基钻井液体系的ε取值为0MPa/hm，空气钻井液体系的ε取值为－1.0MPa/hm，油基钻井液体系的ε取值为－0.5MPa/hm；

泥质影响系数ξ取值范围为0.5MPa/hm～1.5MPa/hm，ξ默认取值为1.0MPa/hm。

3)通过公式PCG＝(0.1×DEN×g+FPG+ξ×V

4)根据现场钻井需求，选择提供地层坍塌压力梯度PCG或地层坍塌压力Pc；必要时提供坍塌压力剖面图；坍塌压力剖面图包括地层垂深h、地层岩性、地层岩性密度DEN、地层泥质含量V

以上为逐点快速预测地层坍塌压力Pc、地层坍塌压力梯度PCG，按岩性分段预测时，取段内各点的地层坍塌压力梯度PCG最低值，目的是确保钻井安全，最大限度降低钻井质量安全成本。

本发明通过目标层段的地层垂深h和地层压力梯度FPG、地层岩性密度DEN、地层泥质含量Vsh数据信息快速预测地层坍塌压力Pc、地层坍塌压力梯度PCG，，有效克服了传统方法如Mohr Coulomb破坏准则法计算需要确定岩石内摩擦角、内聚力、Biot系数参数等过于复杂的试验不足和取心成本高问题，克服了依靠个人经验推算不易定量化、程序化、主观因素多的弊端，方法简便实用，实现成本低，易于现场推广应用。

本发明已在江汉油田、涪陵页岩气田、鄂西地区红星区块应用160余口井，依据本发明在钻前利用邻井预测的地层坍塌压力Pc、地层坍塌压力梯度PCG配置钻井液，能够在一定程度上规避井壁失稳造成的井下复杂情况，总有效率85％以上。实践也证明，由于本发明的核心是基于地层压力、地层泥质含量和钻井液体系类型三重因素充分考量的地层坍塌压力测录井预测方法，未考虑泥/页岩水敏、层理缝发育、上提钻具时的抽吸干扰影响因素，存在一定的使用局限性。

实施例1

红星区块HY-1井茅口组3500～3600m井段

HY-1井井型为直井，是鄂西地区红星区块首口页岩气探井。茅口组3500～3600m井段岩性为页岩，该段页岩顶部垂深3500m、底部垂深3600m、中部垂深3550m，在区域上为一段良好页岩气显示层，井壁存在易崩塌、垮塌和坍塌特征，这些井壁不稳定特征现场习惯统称为坍塌；综合录井地层压力检测显示地层呈正常压力变化，地层孔隙流体压力梯度FPG＝1.07MPa/hm，录井过程中捞取的岩屑样品存在明显掉块；测井曲线显示地层岩性密度DEN＝2.55g/cm

3500m处的地层坍塌压力P

3500m处的钻井液柱压力P

茅口组3500～3600m井段钻井液柱压力与地层坍塌压力差为－0.35～－0.36MPa，呈“坍塌负压”状态，钻井液密度小于地层坍塌压力梯度，造成钻井过程中井壁不稳定，存在井壁崩塌、垮塌和坍塌现象。井径测井曲线扩径现象也证实这一现象的客观存在。随后调整钻井液密度，由1.10g/cm

该实例证明，茅口组3500～3600m井段页岩的地层坍塌压力梯度PCG＝1.11MPa/hm，后续开发该层段页岩气层时水基钻井液密度Dw应不低于1.11g/cm

在上述红星区块HY-1井茅口组3500～3600m井段页岩地层坍塌压力预测研究的基础上，通过该区块HY-2、HY-3等12口井茅口组、吴家坪组防页岩坍塌最优水基钻井液密度窗口的探索试验，确定该区块水基钻井液密度最优推荐值为1.25g/cm