（情緒管理）隨鉆地層壓力

檢測

20XX年XX月

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第五節(jié)隨鉆地層壓力檢則

“正?！钡牡貙恿黧w壓力大致等于流體液柱中的靜水壓力。地層流體壓力有

時比靜水壓力高，有時比靜水壓力低。兩種“不正?！钡膲毫l件都能引起鉆井

事故，而工業(yè)生產(chǎn)中最為關(guān)心的是異常高壓，有時稱之為地質(zhì)壓力。

-、基本概念

1、靜水壓力(HydrostaticPressure)

靜水壓力是指單位液體重量與靜液柱垂直高度的乘積。與液柱的直徑和形狀

無關(guān)。

靜水壓力的計算公式如下：

式中Ph—靜水壓力，kg/cm2

d—鉆井液重量，g/cnN

H一垂直深度，m

2、帕斯卡定律(Pascal'sLaw)

帕斯卡定律闡述了靜止流體中任何一點上各個方向的靜水壓力大小相等。通

過流體可以傳遞任何施加的壓力，而不隨距離的變化而降低。

根據(jù)帕斯卡定律，靜水壓力在液柱中給定的深度上，作用于任何方向上。

3、靜水壓力梯度(HydrostaticPressureGradient)

靜水壓力梯度是指每單位深度上靜水壓力的變化量。這個值描述了液體中壓

力的變化，表示為單位深度上所受到的壓力。其計量單位是kgF/cm2/m。

錄井人員常用體積密度(g/cm3)來描述靜水壓力梯度，以便于同鉆井液密

度相對比。靜水壓力梯度的計算公式如下：

式中小—靜水壓力梯度，kg/cm7m

Ph—靜水壓力，kgf/cMP,,

一單位體積質(zhì)量，g/cnPH—

實際垂直深度，m0

應(yīng)用體積密度(g/cnP)時，靜水壓力梯度乩的計算公式如下：

式中用一靜水壓力梯度，g/cm3

4、地層孔隙壓力(PorePressure)

地層孔隙壓力是指作用在巖石孔隙中流體上的壓力。對于現(xiàn)場計算，孔隙

壓力與流體液柱的密度及垂直深度有關(guān)。

對于正常壓力系統(tǒng)的地層，給定深度的真實孔隙壓力等于液柱壓力與流體

流動的壓力損失及溫度效應(yīng)的總和。

計算孔隙壓力的公式為：

式中Pp一孔隙壓力，kg/cm2

ch一流體密度，g/cm3H

一真實垂直深度，m

5、地層孔隙壓力梯度(PorePressureGradient)

地層孔隙壓力梯度是指單位深度上地層孔隙壓力的變化量。

計算公式如下：

2

式中PFG一孔隙壓力梯度，kgF/cm

孔隙壓力梯度等于或接近于靜水壓力梯度時稱為正?？紫秹毫μ荻龋坏陀?/p>

靜水壓力梯度時稱為低壓異?？紫秹毫μ荻龋喎Q低壓異常：高于靜水壓力梯

度時稱為超壓孔隙壓力梯度，簡稱超壓。后兩種孔隙壓力梯度都稱為異?？紫?/p>

壓力梯度。同一地區(qū)，在不同的深度，可能會有幾種不同的孔隙壓力梯度，孔

隙壓力的上限通常等于上覆巖層的壓力。

6'上覆巖層應(yīng)力(OverburdenStress)

上覆巖層應(yīng)力是指覆蓋在該地層以上的地層基質(zhì)（巖石骨架）和孔隙中流

體的總重量所造成的壓力。在石油領(lǐng)域中，上覆地層應(yīng)力的數(shù)值可用與鉆井液

密度等效的壓力或壓力梯度表示。

上覆巖層應(yīng)力的計算公式為：

式中S—上覆巖層應(yīng)力，kg/cm2；

Pb一區(qū)間平均體積密度，g/cm3；

H—深度，mo

巖石的體積密度與巖石骨架的密度、巖石孔隙流體的密度以及巖石孔隙度

有關(guān)。

下面是有代表性的各種巖石、礦物和流體的體積密度：

表3-2常見巖石及液體平均密度

平均密度

物質(zhì)

g/cin：，

砂巖2.65

灰?guī)r2.71

白云巖2.87

硬石膏2.98

巖鹽2.03

石膏2.35

粘土2.7-2.8

淡水1.00

咸水1.03-1.2

石油0.8(平均)

對于給定巖層的體積密度用以下公式加以定義:

式中Pb一體積密度，g/cnP；

小一孔隙度，%;Pm

一巖石骨架密度，g/cm3：df

一孔隙流體密度，g/cm3；

7'上覆巖層壓力梯度(OverburdenPressureGradient)

上覆巖層壓力梯度是指單位高度上的上覆巖層應(yīng)力。其計算公式為:

2

式中PQBG—上覆巖層壓力梯度，kgf/cm/m；

S—上覆巖層壓力，kgf/cm2；L

一某段地層的厚度，

8、基巖應(yīng)力

當(dāng)一個固態(tài)的物體受到壓力時，在其中某一點上測得的壓力可能在不同的

方向上并不相同?；鶐r應(yīng)力這個術(shù)語就是用來描述固體物質(zhì)的壓力分布的c基

巖應(yīng)力的集中可以形成地層壓力異常，并在很大程度上影響了巖石破裂壓力。

巖層的破裂壓力又決定了油井的套管程序和允許使用的最大鉆井液密度。因此，

基巖應(yīng)力是在分析地層壓力異常成因及參數(shù)分析計算時不可忽視的因素。

9、正常地層壓力(NormalFormationPressure)

正常地層壓力是由所在地層以上的所有流體所施加給該地層的壓力。上覆

巖層壓力全部由巖石骨架所承擔(dān)，地層流體僅承載上覆孔隙液體的壓力。

因為水是巖石中普遍存在的流體，一個給定深度的正常地層壓力是地層水

密度的函數(shù)。地層水密度主要與地層水礦化度有關(guān)。

10、異常地層壓力(AbnormalFormationPressure)和壓力異常(Pressure

Anomalies)

異常地層壓力(AbnormalFormationPressure)是指地層流體壓力大于或小

于計算所得的靜水壓力。

壓力異常(PressureAnormalies)是指任何地層流體液柱高度或密度與井

眼中的流體液柱的差異所作用的結(jié)果。從技術(shù)上講：壓力異常是“正?！钡貙?/p>

流體壓力，它與異常地層壓力對井眼的效應(yīng)是相同的。

對于任何異常地層流體高壓，部分上覆地層載荷已經(jīng)從巖石骨架轉(zhuǎn)移到了

地層流體中。如果鉆井液的壓力低于地層流體壓力，就會發(fā)生流體溢出，直到

壓力平衡為止。這種流體溢出就是通常所說的井涌（KICK）。

11、當(dāng)量鉆井液循環(huán)密度（ECD-EquivalentCirculationDensity）

當(dāng)量鉆井液循環(huán)密度（ECD）是相當(dāng)于井底循環(huán)壓力（BHCP）的鉆井液密度。

井底循環(huán)壓力等于鉆井液的靜水壓力加上以實際鉆井液流速在環(huán)空中損失的壓

力（△Pann）o

12、壓差（DifferentialPressure）

壓差（△P）是井底計算壓力和地層壓力之間的差值。

即

式中AP一壓差，kgf/cm2；1需

一計算井底壓力，kgf/cm2；PF

一地層壓力，kgf/cm2o

△P是在現(xiàn)場鉆井活動中與其它許多活動有關(guān)的重要參數(shù)之一。

如果AP是負(fù)值（R：>PBHC），可能會產(chǎn)生如下結(jié)果：

①來自地層的油氣侵入井眼。

?鉆速（R0P）加快。

③非滲透巖層坍塌。

④滲透性巖層發(fā)生井涌。

⑤軟巖層出現(xiàn)井眼跨塌。

如果AP的值接近于零(PF=PBHC)，可能會產(chǎn)生如下結(jié)果：

①巖屑中有較好的氣體顯示。

?由于循環(huán)暫停和鉆桿的運動，鉆井液柱壓力下降，出現(xiàn)起下鉆氣

體顯示。

如果AP是正值(PFVPBHC)，可能會產(chǎn)生如下結(jié)果：

①鉆速(ROP)降低。

?由于鉆井液對地層的沖洗，滲透層的氣體顯示較差。

③由于鉆井液對地層的沖洗，電測響應(yīng)差。

④使鉆井中的固體物質(zhì)注入地層孔隙中，儲層被破壞。

⑤可能從地層已有的裂縫中發(fā)生井漏。

在大多數(shù)鉆井條件下，AP必須大于零。這樣做雖然會導(dǎo)致鉆速小于最優(yōu)

鉆速，但可以使鉆進(jìn)過程中井涌發(fā)生的可能性變得最小。更為重要的是，有一

個較小的正壓力差，可以補償起下鉆時的抽汲壓力降。

13、地層破裂壓力(FormationFractureResistance)

地層破裂壓力或地層抗破裂壓力，是將地層壓裂所需要的液柱壓力。地層

破裂壓力是石油工業(yè)上研究最多的課題之一。油井開采中常常故意壓裂儲層巖

石以增加低滲層的產(chǎn)量。但是，鉆井過程中發(fā)生的地層巖石被壓裂破碎卻可能

引起嚴(yán)重的問題，甚至可以使油井報廢。

當(dāng)鉆穿異常高壓帶時，鉆井人員必須提高鉆井液的密度以平衡地層流體壓

力。可是，鉆井液的循環(huán)壓力卻不能大于井眼中最弱的巖層的破裂壓力。

對應(yīng)于不同的深度，把一口設(shè)計井的所有的破裂壓力值繪成一幅曲線圖，

用來描述破裂壓力梯度。破裂壓力梯度可以：幫助我們確定下技術(shù)套管的深度,

確定控制井涌時的最大環(huán)空壓力，實施增產(chǎn)措施時，控制人工破碎儲層的壓力。

大多數(shù)情況下，在一個給定的裸眼井中，最軟的巖層往往是位于最后i層

套管鞋下面的第一個滲透層。如果鉆井液壓力大于破裂壓力，該巖層就會發(fā)生

井漏。井漏的發(fā)生又可能導(dǎo)致在漏失層的下部負(fù)壓差的出現(xiàn)，可能引發(fā)井涌或

井噴。因此，就限定了有一個極限的深度，即在沒有下入另一層套管的情況下，

在異常壓力帶可以鉆達(dá)的最大深度。

14、泄漏試驗(Leak-OffTest)

地層泄漏試驗是在現(xiàn)場確定裸眼井段允許使用的最大鉆井液密度的一種試

驗方法。在新下入套管位置以下鉆入兒米，由鉆井施工人員進(jìn)行測試。如果在這

之下沒有更高滲透率的巖層存在，這部位就是最軟的部位。測試的結(jié)果，轉(zhuǎn)換成

相應(yīng)的鉆井液密度，從而確定該層位在不發(fā)生井漏的情況下允許使用的最大的鉆井

液密度。

作業(yè)公司通常僅在一個新區(qū)的最先打的幾口井才作泄漏試驗。這項測試應(yīng)當(dāng)

在下入套管的堅硬地層以下的第一個孔隙地層里進(jìn)行。測試包括在地面關(guān)井，然

后加壓，至到鉆井液開始注入地層。

典型的漏失測試包括如下步驟:

⑴下套管固井后，下鉆循環(huán)，試壓，再鉆穿套管鞋，鉆入套管鞋下面新的

地層最少3米。

(2)起鉆到套管鞋。

(3)使鉆頭位于套管鞋深度，停泵，使鉆井液靜止，關(guān)閉方鉆桿旋塞及防噴

器(環(huán)空及鉆桿防噴器心子)。

(4)使用固井設(shè)備從節(jié)流管線緩慢地向井眼環(huán)空注入鉆井液。注鉆井液過程

中注意壓力的變化以及注入鉆井液的體積。

(5)在鉆井液開始擠入地層之前，壓力的增加基本上是呈線性的。開始脫離

線性變化那一點的壓力就是漏失壓力。

(6)繼續(xù)注入鉆井液后壓力曲線變得平緩，至到壓力不再增加。在壓力不變

的那點上，就開始向地層孔隙和裂縫中注入鉆井液。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的那點的壓力就

是注入壓力。

(7)到達(dá)注入壓力點，立即停泵，關(guān)閉節(jié)流管線，注視壓力的變化。正常情

況下，關(guān)閉壓力將下降，到達(dá)一個略高于漏失壓力的平衡點。該平衡點上的壓力叫

做放壓壓力。

應(yīng)監(jiān)控測試過程中注入的鉆井液的量以及放壓以后回收的鉆井液量；損失部

分或全部鉆井液意味著地層的漏失或固井失效。

(8)維持放壓壓力幾分鐘以確保沒有巖層破裂發(fā)生。

(9)如果放壓壓力保持不變，打開節(jié)流閥排出剩余壓力，鉆井可繼續(xù)進(jìn)行。

測試結(jié)果可能很難解釋。偶爾，軟地層可能完全漏失，操作者必須進(jìn)行處理才能繼

續(xù)鉆進(jìn)。記住，井漏發(fā)生處是整個垂直井深中最弱的點(常常位于套管鞋下)不

一定是井底。

漏失壓力確定了漏失點的井底壓力，據(jù)此可以確定所允許使用的最大鉆井液

密度(ECD)o

圖3—24地層泄漏試驗壓力演變圖

漏失井底壓力：

2

式中PBH一井底壓力，kgf/cm；

d一鉆井液密度，g/cnP；H

一垂直深度，m；PLOT一

漏失壓力，kgf/cm2o

最大允許使用的鉆井液密度(dmax)：

泄漏試驗有可能會引起地層完全破裂，因此，有時使用一種新的測試方法,

即所謂的地層完整性測試(FonuationIntegrityTest)或者叫地層注入測試

(FIT-FormationIntakeTest)來代替地層泄漏試驗。在FIT測試中,鉆井

人員對套管鞋以下地層施加一個稍微比估計破裂壓力小的壓力。如果在該壓力下

沒有井漏發(fā)生，測試就算成功。FIT測試有一個缺點就是不能測出真實的漏失

壓力。如果在鉆井過程中鉆井液密度必須提高到FIT限定的密度值以上時,

有可能引起井漏。

綜合錄井應(yīng)用軟件中i般均配備有泄漏試驗程序，它可以實時地監(jiān)控和記

錄測試壓力。測試數(shù)據(jù)可以根據(jù)時間、體積、以及體積和時間進(jìn)行回放。測試

結(jié)果可以被打印出來，作為生產(chǎn)報告的一部分。

二、異常地層壓力的成因

異常地層壓力可能比靜水壓力高或者低，但是在石油和天然氣勘探開發(fā)中

人們最關(guān)心的是異常高壓。

有很多地質(zhì)過程影響壓力的形成，大多數(shù)的異常壓力可能是由下列諸多因

素的相互作用引起的：壓力“封閉層”、壓實作用、大地構(gòu)造效應(yīng)、成巖作用、

溫度效應(yīng)、流體密度效應(yīng)、流體運移效應(yīng)等。對一個特定地區(qū)的異常壓力條件

可能是由以上兒個因素的結(jié)合引起的。

1.壓力"封閉層"(Pressure"Seal")

壓力“封閉層”的作用是限制地層流體從高壓區(qū)向低壓區(qū)的運移或壓力的散失。

壓力“封閉層”是形成地層壓力異常的必要條件,

壓力“封閉層”類型包括：

(1)低孔隙度巖石的沉積，如致密的碳酸鹽巖、巖鹽、石膏或硬石膏、粘土

巖或頁巖。

⑵鹽類或頁巖的刺穿構(gòu)造的形成。

（3）斷層在滲透性巖層中置入非滲透性巖層，限制了流體的流動。

（4）蓋層的厚度控制著由于漏失而使壓力達(dá)到平衡的總體時間。（5）

任何其它的阻止地層流體流動的物理或化學(xué)條件。

2.壓實作用（CompactionEffects）

在沉積作用過程中，大多數(shù)的沉積物含有一些水（自由水或結(jié)合水）。尤其

是海相的粘土物質(zhì)在掩埋時有高達(dá)80%的含水量。作用在沉積物孔隙水上的上

覆沉積物的重量（上覆壓力）隨著埋藏深度的增加而增加。

如果有一個向上排替水的運移通道，壓力就會維持正常靜水壓力。有時，

由于某種因素限制了地層的滲透性或者埋藏的速度超過了水被排擠出的速度。

這種情況下，壓實作用減慢，把部分其后沉積的固體物質(zhì)的重量施加到孔隙流

體中?？紫读黧w就會呈現(xiàn)異常高壓，見圖3—25。阻擋流體流動、減慢壓實作

用的因素就是壓力“封閉層”。封閉層（巖蓋）可能就在異常壓力巖層的內(nèi)部，

也可能位于流體流動方向的上部。

圖3—25地層壓實作用原理圖

（D、壓實趨勢

在許多地區(qū)海相粘土物質(zhì)的孔隙度隨著深度的增加按可以預(yù)測的趨勢減小。

許多地區(qū)，粘土孔隙度的減小呈一條指數(shù)曲線。

一種純粘土膠結(jié)的沉積物孔隙度曲線，繪制在半對數(shù)坐標(biāo)中，大致呈一條

直線。這條曲線形成一種壓實趨勢，可以用它來預(yù)測在任何深度上同種沉積物

的孔隙度(或密度)。根據(jù)趨勢線的偏差，可以很容易地看出“正?！笨紫抖惹?/p>

線上的變化量。不同地區(qū)有各自的壓實趨勢，它是應(yīng)力、溫度和化學(xué)作用的綜

合影響的結(jié)果，見圖3—26。

圖3-26頁巖壓實趨勢圖

(2)、壓力過渡帶(TransitionZone)

在巖石層序中若包含有厚層的海相頁巖，來自滲透層異常高壓帶的流體可

以滲透到上覆頁巖中去。從靜水壓力到異常壓力隨著深度的變化形成了一個過

渡帶，見圖3-27o

如果粘土膠結(jié)的沉積物中包含有一個異常高壓帶，那么該帶的孔隙度比同

樣深度的正常壓實地層的要高。因此，把與孔隙度相關(guān)的參數(shù)，繪制在半對數(shù)

坐標(biāo)紙上，可能表現(xiàn)為背離沉積趨勢線上的一個過渡帶。趨勢線的變化可能是

突變的，也可能是漸變的，這與壓力“封閉層”的類型和壓實作用有關(guān)。

圖3-27過渡帶原理

鉆井過程中及時發(fā)現(xiàn)和識別壓力過渡帶是實現(xiàn)地層壓力預(yù)測的前堤。壓力

過渡帶是對下部地層壓力異常的預(yù)警。

異常壓力地層并不總是有過渡帶。在許多地區(qū)，由于粘土或頁巖層太薄或

者同其它沉積物混雜或者由于壓力蓋層可能是一個斷層或者是非滲透性的巖層

等原因，過渡帶很薄或者并不存在。

3.構(gòu)造因素

在構(gòu)造作用活動區(qū)域，構(gòu)造因素?zé)o疑是異常壓力形成的主要原因。由于現(xiàn)

場資料的缺乏，構(gòu)造作用效應(yīng)很難定量化。

(1)、正常壓實地層的抬升

地殼上升力和地表侵蝕力的共同作用，可以把埋臧在深部的巖層抬升到近

地表。如果在抬升和侵蝕過程中有某種因素限制了流體的運移，該地層就會由

于深度因素而形成異常高壓。

壓力梯度的大小與埋藏深度和抬升量有關(guān)。抬升量相同時，埋藏深度越淺

壓力梯度越高。圖3-28顯示了不同抬升深度的效果。

圖3-28地層抬升過程形成異常壓力的原理

(2)、應(yīng)力場的變化

構(gòu)造活動導(dǎo)致了區(qū)域應(yīng)力場力的大小和方向發(fā)生變化。構(gòu)造應(yīng)力和上覆應(yīng)

力影響著沉積物沉積的速度和巖石固化的速度。

在特定的沉積物中，構(gòu)造應(yīng)力的聚集比流體的排替速度快，就出現(xiàn)流體超

壓。在披覆構(gòu)造中，上覆非滲透性沉積物的快速堆積可能引起極度的超壓層的

出現(xiàn)。

圖3-29壓力“橋”的概念

構(gòu)造力有利于維持超壓。流體壓力比上覆壓力高時，可能引起流體壓裂地

層和上覆巖層的抬升。但是如果上覆巖層是致密的（如白云巖），構(gòu)造應(yīng)力就可

以幫助建立一個壓力“橋”使上覆巖層固定在一個適當(dāng)?shù)奈恢蒙希▓D3-29）。

局部來講，壓力的“橋”是一個蓋層。在少數(shù)地區(qū)，地層流體壓力可以比上覆

巖層壓力高出40%o

（3）、斷層和斷裂

對于地層流體壓力，斷層可能有幾個不同的效應(yīng)，這與斷層的位置和類型

有關(guān)（圖3-30）:

1）正斷層往往是開放的、形成有效的流體通道。當(dāng)儲層斷開與非滲透層接觸

時可形成有效的摭擋。

2）逆斷層往往是關(guān)閉的、形成有效的遮擋物，尤其是在周圍地層發(fā)生變化的

情況下。

3）節(jié)理是一種位移很小或沒有位移的斷裂，往往是有效的流體通道。但在塑

性地層（鹽巖、粘土、硬石膏等）中的斷裂能產(chǎn)生一定的封閉作用。

圖3-30封閉斷層對異常壓力分布的影響

（4）、刺穿作用

鹽丘對上覆巖層的侵入（刺穿）可以導(dǎo)致鹽丘的頂面和側(cè)面形成異常地層

壓力（圖3-31）。刺穿作用給鹽丘周圍的圍巖施加應(yīng)力，非滲透性的天然鹽限

制了流體的運移。

圖3-31鹽丘刺穿造成的異常壓力效應(yīng)

4.成巖作用

成巖作用是使巖石礦物在地質(zhì)過程中發(fā)生化學(xué)變化的過程。粘土膠結(jié)的沉

積物和一些蒸發(fā)巖沉積物，經(jīng)過成巖作用形成正常壓實地層。

石油和天然氣的生成也是一個成巖作用過程。從固體有機質(zhì)轉(zhuǎn)變成液體或

氣體的碳?xì)浠衔锸蛊涿芏葴p小、體積增大，在封閉或半封閉環(huán)境中可以形成

超高壓。

（1）、粘土的成巖作用

粘土礦物微觀上呈片狀，極易結(jié)合水（吸咐水）。水在粘土物質(zhì)中存在的形

式有自由（孔隙）水利層間（結(jié)合）水。

沉積過程中，蒙吒石（微晶高嶺土）可能含有50-80%的自由水和層間水。

可以有多達(dá)十個夾層的層間水。

根據(jù)貝斯特（Burst）脫水模型（1969）,隨著埋藏深度的增加，蒙托石經(jīng)

過三個階段的脫水，最終形成伊利石。如果這些脫出的水的運移受到限制，隨

著釋放出來的水的體積的增加，有可能產(chǎn)生異常壓力。

（2）、從石膏轉(zhuǎn)變成硬石膏和水的成巖作用

石膏（CaS0,-2H20）在被埋藏以后，很快脫水轉(zhuǎn)變成硬石膏（CaSO.）o轉(zhuǎn)變

的深度（大約為600m）隨上覆壓力、地溫梯度、原始含水飽和度而有所變化。

轉(zhuǎn)變過程使固體物質(zhì)的體積減小了38%,但是總的體積卻增加了，這是由

于壓實過程中釋放出來了結(jié)合水。在硬石膏層與束縛水的循環(huán)形成的結(jié)合帶可

能形成異常高壓。

（3）、碳?xì)浠衔锏某蓭r過程

碳?xì)浠衔锏男纬梢彩且粋€成巖過程，并可能引起超壓的形成，尤其是在

該過程產(chǎn)生自由氣體時更是如此。在淺層（小于250m）,細(xì)菌作用使沉積物中

的有機質(zhì)腐敗，產(chǎn)生生物沼氣。由于缺乏非滲透性的蓋層，氣體會向地表擴散。

但是在有些地區(qū)，可形成淺層氣，鉆遇這種淺層氣是淺層鉆井的主要災(zāi)害（

隨著埋藏深度增加，有機物質(zhì)的化學(xué)“裂解”形成碳?xì)浠衔铮瑫r使重

燒裂解形成輕煌。燒分子數(shù)量的增多意味著它將會占據(jù)更多的空間。很明顯，

在半封閉的環(huán)境中的含煌帶地層壓力將會升高。

燒類油臧容易產(chǎn)生壓力異常，尤其是在有大量氣體存在時更是如此。

5、溫度效應(yīng)

沉積物的重力載荷往往會使沉積物內(nèi)部的溫度升高。另外，在埋藏時形成

的地溫梯度，隨著沉積物總體密度的不同而有所變化。在溫度升高時，水的體

積略有增大。這就意味著地層水的溫度對異常壓力也有影響。

由于溫度對成巖作用的影響，那么溫度就是影響異常壓力的一個間接因素。

沉積物埋藏過程中，壓實效應(yīng)和溫度效應(yīng)都有助于在被蓋層隔離的含水沉

積物中產(chǎn)生的異常流體壓力。

6、流體運移效應(yīng)

流體運移效應(yīng)包括鉆開的巖層與超壓層的聯(lián)通以及地層流體等勢面的差異

造成的壓力異常，如圖3-32所示。

圖3-32不同壓力系統(tǒng)聯(lián)通的實例

在低于含水層等勢面的地面上鉆井，當(dāng)鉆入含水層時，使用“標(biāo)準(zhǔn)”密度

的鉆井液也會導(dǎo)致井涌或井噴，（圖3-33）o

圖3-33從等勢面產(chǎn)生的壓力異常實例

三、隨鉆地層壓力的檢測工作程序

聯(lián)機工程師有以下四點主要義務(wù)：

1、通過對鉆井中獲得的測量參數(shù)進(jìn)行分析對比，確定或調(diào)整估計的地層流

體壓力值。

2、通過利用鉆井階段的實測資料，確定或調(diào)整地層破裂壓力值。

3、幫助現(xiàn)場鉆井人員優(yōu)選使用鉆井液密度及其它常規(guī)井控所需要的參數(shù);

定期或經(jīng)常同用戶交流壓力信息。

4、一旦發(fā)現(xiàn)地層壓力異常的信息，及時處理，減小二次井控的風(fēng)險和投資。

在進(jìn)行隨鉆地層壓力評價時，在不同的鉆井階段應(yīng)做的工作如下:

1、開鉆前收集與壓力有關(guān)的資料數(shù)據(jù)

鄰井的電測井資料(聲波和補償?shù)貙用芏葴y井)；

鄰井的隨鉆錄井圖；

鄰井的地層壓力或綜合錄井圖；

地震壓力預(yù)測圖；

鄰井完井報告。

2、錄井前準(zhǔn)備

(1)、使用壓力圖以預(yù)計該地區(qū)‘正?！貙訅毫μ荻纫约爱惓毫У捻敳?/p>

位置。

(2)、檢查綜合錄井圖和完井報告，尋找異常壓力信息、可能的漏失帶、可

能引起壓力評價困難的地質(zhì)條件(碳酸鹽巖/蒸發(fā)巖帶、不整合、斷層等)C

(3)、如果有該區(qū)域壓力梯度數(shù)據(jù)，應(yīng)計算出設(shè)計井中到第一個套管鞋位置的

壓力梯度。如果是在海上還要包括水深和空氣間隔的計算。

(4)、如果有當(dāng)?shù)氐牟此杀认禂?shù)，應(yīng)估計設(shè)計井到第一個套管鞋深度的破裂壓

力梯度。

(5)、如果沒有當(dāng)?shù)氐挠糜谟嬎闵细矇毫推屏褖毫μ荻鹊挠嘘P(guān)系數(shù)，分析

巖性錄井圖以確定開始鉆井應(yīng)該使用的合適的軟地層或硬地層系數(shù)。

(6)、參考施工井的鉆井設(shè)計，明確鉆井計劃以及出現(xiàn)異常壓力的可能深度。

(7)、在海上，如果實際的水深和空氣間隔與設(shè)計值不符時，重新計算上覆

壓力梯度。

(8)、同地質(zhì)監(jiān)督和用戶商討，確定對壓力報告的要求：系統(tǒng)單位、錄井圖

比例、每天匯報時間以及當(dāng)壓力參數(shù)變化時應(yīng)該向誰匯報等。

(9)、選擇壓縮深度比例(1/5000或更小)繪制所有與壓力相關(guān)的錄井圖，

以便于確定趨勢線和允許進(jìn)行校正處理。

3、鉆井過程中應(yīng)做的工作

⑴、根據(jù)設(shè)計井區(qū)的地質(zhì)特征，確定使用合適的地層壓力檢測方法，使用d

指數(shù)及Sigma指數(shù)的一種或兩種方法同時使用；使用最適合當(dāng)?shù)貤l件的工作方法;

盡可能進(jìn)行實時解釋。

(2)、對所有井段的純頁巖按采樣間隔測定頁巖密度。

(3)、通過背景氣的出現(xiàn)或消失、單根氣和起下鉆氣監(jiān)控壓差變化。

(4)、如果是定向井，在進(jìn)行解釋和提交給現(xiàn)場人員之前，重新按照定向井的

真實垂直深度計算壓力參數(shù)。

(5)、每天最少繪制出兩份綜合錄井圖和壓力檢測圖供地質(zhì)監(jiān)督和用戶查閱：

保證任何時候錄井圖都是及時繪制的。

⑹、如果出現(xiàn)井涌,使用關(guān)井鉆具壓力(SIDPP)來計算地層流體壓力。

(7)、要保證對所有錄井圖的及時備份，錄井房內(nèi)懸掛綜合錄井圖，以便于

快速查閱。

(8)、作好鉆井日志，記錄與壓力相關(guān)的事件，對專門的壓力評價過程和方法

要保持單獨的文件目錄，以便讓其它錄井人員參考。

4、在每次下套管時應(yīng)做的工作

(1)、收集聲波測井資料，以便重新計算各井段的上覆壓力梯度。

(2)、如果有重復(fù)地層測試器(RFT)的壓力值，使用它們來計算正常地層

流體壓力梯度。

(3)、當(dāng)鉆穿新的套管鞋時，如果有地層泄漏試驗數(shù)據(jù)的話，使用這些數(shù)據(jù)來

重新計算破裂壓力梯度和當(dāng)?shù)夭此杀认禂?shù)。

5、完井時應(yīng)做的工作

(1)、使用電測井資料(聲波、RFT等)重新計算上覆壓力系數(shù)、地層流體

壓力梯度和泊松比系數(shù)。

(2)、應(yīng)用中途測試(DST)的初始關(guān)井壓力(ISIP)值來對地層流體壓力

梯度進(jìn)行重新計算。

(3)、使用校正后的參數(shù)，作出最終的綜合錄井圖和壓力錄井圖。

(4)、評價在該井中使用的壓力評價方法的經(jīng)驗及教訓(xùn)，并在完井報告中反

映出來。

(5)、把遇到的任何特殊情況，使用新的壓力檢測方法或其它事項告訴當(dāng)?shù)赜?/p>

田基地，以便能夠幫助他們今后改進(jìn)在該地區(qū)的鉆井服務(wù)。

四、"d"指數(shù)地層壓力檢測法

1'd指數(shù)來源和基本計算方法

鉆速(ROP)受巖石體積密度和壓差的影響。欠壓實地層的體積密度比該深

度下的預(yù)計密度要小,因此，鉆速是異常壓力的重要標(biāo)識。

但是鉆速方法是壓力檢測中的不可靠的方法。所有類型的地面和井下參數(shù)

都對鉆速的變化產(chǎn)生影響，比如，很難區(qū)分出是壓實效應(yīng)，還是由于鉆壓的變

化引起的鉆速變化。

在鉆頭和地層表面的一個復(fù)雜的交互面上受地層可鉆性的影響。為計算方

便，地層可鉆性由賓漢(Bingham)(1964)給出的一個鉆進(jìn)速度方程來定義：

式中R一鉆速，ft/min；

N一轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，r/min；

W—鉆壓，p；

D一鉆頭直徑，in.；a

一巖性常數(shù)，無量綱；

d—壓實指數(shù)，無量綱。

約翰(Jordan)和希爾利(Shirley)(1966)省略了巖性常數(shù)'a',并用其

它經(jīng)驗常數(shù)來解決賓漢的'd'指數(shù)問題。

為了求解'd'指數(shù)，約翰和希爾利方程成為：

式中R一鉆速，ft/h；N

一轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，r/min；

W一鉆壓，kN；D

一鉆頭直徑，cm。

1971年由雷姆(Rehm)和邁克林頓(McClendon)第一次提出了校正的

指數(shù)(心)。鉆井液密度校正公式為：

式中d-'d'指數(shù)，無量綱；&

一校正'd'指數(shù)，無量綱；

5—正常靜水壓力梯度(等效鉆井液密度單位)，ppg；

cL一當(dāng)量鉆井液密度(ECD),ppg

Geoservices使用另一種校正版本的d指數(shù)，叫做dtSodcs與dc的不

同在于引入了一個鉆頭磨損系數(shù)。而大多數(shù)的泥漿錄井公司使用&指數(shù)(校正

鉆井液密度或ECD)進(jìn)行壓力計算。在API單位制下必方程是：

式中R一鉆時，min/ft；W

一鉆壓，lbs；N—

轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，r/min；I)一鉆

頭直徑，in.of(Z)一鉆頭

磨損系數(shù)，無量綱；

5—正常靜水壓力梯度(等效鉆井液密度單位)，ppg；

由一當(dāng)量鉆井液密度或ECD,ppgop

—鉆頭類型指數(shù)，無量綱；

下表顯示指數(shù)值和與之對應(yīng)的IADC值：

IADCb指數(shù)

10.6

20.5

30.4

40.3

50.2

60.1

0

國內(nèi)常用de計算公式如下:

式中在一校正d指數(shù)值，無量綱；

RPM一轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，r/min；

ROP—鉆時，m/min；

NOB一鉆壓，kN；

Db一鉆頭直徑,mm；

&一正常液壓梯度，g/cnP；

ECD一當(dāng)量鉆井液密度，g/cm3o

2、八及其解釋

在正常壓實頁巖中，在半對數(shù)坐標(biāo)上繪制出八一井深圖，描述了壓實作用

增加的一種線性趨勢（”n）。該圖與頁巖密度圖用似。雖然在地質(zhì)情況清楚的地

區(qū)可以使用標(biāo)準(zhǔn)的趨勢線，但是地質(zhì)專家還是繪制出了對于每個地區(qū)的經(jīng)驗趨

勢線（圖3—34）。

為了確定趨勢線，聯(lián)機工程師必須選擇具有代表性的純頁巖的cL值。通常，

有代表性的巖性層段必須大于150m。選擇井段的起始井深的平均值和終止井深

的平均值將作為計算（L的基本值。然后聯(lián)機工程師就可以計算出曲線的斜度系數(shù)

和趨勢線的偏移量。

趨勢線的斜度a:

偏移量系數(shù)b：

式中乩一上部九值的深度；

乩一下部九值的深度；

deni一上部d（n值；

“n2一下部值。

圖3-34den趨勢線的確定概要圖

如果選擇井段具有不間斷的壓實史，趨勢線將延伸到具有基值的井段以上

或以下?？梢杂米饔嬎銠C計算和地層壓力評價，趨勢線上的任何一點上的位置

都可以通過下式計算：

式中H一目標(biāo)層深度，mo

一般地說，整口井的斜率有一固定值，而偏移量隨著鉆井過程的進(jìn)行而不

斷變化。在純頁巖層中，&S值變到den趨勢線左邊表示有欠壓實或負(fù)壓差過

渡帶的存在。而den的值向右偏移，說明是中性的或正壓差，或“超壓實”，比

如蓋層帶。

通常，砂巖的孔隙度比頁巖的平均孔隙度要高。因此，鉆穿砂巖層時，由

于與壓實作用有關(guān)的原因，可能導(dǎo)致des趨勢線向左偏移（參見圖3—35）。通

過CL對砂巖地層壓力計算可能出現(xiàn)錯誤的超壓值。為了消除這個問題，引入了

一個“砂巖線”截斷法。

圖3—35八隨鉆頭、底部鉆具組合特征變化示意圖

注意了解des和den之間的關(guān)系。當(dāng)在斜井計算&S時，特別注意要根據(jù)實

際垂直井深（TVD）而不是測量井深來計算出八值和壓實趨勢線。另外，有兒

個與鉆頭和地層有關(guān)的因素可能使des/den的值發(fā)生偏移。

圖3-35顯示是如何隨鉆頭、底部鉆具組合特征而發(fā)生變化的，這即使

采用了鉆頭磨損系數(shù)校正因子時也是如此。當(dāng)井眼直徑、鉆頭類型、鉆具組合

和水動力發(fā)生變化時，兒的值也會隨著發(fā)生偏移。

圖3—36顯示人是如何隨地層條件發(fā)生變化的。在頁巖段，通過適當(dāng)?shù)慕忉?

計算往往是理想的。例如，在淺井鉆探中，未固結(jié)的巖層可能產(chǎn)生錯誤的cL值。在

這樣的地層，鉆頭主要的作用是介于對鉆井液的噴射和牙輪的沖擊之間。

鉆穿不整合面時，由于壓實趨勢的間斷，引起值向右偏移。而趨勢線斜

率（在對數(shù)坐標(biāo)上）應(yīng)該維持不變。

砂質(zhì)泥巖層的值可能不可靠。巖層中的孔隙度的變化可能導(dǎo)致錯誤的den的

值。

非頁巖層提供的結(jié)果也是不可靠的。砂巖帶的鉆進(jìn)速度比頁巖帶快，因此，

心的值主要是向左偏移。而碳酸鹽巖提供分散的、錯誤的值。

有時聯(lián)機工程師必須手工移動des和den曲線，以使它們維持適當(dāng)?shù)年P(guān)系。

如果原來的偏移明顯地是由于鉆頭變換和地層的不整合造成的，那么只需移動

九或%其中之一。不要用相關(guān)的偏移量對其它任何地層的'd'指數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

對于某種類型的地層，計算是非常有用的（比如在壓實頁巖層），但是

公認(rèn)僅僅憑它卻不能斷定異常壓力層。應(yīng)該結(jié)合其它與壓力相關(guān)的參數(shù)，并仔

細(xì)檢查計算機處理的心值，以便得出更加準(zhǔn)確判斷。

圖3-36由于地層條件而引起的cU的變化

3、上覆壓力計算

根據(jù)壓裂試驗數(shù)據(jù)、聲波測井?dāng)?shù)據(jù)、密度測井?dāng)?shù)據(jù)等計算上覆巖層壓力梯度、基

巖應(yīng)力系數(shù)和波松比。并回歸出上覆巖層壓力梯度與井深、基巖應(yīng)力系數(shù)與井深的

曲線方程。

(1)基巖應(yīng)力系數(shù)K

式中Gp一地層孔隙壓力梯度,g/cm3；

G,一上覆巖層壓力梯度,g/cnP；

Gf—地層破裂壓力梯度,g/cM。

式中PM一井內(nèi)泥漿容度,g/cm3；

Pi一地層漏失時立壓,kPa；

H-井深，叱Hh

一海床深度,m；乩一

海水深度,mo

(2)上覆巖層壓力梯度G0

式中Pb—地層密度,g/cm3；

△H一井深間隔,m；

H一井深，m。

式中Pm—基巖密

度,g/cm3；At1一地層聲波

時差，us；△0—基巖聲

波時差，Us；Atf一泥漿聲

波時差，USo

（3）上覆巖層壓力

上覆巖層壓力和波松比的計算是根據(jù)初始給定數(shù)據(jù)和公式。

1）上覆巖層壓力

式中H一垂深，m；A,

B,C一系數(shù)。

法國GEOSERVICES公司推薦值為：

硬地層：A=0.0334；B=-0.3439；C=2.9986

軟地層：A=0.0301；B=-0.3278；C=2.9015

（4）波松比U

根據(jù)輸入的波松系數(shù)首先求基巖應(yīng)力系數(shù)K

式中K.“KB—系數(shù)，推薦值為:

硬地層:KA=0.354；KB=-3.1846

軟地層：KA=0.266；KB=-2.351

波松比：

4、地層壓力計算

（1）正常壓力層

當(dāng)de指數(shù)曲線位于左邊界右側(cè)時，則認(rèn)為該地層為正常壓力層，地層壓力

等于正常的地層液壓梯度，根據(jù)地區(qū)不同一般在0.97T.06g/cm3。即

式中P『一地層壓力系數(shù)。

（2）滲透性地層

當(dāng)de指數(shù)曲線位于砂巖線左側(cè)時，則認(rèn)為該地層為滲透性地層，該段地層

壓力繼承上覆欠壓實地層的地層壓力。即

式中PFR一上覆地層壓力系數(shù)。

（3）欠壓實地層

當(dāng)de指數(shù)曲線位于左邊界與砂巖線之間時，則認(rèn)為該地層為欠壓實地層,

根據(jù)de指數(shù)計算地層壓力:

5、地層破裂壓力計算

式中Frac一地層破裂壓力。

6、地層孔隙度計算

de指數(shù)在砂巖線左時

de指數(shù)在砂巖線右時

式中一地層孔隙度，％。

Pv—泥頁巖體積密度，g/cm3；

Pmx一基巖密度，g/cm3o

五、Sigma錄井

1、Sigma錄井的來源

Sigma錄井是另一種地層壓力評價方法，是在二十世紀(jì)七十年代中期，由

意大利石油公司AG1P在坡(P。)山谷鉆探時提出來的。在不連續(xù)的砂泥巖層或石

灰?guī)r層中，從‘d'指數(shù)計算出的壓力數(shù)據(jù)不可靠，并且很難建立一條連續(xù)的壓

實趨勢線。另外，'d'指數(shù)的計算也不能直接補償壓差的變化，而壓差對井眼

的沖洗和鉆速的影響都是非常大。Sigma錄井對這些參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)選，并成功

地運用在全世界的粘土質(zhì)地層錄井中。

另外，用戶可以對用作壓力計算的不真實的高值或低值進(jìn)行處理。該項功

能對應(yīng)于用來計算'd，指數(shù)的‘砂巖線'。

'd'指數(shù)的趨勢線變換是對連續(xù)地層鉆井參數(shù)進(jìn)行補償，而Sigma指數(shù)變換

是對混合型的粘土質(zhì)地層的鉆井參數(shù)進(jìn)行補償，趨勢線一般的斜率為0.088,它被

證實在歐洲和北海地區(qū)都是正確的。其它的地區(qū)可能需要不同的斜率值，用戶

可以對斜率值進(jìn)行修改。

2、原始Sigma(s)

基本的Sigma計算包括兩個部分。第一部分關(guān)于巖石的可鉆性的確定；第

二部分關(guān)于壓差的影響。

首先,需確定原始Sigma（。J值，它是無量綱的:

式中WOB—鉆壓，t;RM

一轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，r/min；

以一鉆頭直徑，in；R（＞,＞

一鉆速,m/ho）

不同參數(shù)之間的關(guān)系是經(jīng)驗性的。在理論上講，在同樣的深度鉆穿相同的

巖層，除不同的鉆壓、轉(zhuǎn)速、鉆頭直徑和鉆速外，'。J的值對于兩個同類鉆

頭應(yīng)該相同。在實際運用中，由于鉆井參數(shù)的不斷變化，可能引起值的

一些變化。

3、對淺層井眼條件下校正后的原始Sigma值（atl）

當(dāng)把‘?！沟闹祵?yīng)于井深繪圖時，有大量的的點比平均值大或

小。這在淺井中尤為明顯。正因為如此，計算中使用了一個校正系數(shù)計算調(diào)整

后的原始Sigma值（?！埃?/p>

式中L一井深，m0

一般說來，當(dāng)值（o.Wl）時代表砂巖，當(dāng)值（。門＞1）時代表頁巖。

4、“井眼清洗系數(shù)‘（/?）

變量'n'是地層孔隙度和滲透率的函數(shù)。當(dāng)井底壓差為正值時，巖石的孔

隙度和滲透率確定巖層內(nèi)部流體壓力何時才能與鉆井液壓力相等，反過來將影

響到巖屑能被鉆井液帶到地面的速度（“巖屑沉降效應(yīng)”）。因此，％，描述鉆

井液把巖屑從鉆頭上沖洗掉的效率。

的計算有兩種方法，這與'。廣的值有關(guān)：

如果，則

如果則

由此可見頁巖的值比砂巖大，頁巖層井眼清洗效率比砂巖的要低。

5、壓差的影響（尸*）

變量F*描述了壓差對地層可鉆性的影響。這里要有一個已知的對于每個目

標(biāo)層的壓差值。

實際的壓力差為：

式中AP—壓力差，kgf/cm；P

一鉆井液密度，kg/1；P,-

正常地層流體壓力梯度，kg/1；L

一深度，用。

PH的值是由局部地層流體的平均密度確定的。通常，由于缺乏對局部地層

信息的了解，操作員必須估計出P..o一般地說，‘AP'值的增加引起鉆速的減

慢，而'AP'的減小引起鉆速的加快。當(dāng)AP的值為零或接近于零時，鉆速最

大。鉆速相對于'AP'的變化是非線性的。

為了計算Sigma值，壓差的影響被描述為一個系數(shù)：'F*'。對于每個預(yù)計

深度，午*'滿足方程：

式中n一井眼清洗系數(shù)；

AP-壓差，kgf/cmo

6、真實Sigma（。）

真實Sigma（。。）值,也稱為“巖石強度參數(shù)”。計算公式如下:

式中。。一巖石強度參數(shù)

7、Sigma趨勢值（ar）

巖石強度參數(shù)（。。）可被繪制成一系列互相連接的點（圖3—37）。與'd'

指數(shù)不同的是，其橫坐標(biāo)是線性的。Sigma值的范圍從。到1。

圖3—37Sigma錄井圖（巖石強度參數(shù)）

的值在可鉆性增大時具有向左偏移的趨勢，而當(dāng)可鉆性減小時，具

有向右偏移的趨勢。發(fā)生偏移是由于巖石機械特性的變化（巖性或孔隙度），鉆

井參數(shù)的變化（主要是井眼直徑），或以上兩種因素影響造成的。

對于一個巖性相同的地層剖面，'。，的值隨著深度的增加而增大，為正

常壓實趨勢（。,）。巖性的改變，如從頁巖到的頁巖，或者鉆井參數(shù)的重大變

化，會引起值的突然偏移，接著從巖性或鉆井參數(shù)開始變化的下一點，

出現(xiàn)一個新的平均值。因此，當(dāng)出現(xiàn)巖性變化，井眼直徑或鉆頭類型變化時，

要對的值進(jìn)行偏移處理.，以使它同維持適當(dāng)?shù)年P(guān)系。

以下方程描述了趨勢線在每個點的位置：

式中L一井深，m；

B一井深為零時的。t值，即坐標(biāo)截距，無量綱。

當(dāng)平均值變化時，'?！冠厔菥€也會變化.汴意：不要隨意改變'。

/趨勢線。

下列方程描述了趨勢線每一段的起始點：

8''標(biāo)準(zhǔn)化’的Sigma

對孤立的線段進(jìn)行重組，形成一條連續(xù)的趨勢線，而在趨勢線上的

每一點維持著同的聯(lián)系。圖3-38示范了這個原理。

圖3—38Sigma錄井圖的標(biāo)準(zhǔn)化處理

A-Sigma偏移錄井圖，B-沒有壓差補償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)化錄井圖

C-具有壓差補償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)化錄井圖

9、正常趨勢線上Sigma值

式中A,B—止常趨勢線的斜率與截距，可由初始化給定的兩點確定。

一般：A=0.088

10、Sigma地層壓力P/

若

則

11'Sigma破裂壓力

12'Sigma孔隙度

六、其它隨鉆地層壓力評價方法

除de指數(shù)、SIGMA值外，隨鉆錄井過程中，還有許多定性的可用于的地層壓

力檢測方法。在實際工作中，以de指數(shù)、泥（頁）密度、SIGMA值為主，參考巖性、

出口鉆井液溫度、氣測顯示等資料，確定地層壓力異常過渡帶和異常高壓地層

的位置；利用計算機綜合處理軟件確定地層壓力系數(shù)。

1、鉆速變化

鉆速（ROP）作為相對孔隙度的指示標(biāo)志。鉆速的確可能是一個異常地層壓

力的非常好的指示標(biāo)志，因為欠壓實地層的孔隙度比該深度預(yù)計孔隙度要高。

但是，許多因素可能使鉆進(jìn)速度發(fā)生變化。因此，鉆速又是一個不可靠的地層

壓力指示標(biāo)志。

鉆速隨著深度的噌加而減小。鉆速減小的主要原因是由于被鉆巖石的體積

密度的增加。頁巖和粘土顯示出明顯的壓實效應(yīng)。在正常壓實條件下，隨著深

度的增加，壓實作用增加，鉆進(jìn)速度或多或少會按照指數(shù)規(guī)律減小。

壓差對鉆速的影響較大。很難測量頁巖等非滲透性巖層中的孔隙壓力，然

而，通過不同的測試已經(jīng)顯示：當(dāng)出現(xiàn)負(fù)壓力差時，鉆速達(dá)到最大。

（1）、根據(jù)鉆速進(jìn)行井涌預(yù)報

通常進(jìn)入超壓帶的第一個標(biāo)志就是進(jìn)入滲透層前的鉆速加快。而鉆速加快

通常是進(jìn)入巖層孔隙度增加井段的標(biāo)志。該井段可能是油氣層，也可能是孔隙

度較大的異常地層壓力段。大多數(shù)石油公司要求司鉆在出現(xiàn)快鉆時「1.5米后，

立即停鉆，觀察鉆井液流量變化。

（2）、鉆速變化作為過渡帶的指示標(biāo)志

在異常壓力的頁巖段，位于該深度巖石是欠壓實的。在欠壓實段鉆速的增

大可能是由于負(fù)壓差造成的結(jié)果（圖3—39）。

圖3-39鉆速通過過渡帶時的變化

2、鉆井氣或抽汲氣

鉆井氣含量高低是壓差存在與否的有用的指示標(biāo)志。在地面上監(jiān)測出的氣體

可能有以下幾個來源（圖3—40）：在滲透層和非滲透層中鉆開的巖屑中釋放出

來的氣體；從井壁坍塌物和沖洗物中釋放出來的氣體；來自井眼周圍的含氣滲透性

地層、開放斷層和其它地層流體中有溶解氣的地層。

圖3—40被鉆開的氣體來源（福特，1976）

另外，由于地面的污染和不適當(dāng)?shù)拿摎饪赡茉黾訙y量出的碳?xì)浠衔锏牧?。?/p>

井人員應(yīng)該把每種來源的氣體作為平衡鉆井的指示標(biāo)志。氣體在井眼中聚集的

結(jié)果可以使鉆井液柱壓力減小，進(jìn)而使壓差減小。

0、鉆井液中氣體顯示效果

在正常鉆井過程中，地面監(jiān)控設(shè)備能檢測出一條相對平穩(wěn)的從鉆井液中脫

出的氣體曲線。這種背景氣可以顯示出由于鉆速、鉆井液流速和地層含燃量的

變化所引起的偶然變化。在正常鉆進(jìn)條件下，背景氣應(yīng)當(dāng)維持在該區(qū)域平均值

的±50%范圍內(nèi)。當(dāng)氣體鑒定設(shè)備正常運轉(zhuǎn)時，背景氣完全消失，是一個進(jìn)入低滲

透層或壓差過高的特征。

鉆達(dá)欠壓實層時背景氣含量增大，存在以下諸方面的原因：

1）高孔隙度導(dǎo)致地層氣體含量增加；

2）快速鉆進(jìn)增加了單位時間內(nèi)帶到地表的巖石的體積；

3）壓差降低，使氣體更多地從巖屑中擴散出來。

壓差是影響氣體全量大小的主要因素（圖3—41）。

圖3—41-壓差和氣體顯示

單根氣氣體峰是壓力近平衡的明顯標(biāo)志，抽汲是形成單根氣的主要原因。

鉆具上提時，同時也帶起了鉆井液，它減小了井底壓力。井底壓力的降低程度

和鉆桿運動速度、鉆桿直徑、環(huán)空直徑及鉆井液流變性能有關(guān)。抽汲有助于建

立一個負(fù)壓環(huán)境或者使負(fù)壓差加?。▓D3—42）。

圖3—42抽汲-沖擊效應(yīng)

接單根氣和起下鉆氣是由鉆井液柱壓力和地層流體的壓力不平衡引起的。

如果在鉆井液流動（循環(huán)）狀態(tài)下，壓差為零或接近零，如果停泵將引起負(fù)壓

差。地層中的氣體將會擴散到井眼中。

如果接單根氣隨時間變化而增大，表明可能進(jìn)入壓力過渡帶，并且現(xiàn)用鉆

井液密度已不能平衡地層壓力（圖3—43）。如果單根氣和背景氣同時增大，則

很可能存在負(fù)壓差。

快速鉆進(jìn)和過度的抽汲可能把許多氣體帶進(jìn)井眼，從而減小了靜液面，而

使壓差減小。由于鉆井液攜帶氣體而減小的壓差乂能讓更多的氣體進(jìn)入井眼。

重循環(huán)氣也會帶來同樣的問題。

靜液面的降低對淺井的鉆探尤其重要（大于600米）。在這樣淺的深度，靜

液面一個很小的降低就足以使地層流體噴出地面。這種情況可以發(fā)展得很快。

所以說，當(dāng)鉆淺層探井時，錄井人員必須密切注意氣體含量的變化。

圖3—43壓差和單根氣

A一穩(wěn)定的正壓差；B一逐漸降低的正壓差（過渡帶）；C—負(fù)壓差

0、異常壓力的氣體組分效應(yīng)

在許多地區(qū)，從地面進(jìn)行氣體組分測量，分子比甲烷（C