随钻地层压力测试技术现状及应用前景

随钻地层压力测试技术现状及应用前景 高翔
 摘要   利用随钻地层压力测试技术可以实时获得的真实地层压力数据，钻井工程师可以用这些数据优化钻井液密度和当量循环密度、选择最佳套管下入深度、提高钻井效率、识别油气层、降低作业风险和钻井成本。文中介绍了斯仑贝谢、哈里伯顿、贝克休斯3 家国外公司随钻压力测量仪器的技术特点及应用情况。随着我国深井、超深井、大位移井等高难度井数量的增加及大量新探区的勘探开发，地层压力不确定因素会严重制约钻井效率，但同时也为随钻压力测量技术带来了有利的发展契机和广阔的应用前景。
关键词：随钻压力测量；地层评价；发展趋势；测试应用

 在钻井过程中，由于地层压力预测不准确，经常导致出现钻井液漏失、地层流体侵入、井壁坍塌、压差卡钻及井眼不清洁等井下复杂情况， 这些情况会导致钻井作业时间延长，增加钻井成本。因此，钻井成功的关键，就是要使钻井液密度和当量循环密度保持在地层流体压力、地层坍塌压力和地层破裂压力的安全作业极限以内。多年来， 研究人员一直在努力寻求随钻测量地层压力的有效方法。斯仑贝谢、哈里伯顿、贝克休斯等国外公司分别研发了自己的随钻地层压力测量仪器，这些仪器可以提供实时地层压力数据， 使钻井工艺得到优化，还可以早期检测高压地层，确定地层压力梯度和流体界面，实时调整钻井液密度，使钻井作业、下套管和完井作业得到优化。随钻地层压力测试技术已经成功应用于海上油田。
1． 随钻地层压力测试技术
1.1 斯仑贝谢公司随钻地层压力测试技术
 斯仑贝谢公司的StethoScope675、StethoScope825 多功能地层压力随钻测量仪器， 可以在钻井过程中准确有效地测量地层压力， 直接提供孔隙压力和流体流度数据，用于确定流体类型及进行油藏压力管理，控制和优化钻井液密度。该系统作业效率高、应用灵活、测量数据准确可靠，可大大节约作业时间。
1.1.1 技术特点
（1）现场操作灵活、可靠
 StethoScope 仪器的灵活性体现在提供了开泵和停泵两种工况下的测量选项。如果担心卡钻或需要实时监测数据，则可以在开泵循环的情况下进行测试。在这种情况下，可以随时中断作业，避免在无地层流体情况下进行测试，或在密封失效情况下进行测试。停泵情况下进行测量则不受任何影响， 从而降低了致密地层因钻井液循环引起明显的增压效应。
 StethoScope 仪器的可靠性主要体现在3 个方面：1）仪器使用的动力既可以来自电池组，也可以来自随钻测量仪器的涡轮发电机。正常情况下，电池组能提供多达150 次预测试所需的动力。仪器的动力管理器能保存足够的电量用于紧急情况下仪器的自动回收。2）仪器有2 个主要压力计， 即一个应变压力计和一个具有极高可靠性和精度的高级ACQG 石英晶体压力计，可在恶劣的钻井环境中使用。3）仪器的探针通过—个机械坐封活塞顶到地层上， 这种结构可以防止在探针坐封和釆集压力数据时仪器的移动， 确保了密封的完整性，无需钻铤压力来建立和维持探针与地层的密封，仪器可以在任何井眼方位安放，垂直或倾斜均可。
（2） 优化预测试设计
 仪器中的井下控制和智能解释能够根据地层特性对预测试体积和压降速率进行优化。预测试体积可以调节，最高为25cm3，而压降速率设定范围为0.1~2.0cm3/s。
 StethoScope 仪器提供了两种预测试选项，预测试可以采用自定义设置，也可以采用完全自动的智能预测试模式进行。
（3） 获取实时高质量数据
 实时数据可以通过三种不同的详细程度传送到地面，以便提供标准、中等和高级解释。数据也可以储存在存储器中，在地面下载后可做进一步分析处理。实时获得的详细数据可以用于校正地层压力模型、进行预测试分析、计算最终压力恢复速率和测量误差。
（4） 多种作业模式
 StethoScope 仪器设置了3 种作业模式(即休眠，待命和打开)，通过地面输入指令即可将仪器从一种作业模式转变为另一种作业模式。当启动打开模式后， 仪器自动就位， 进行压力测试，经过设定的时间后收回，然后返回到待命模式，准备进行下一次预测试，这一过程大约需要5 min，如有必要可以通过快速下行启动下一次测量， 通过开泵循环即可取消打开模式。
1.2 贝克休斯公司随钻压力测量技术
 贝克休斯公司研发的随钻地层压力测试仪器可以在钻井过程的短暂中断期间，伸出一个橡胶密封元件，紧贴井壁并与储层建立压力联系，智能泵控制系统通过综合流量分析以闭环控制方式在井下操纵仪器，进行一系列压降测试和压力恢复测试。压力测试期间保持钻井液循环，为仪器提供动力。
1.2.1 技术优点
（1） 提高井场作业安全性
 利用随钻压力测量仪器提供的实时井下压力数据，可以优化钻井液密度和当量循环密度，避免井下事故的发生，还可以帮助校正压力模型。
（2） 提高钻井效率
 钻井效率受地层和井眼之间压差的影响，维持最小压差，或者是欠平衡钻井，有助于提高机械钻速，减少卡钻风险。
（3） 识别油气层
 在随钻地层压力测量中， 使用压力梯度法进行碳氢化合物的检测、识别。
1.2.2技术特点
 1）测试类型分为基本测试和优化测试。基本测试是以固定的抽汲量、抽汲速率及固定的压力恢复时间进行测试；优化测试是验证测试结果、减少测试时间。2）通过钻井液泵脉冲发送指令、传输井下测量数据，实现了地面与井下的双向通讯。
2． 随钻地层压力测试技术的应用
2.1 优化钻井作业
 目前， 油气井的钻井和完井作业越来越具有挑战性，而且成本也越来越高。随钻地层压力测试仪器，可在钻井过程中为孔隙压力模型提供实时校验点， 提高孔隙压力的预测精度， 优化钻井液密度和当量循环密度，避免井涌、井喷、地层损害或意外地层压裂及循环液漏失等井下事故的发生。同时，实时地层压力测量数据可以为优化套管下入深度提供依据， 从而降低了作业风险及钻井成本。
2.2 实时数据用于现场决策
 地层压力测量，可以使作业者在现场根据钻遇的压力系统进行下一步施工决策， 快速决策可以避免将时间浪费在钻压力衰竭层上，并能保护计划侧钻开发或完井的原始压力层。
2.3 优化地层评价
 采用随钻测量仪器获取的准确地层压力数据，可以对未动用和已开发储层进行分析评价。在未动用储层中，压力剖面可以与其他随钻测井数据相结合，从而建立静态储层模型； 已开发储层中油气井的压力剖面则有助于了解储层中流体的运移情况。这些压力剖面确定了压力梯度和流体的接触点，结合生产历史和静态油藏模型， 可以模拟油藏动态压力， 对提高釆收率有重要意义。精确的油藏模型能提高对油田生产系统的认识，从而改善完井系统。
3 现场应用
3.1 StethoScope 随钻压力测量仪器的应用
 StethoScope 随钻地层压力测量已经在北海几个油田上成功地采集了实时地层压力和流体流度数据，测量精度已达到电缆传送地层压力测试器的测量精度。在北海一个高流度储层中，StethoScope 采集的实时数据帮助挪威国家石油公司成功完成了一个大斜度分支井眼的钻井，节省了价值100 万美元的钻机占用时间。
3.2 哈里伯顿公司随钻压力测量仪器的应用
 欧洲北海Statfjord 油田Brent 油藏为砂岩储层，夹有少量煤层，钻井液密度不能超过煤层最低破裂强度，同时还必须超过页岩夹层的坍塌压力。在钻进大位移井时经常发生严重漏失，处理非常困难。自从使用了哈里伯顿Sperry-sun 公司的随钻压力测量仪器后， 很好地控制了井下钻井液密度和当量循环密度， 煤层漏失问题得到了彻底解决。
3.3 贝克休斯公司随钻压力测量仪器的应用
 2003 年4月，贝克休斯公司随钻压力测量仪器在丹麦北海MFF28 井进行了首次现场应用。该井是一口水平井，储层为白垩岩，孔隙度20%～25%，渗透率（0.1～2.0）×10-3μm2，油层段横向长度为4174 m。在正式作业前进行一系列试验，泵参数及仪器控制软件都进行了改进， 以便在低流动度地层进行压力测量。该仪器的成功应用使MFF28 井钻井作业得到优化，并取消了电缆测井，节省了作业时间和钻井成本。
4 应用前景
 据统计，处理由于井眼问题引起的井下复杂情况，约占钻井作业时间的10%～15%，究其原因是地层压力预测不够准确所致。只有通过获取井下真实的地层压力才能避免井下复杂情况的发生，同时，这也意味着随钻压力测量技术具有广阔的应用前景。此外，该技术还具有以下几方面的特点：
 1）可以利用钻井过程的短暂中断进行地层压力测量，完成一次压力测量的时间仅需要5min。
 2）随钻压力测量仪器测量的压力数据，能更好地反映地层的真实压力状况， 据此可优化钻井液密度和当量循环密度，避免井下事故的发生，提高钻井效率。
 3）与钻杆测试和电缆压力测试相比，随钻压力测量技术具有明显的优越性， 可以用于大斜度井、水平井、大位移井，解决了仪器下入困难等问题。随着我国西部地区深井、超深井、大位移井等高难度井数量的不断增加，以及大量新探区的勘探开发，地层压力不确定因素会严重制约钻井效率。因此，随钻压力测量技术必将引起足够的重视， 相信该技术将会成为未来随钻测量领域中的一项重要技术。

参考文献
[1] 任国富, 马建国. 随钻地层测试技术及其应用[J]. 测井技术, 2005,(04) [2] 刘光汉. 美国随钻测井技术现状[J]. 测井技术, 1981,(01) [3] 尚海筹. “七·五”国家重点科技攻关项目“随钻测井技术”在京通过国家级鉴定[J]. 石油勘探与开发, 1991,(02) [4] 张辛耘, 郭彦军, 王敬农. 随钻测井的昨天、今天和明天[J]. 测井技术, 2006,(06) [5] 邹德江, 范宜仁, 邓少贵. 随钻测井技术最新进展[J]. 石油仪器, 2005,(05)
[6] 张辛耘. 多功能随钻测量仪[J]. . 测井技术, 2004,(04) . [7] 布志虹,任干能,陈乐. 随钻测井技术[J]. . 断块油气田, 2001,(04) . [8] 卢春华,张涛,李海东. 泥浆脉冲随钻测量系统研究[J]. . 地质科技情报, 2005,(S1) . [9] 秦绪英,肖立志,索佰峰. 随钻测井技术最新进展及其应用[J]. . 勘探地球物理进展, 2003,(04) . [10] 张涛,鄢泰宁,卢春华. 无线随钻测量系统的工作原理与应用现状[J]. . 西部探矿工程, 2005,(02) .