深水钻井浅层地质灾害预测技术研究

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摘 要：深水钻井浅层地质灾害预测技术是深水勘探中的一项关键技术，本文通过理论研究分析和现场模拟试验，研究了识别浅层气浅层流的重要特征和预测浅层气浅层流的重要方法，对今后浅层地质灾害的防治具有重要指导意义。

关键词：深水 地质灾害 预测

一、前言

近些年来，全球深水油气勘探开发快速增长，从2003～2007年，从127亿美元增至约215亿美元。2007年全球深水油气产量约占海上油气总产量的15%，预计未来几年这一比例将提高20%。随着深水油气勘探开发的逐渐深入，越来越多的危机深水钻井安全的海洋地质灾害事件时有发生。

1.海底浅层气对工程的危害

浅层气通常指在海底以下数十米至数百米地层内所聚集的气体，它们尚未形成矿床，但却具有高压性质，会引起火灾甚至导致整个平台烧毁。地层含气还会降低沉积物的剪切强度，影响钻井工程。

2.海底浅层流对工程的危害

浅层流出现在深水（水下400～2500m）超压、未固结砂层中，是深水油气开发中常遇到的地质灾害问题。深水钻井在沉积层顶部钻遇细粒沉积砂层，沉积砂层压力非常高，以至于在井孔内产生强烈的砂水流，从而导致钻井的巨大损失。另外，当钻入含水层之后，套管周围土体的强度会降低，由此会带来套管弯曲，防喷器沉入泥线和井失控的问题。

二、浅层地质灾害预测方法

1.海底浅层气的预测

在声学剖面记录上，识别和预测浅层气存在的主要特征有：地震反射波相位倒转，海底反射杂乱；声速衰减，海底出现空白带；在气体层顶面出现“亮点”反射；海底地震剖面上的记录突然位移和出现面罩；海底上方水体中冒气泡；在地震剖面上呈现“烟囱”状的记录现象。具体可表现为以下4种形式：

1.1侧扫声纳图像出现“麻坑”。

1.2浅层剖面记录上海床面突然出现洼坑、气道，或原来连续的地层突然出现空白或模糊一片。

1.3高分辨率浅层地震（如声脉冲发射器、轰鸣器系统）剖面记录上，浅层气呈现强反射，黑色浓度反映含气量与压力的大小。

1.4浅层气在多道数字地震剖面记录上最明显的标志是“亮点”，这是高振幅、负相位反射引起的不连续、颜色加深了的反射信号。

2.海底浅层流的预测

砂层：区域特性及可用数据是确定是否有砂层最有效的方法，通常确定砂层有以下几种方法：

2.1利用周围已钻井多方位随钻测量数据，来判断浅层砂是否存在；

2.2利用已钻井及目标井的三维及二维地震曲线来配合确认地层性质；

2.3辨别已钻井的与砂层相关的各种地震特征（振幅、能量半衰时、连续性、地震相等）；例如若在已钻井的地震数据上有不连续的振幅扩大，那么可能预示着有砂层的存在；

2.4比较已钻井和目的井之间地震数据特征的不同，确定与砂层相关的地震反应；

2.5利用三维地震特征预测砂层地震相来确定目标井当地的地层结构及层位；

2.6根据预设井场周围的二维地质灾害数据增强地层解释及地震相的解释精度。

地层压力：浅层液体流必须要有足够的压差才能够形成液流。利用地震数据可以辨别出可能存在的浅层含水砂层之上是否存在盖层（一般情况下盖层在地震数据上显示为高亮点且为连续区域）。如果盖层不存在或者在目标井附近存在断裂，砂层就很难储存大量压力。如果盖层存在，就用地震相关技术来计算地层的沉积速度，若沉积速率小于500英尺/百万年，砂层也应该没有明显的压力。若上覆沉积层的沉积速率大于该值，就应该认为砂层可能存在超压。地震数据可以绘制出盖层的上覆沉积层的等厚线，从而更易于识别出可能存在超压的存在。

三、浅层地质灾害预测模型

井场调查通常采用高分辨率地震、多波束侧深、旁侧声纳、浅地层剖面等物探方法，查清井场范围内的海底地形地貌、做浅层地质灾害可能性评估等。随着地震勘探技术的发展，以动力定位、半潜式钻井平台的深水井场调查，则可以利用以油气勘探为目的的三维地震数据进行二维高分辫率处理，以获得井场区的地质资料，以该资料为基础，在室内讨井场海底工程地质灾害的可能性作出解释、研究和评估。

四、浅层地质灾害监测技术及手段

对于浅层灾害可以通过以下几种方法来预测浅层气和浅层流的存在。

1.开路循环条件下浅层地质灾害监测技术

1.1利用周围已钻井多方位随钻测量数据，来判断浅层砂是否存在；

1.2利用已钻井及目标井的三维及二维地震曲线来配合确认地层性质；

1.3辨别已钻井的与砂层相关的各种地震特征（振幅、能量半衰时、连续性、地震相等）；例如若在已钻井的地震数据上有不连续的振幅扩大，那么可能预示着有砂层的存在；

1.4比较已钻井和目的井之间地震数据特征的不同，确定与砂层相关的地震反应；

1.5利用三维地震特征预测砂层地震相来确定目标井当地的地层结构及层位；

1.6根据预设井场周围的二维地质灾害数据增强地层解释及地震相的解释精度。

2.闭路循环条件下浅层地质灾害监测技术

对于使用隔水管后的闭路循环条件下浅层地质灾害监测方法，可通过随钻录井仪和环空随钻压力测量仪等工具来提供监测手段。

如果发生浅层气时，综合录井仪上出口泥浆的气测值就有变化：气测值增大，出口的电阻率增大，出口流量增加。

如果发生浅层流时，综合录井仪上出口流量增加，电阻率减小。通过这些现象，来建立海底浅层气和浅层流的监测模型。

五、结论

对于海洋深水石油钻探浅层地质灾害预测及控制方法，可以利用以油气勘探为目的的三维地震数据进行二维高分辫率处理，以获得井场区的地质资料，以该资料为基础，在室内讨井场海底工程地质灾害的可能性作出解释、研究和评估。在深水表层导管钻进过程中还可以采用ROV来实现对海底浅层地质灾害的实时监测。