陳現(xiàn)軍 郭書生 王世越 毛敏 劉為 郭沖 趙凱

摘要：南海鶯瓊盆地超壓成因復(fù)雜，傳統(tǒng)的地層壓力監(jiān)測方法現(xiàn)場應(yīng)用局限性較大?；诖瞬捎没阢@井機(jī)械能效的地層壓力監(jiān)測新方法通過破巖效率分析實時反演地層壓力。結(jié)果表明：MSE數(shù)據(jù)對加載和卸載型超壓均有較好的響應(yīng)特征，且隨鉆定量監(jiān)測結(jié)果與實測數(shù)據(jù)吻合度較高；該區(qū)域超壓起于鶯歌海組二段，黃流組超壓顯著，存在地層壓力“臺階”現(xiàn)象。新方法的經(jīng)驗參數(shù)選取方便，可直接通過隨鉆參數(shù)對地層壓力進(jìn)行實時監(jiān)測，相對于傳統(tǒng)的Dc指數(shù)等方法，定量計入了扭矩的影響，并聯(lián)合測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行綜合評價，監(jiān)測結(jié)果更為可靠。

關(guān)鍵詞：南海； 鶯瓊盆地； 地層壓力； 監(jiān)測； 機(jī)械能效

中圖分類號：TE 21 ??文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1673-5005（2024）03-0188-10 ??doi：10.3969/j.issn.1673-5005.2024.03.021

Application of new method for formation pressure monitoring of drilling machinery energy efficiency in Yingqiong Basin， South China Sea

CHEN Xianjun1， GUO Shusheng2， WANG Shiyue2， MAO Min1， LIU Wei2， GUO Chong1， ZHAO Kai3

（1.Hainan Branch of China France Bohai Geoservices Company Limited， Haikou 570312， ?China;2.CNOOC China Limited，Hainan Branch， Haikou 570312， China;3.College of Petroleum Engineering， Xian Shiyou University， Xian 710065， China）

Abstract： The mechanism of formation overpressure in the Yingqiong Basin of the South China Sea is complex， and the traditional formation pressure monitoring methods have great limitations in field application. Based on this， a new monitoring method in the light of the ?drilling machinery energy efficiency ?was adopted， which can invert the formation pressure in real-time through the analysis of rock-breaking efficiency. The result shows that， the MSE data have good response characteristics for both loading and unloading overpressures， and the quantitative monitoring result is in good agreement with the measured data. Meanwhile the overpressure originated from the second member of Yinggehai Formation， and the overpressure in the Huangliu Formation is significant. In some cases， the formation pressure "step" phenomenon occurs. The empirical parameters are easy to select， and the formation pressure can be monitored in real-time directly through the parameters while drilling. Compared with the traditional Dc index and other methods， the influence of torque is quantitatively considered， and the logging data are combined for comprehensive evaluation， so the monitoring results are more reliable.

Keywords： South China Sea; Yingqiong Basin; formation pressure; monitoring; mechinery ?energy efficiency

鶯歌海-瓊東南盆地油氣資源豐富，是南海西部勘探開發(fā)的主力區(qū)域。但是多口井的鉆探實踐證實該區(qū)域普遍存在超壓甚至超高壓，部分區(qū)域壓力系數(shù)高達(dá)2.30，且壓力窗口極窄，給安全鉆井作業(yè)提出了巨大挑戰(zhàn)。地層壓力的準(zhǔn)確監(jiān)測是安全高效建井的關(guān)鍵基礎(chǔ)［1-2］。但是，由于盆地內(nèi)存在多期水道傳導(dǎo)、底辟作用、高溫及生烴作用、欠壓實作用等多種復(fù)雜超壓成因［3-5］，地層壓力的隨鉆監(jiān)測仍存在較多問題。目前地層壓力監(jiān)測最常用是Eaton法［6］，該方法主要用于欠壓實超壓，且正常壓實趨勢線的建立及經(jīng)驗參數(shù)的確定缺乏充實的理論基礎(chǔ)，具有較大主觀性； Zhang等［7］以有效應(yīng)力和孔隙度之間的關(guān)系為基礎(chǔ)，修正了Eaton法，強化了該方法的理論基礎(chǔ)，仍主要適用于欠壓實超壓。為了解決復(fù)雜成因超壓的隨鉆監(jiān)測問題，Bowers等［8］將超壓成因分為加載和卸載兩大類，并分別給出了監(jiān)測模型，但該方法未考慮泥質(zhì)含量等因素的影響。樊洪海、李中等 ［9-10］考慮孔隙度、泥質(zhì)含量等因素的影響，對Bowers法進(jìn)行了修正。但是，總體而言，Bowers法及其衍生方法經(jīng)驗參數(shù)較多，且只依賴于測井聲波數(shù)據(jù)，對超壓評價的全面性不足，應(yīng)用局限性較大。此外也有眾多學(xué)者提出了基于鉆井參數(shù)的地層壓力監(jiān)測方法，解決了隨鉆測井?dāng)?shù)據(jù)缺失帶來的地層壓力無法定量監(jiān)測的難題，主要包括D指數(shù)法、Dc指數(shù)法、標(biāo)準(zhǔn)鉆速法、機(jī)械鉆速法等［11-14］。楊進(jìn)等［15］通過建立巖石強度與井底壓差的經(jīng)驗關(guān)系，實現(xiàn)了利用隨鉆參數(shù)對孔隙壓力的實時監(jiān)測。樊洪海［14］建議利用Hareland鉆速方程和Rashidi鉆頭磨損評價模型對指數(shù)法進(jìn)行修正，可避免由于鉆頭磨損導(dǎo)致的監(jiān)測誤差。但是此類方法中未考慮鉆扭矩對破巖效率的貢獻(xiàn)，且超壓指數(shù)參數(shù)也較為單一，影響了壓力監(jiān)測效果。由于鉆井、測井技術(shù)的進(jìn)步，扭矩在破巖中的作用越發(fā)重要，且隨鉆信息越來越豐富，在地層壓力的隨鉆監(jiān)測中亟需計入扭矩的影響，并開展測錄井?dāng)?shù)據(jù)的綜合評價?；诖斯P者應(yīng)用基于機(jī)械能效的地層壓力監(jiān)測新方法對南海西部地層壓力開展隨鉆監(jiān)測。

1 南海鶯瓊盆地超壓成因及測錄井響應(yīng)機(jī)制

1.1 超壓成因及測錄井響應(yīng)機(jī)制

南海西部鶯瓊盆地內(nèi)主要分布鶯歌海盆地東方、樂東區(qū)塊及瓊東南盆地崖城、陵水等區(qū)塊，盆地內(nèi)多個區(qū)塊多口井在縱橫向的鉆探實踐證實該區(qū)域普遍存在超壓甚至超高壓（圖1）。超壓成因的判別是進(jìn)行孔隙壓力定量監(jiān)測的基礎(chǔ)，對不同的超壓成因“對癥下藥”，優(yōu)選適用的壓力監(jiān)測方法是保證孔隙超壓精確評價的關(guān)鍵。

對于超壓成因的分類可從地質(zhì)和工程兩大角度進(jìn)行。從地質(zhì)角度而言，可根據(jù)超壓的地質(zhì)作用來源將超壓分為欠壓實、構(gòu)造擠壓、底辟作用、斷層作用、生烴作用、礦物轉(zhuǎn)化、水熱增壓、滲透作用、流體運移、永凍環(huán)境、次生膠結(jié)作用、地層抬升剝蝕等多種不同類型。但是對于單井的地層壓力隨鉆定量監(jiān)測，主要依賴的技術(shù)原理是根據(jù)不同的加卸載等力學(xué)作用對巖石變形及孔隙結(jié)構(gòu)空間的影響不同，導(dǎo)致超壓段的測錄井?dāng)?shù)據(jù)存在不同的響應(yīng)特征，據(jù)此反推超壓成因并對超壓進(jìn)行隨鉆定量監(jiān)測。因此從工程角度而言，可根據(jù)巖石骨架在成壓歷史過程中的受力變化情況不同，將地質(zhì)作用成壓機(jī)制簡化為原始沉積加載機(jī)制、再次加載機(jī)制和卸載機(jī)制等幾大類［14，16］。

對于碎屑巖地層，泥頁巖類的成巖作用主要為機(jī)械壓實，孔隙空間主要取決于有效應(yīng)力。根據(jù)有效應(yīng)力原理可知，垂直有效應(yīng)力等于上覆巖層的重量與孔隙壓力的差值，因此可通過反映泥頁巖地層孔隙空間特征的測錄井參數(shù)反推孔隙壓力。泥頁巖的孔隙空間可簡化為由相對大的、高縱橫比的存儲孔隙與小的、低縱橫比的連接喉道組成（圖2，其中p和pmin分別為孔隙壓力和水平最小地應(yīng)力，MPa）。存儲孔隙主要決定巖石的孔隙體積，測井密度、聲波均可進(jìn)行表征；孔隙和喉道共同決定巖石對聲波的傳導(dǎo)特性，可通過測井聲波進(jìn)行表征。

對于加載型超壓，超壓形成過程與沉積過程伴生，巖石骨架上的有效應(yīng)力始終處于增加或者保持不變的狀態(tài)。根據(jù)沉積物的壓實規(guī)律，在不斷增加的上覆載荷作用下，泥頁巖內(nèi)部的孔隙空間不斷被沉積壓實，巖石的有效應(yīng)力與孔隙體積呈指數(shù)負(fù)相關(guān)，即有效應(yīng)力增大，巖石孔隙度減小，但是減小的幅度逐漸降低，因此表征巖石孔隙體積的測井聲波和密度與有效應(yīng)力也呈指數(shù)相關(guān)［14，17-19］，加載型超壓的有效應(yīng)力-聲波速度關(guān)系以及有效應(yīng)力-密度關(guān)系分別如圖3（a）和圖3（b）中的加載曲線所示。

對于卸載型超壓，超壓通常形成在沉積過程之后，如圖3（a）和圖3（b）中卸載曲線的右側(cè)起始點即為地層沉積結(jié)束點。由于沉積壓實作用已經(jīng)完成，此時巖石內(nèi)部孔隙空間已被壓密，不再具有欠壓實特征，當(dāng)由于生烴、流體熱膨脹及流體傳導(dǎo)等作用造成孔隙內(nèi)部增壓時，巖石骨架有效應(yīng)力發(fā)生卸載，由于相對大的、高縱橫比的存儲孔隙很難變形，巖石孔隙體積基本不變，因此僅能反映巖石孔隙體積的測井密度在孔隙增壓骨架卸載過程中基本不變，表現(xiàn)為圖3（b）中卸載曲線特征；但是由于小的、低縱橫比的連接喉道在孔隙增壓時易發(fā)生反彈變形，改變巖石的傳導(dǎo)特性，導(dǎo)致聲波速度減小，但減小程度降低，表現(xiàn)為圖3（a）中卸載曲線特征。當(dāng)孔隙壓力未知時，由于無法獲得有效應(yīng)力，可通過聲波速度和密度的交會圖進(jìn)行超壓成因識別，如圖3（c）所示。

1.2 南海鶯瓊盆地超壓成因識別

超壓的成因有多種［3，5，14，20］，為有效識別南海鶯瓊盆地的超壓成因，分別選取鶯歌海盆地東方13-1/2區(qū)塊和瓊東南盆地陵水13-2區(qū)塊為目標(biāo)區(qū)塊，統(tǒng)計了東方13-1/2區(qū)塊11口已鉆井和陵水13-2區(qū)塊4口已鉆井的測井聲波和密度數(shù)據(jù)，并繪制了聲波速度-密度交會圖，分別如圖4（a）和圖4（b）所示。分析發(fā)現(xiàn)，鶯歌海盆地東方13-1/2區(qū)塊測井聲波速度與密度的關(guān)系符合加載型超壓曲線特征；結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料分析，鶯歌海盆地沉積過程中共經(jīng)歷了3次大的快速沉積，盆地中央大部地區(qū)沉積速度都超過400 m/Ma，個別地區(qū)可達(dá)800～1000 m/Ma［3］，快速的沉積率導(dǎo)致孔隙排水不充分，繼續(xù)增加的上覆沉積載荷部分由孔隙流體承擔(dān)，孔隙壓實程度降低，在沉積過程中形成欠壓實類加載型超壓，工程響應(yīng)特征與地質(zhì)成因一致，最終確定東方13-1/2區(qū)塊主要為加載型超壓；瓊東南盆地陵水13-2區(qū)塊測井聲波速度與密度的關(guān)系符合卸載型超壓曲線特征，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料分析，瓊東南盆地總體沉積厚度小于鶯歌海盆地，且快速沉降階段短，沉降幅度小，沉積過程中發(fā)生欠壓實類加載型超壓的概率較低，但是盆地內(nèi)水道砂等流體連通通道發(fā)育，沉積后容易由于滲透作用、流體運移等作用發(fā)生壓力傳遞，造成孔隙超壓骨架卸載，與工程響應(yīng)特征一致，最終確定陵水13-2區(qū)塊主要為卸載型超壓。

2 基于鉆井機(jī)械能效的地層壓力監(jiān)測新方法

2.1 傳統(tǒng)方法在南海鶯瓊盆地超壓監(jiān)測中的局限性

對于加載型超壓，可通過等效深度法、經(jīng)驗系數(shù)法如Eaton法、Bowers法加載曲線方程等方法進(jìn)行隨鉆監(jiān)測。目前使用最廣泛是Eaton法。該方法可分別利用聲波時差、電阻率、密度和Dc指數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行地層壓力計算，表達(dá)式為

ρp=ρob-（ρob-ρh）ΔtnΔtoN，ρp=ρob-（ρob-ρh）RoRnN，ρp=ρob-（ρob-ρh）DeDenN，ρp=ρob-（ρob-ρh）dcdcnN.（1）

式中，ρp為地層孔隙壓力當(dāng)量鉆井液密度，g/cm3；ρob為上覆巖層壓力當(dāng)量泥漿密度，g/cm3；ρh為正常的靜水壓力當(dāng)量泥漿密度，g/cm3；Δtn、Rn、Den、dcn分別為給定深度泥頁巖正常趨勢線聲波時差、電阻率、密度和Dc指數(shù)，單位分別為s/m、Ω·m、g/cm3、無量綱；Δto、Ro、De、dc分別為給定深度實測泥頁巖地層聲波時差、電阻率、密度和Dc指數(shù)，單位分別為s/m、Ω·m、g/cm3、無量綱；N為Eaton指數(shù)，與地層有關(guān)的系數(shù)。

Eaton法基于欠壓實理論提出，主要適用于加載型超壓的評價，而在卸載型超壓中應(yīng)用局限性較大。目前主要采用Bowers法中的卸載曲線方程對卸載型超壓進(jìn)行評價：

v=v0+A［σmax（σ/σmax）1/U］B，（2）

其中

σmax=vmax-v0A1/B.

式中，v和v0分別為聲波速度和有效應(yīng)力為0時聲波速度 ，m/s;σmax為卸載開始時的最大垂直有效應(yīng)力，MPa;vmax 為卸載開始時最大有效應(yīng)力對應(yīng)的聲波速度， m/s；U為泥頁巖彈塑性系數(shù)。

該方法對于卸載型超壓具有較強的理論基礎(chǔ)，但是應(yīng)用過程中需選取v0、vmax、U、A、B五個參數(shù)，參數(shù)選取困難，且只依賴于測井聲波數(shù)據(jù)。一方面只能在有隨鉆測井聲波的條件下使用，另一方面采用單一的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜成因的超壓監(jiān)測對超壓評價的全面性不足。同時以DF13-1-M井和LS13-2-N井作為兩個典型井，對比分析了鶯歌海盆地東方13-1/2區(qū)塊和瓊東南盆地陵水13-2區(qū)塊超壓段的測井（聲波時差、電阻率、密度）和錄井（Dc）指數(shù)的響應(yīng)特征。分析發(fā)現(xiàn)，鶯歌海盆地東方13-1/2區(qū)塊超壓段聲波時差異常增大，電阻率、密度和Dc指數(shù)異常減小，測錄井?dāng)?shù)據(jù)對超壓均具有較好的響應(yīng)特征，如圖5（a）中紅色虛線框內(nèi)所示；但是，瓊東南盆地陵水13-2區(qū)塊已鉆井超壓段測井（聲波時差、電阻率、密度）和錄井（Dc）指數(shù)均未有明顯的響應(yīng)特征，如圖5（b）中紅色虛線框內(nèi)所示，無法在隨鉆過程中有效指示超壓段的存在，且由于該區(qū)域聲波時差的異常響應(yīng)幅度太小，應(yīng)用Bowers法進(jìn)行壓力監(jiān)測的精度進(jìn)一步受限。

2.2 超壓隨鉆監(jiān)測新方法建立

莫爾強度理論認(rèn)為巖石的破壞主要與其內(nèi)部的剪應(yīng)力和正應(yīng)力有關(guān)，當(dāng)巖石內(nèi)某一平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力滿足一定的函數(shù)關(guān)系時，巖石便沿該面發(fā)生破壞。該準(zhǔn)則認(rèn)為巖石的破壞僅取決于巖石強度σ1和最小主應(yīng)力σ3，與中間主應(yīng)力無關(guān)。由于材料破壞時正應(yīng)力和剪應(yīng)力滿足的函數(shù)關(guān)系與其種類有關(guān)，所以莫爾強度包絡(luò)線具有一般性，多呈曲線狀。在巖石力學(xué)分析中，為了簡化計算，通常采用直線形式的強度包絡(luò)線，結(jié)合庫侖理論和應(yīng)力轉(zhuǎn)換，得到用主應(yīng)力形式表示的Mohr-Coulomb強度準(zhǔn)則［21］：

σ1=σ3cot245°-θ2+2Ccot45°-θ2.（3）

式中， C為黏聚力，MPa；θ為內(nèi)摩擦角，（°）。

Mohr-Coulomb強度準(zhǔn)則可通過判斷莫爾應(yīng)力圓是否在強度包絡(luò)線以內(nèi)確定巖石是否發(fā)生了破壞，當(dāng)應(yīng)力圓與破壞線相切時，巖石開始發(fā)生破壞；當(dāng)應(yīng)力圓在破壞線右側(cè)時，巖石處于穩(wěn)定狀態(tài)，否則，巖石已經(jīng)發(fā)生破壞。根據(jù)此理論可知，巖石的三軸抗壓強度（CCS）由巖石單軸抗壓強度（UCS）和圍壓共同決定。圍壓越大，莫爾圓向右偏移，巖石的三軸抗壓強度越大（圖6）。

實際鉆井過程中鉆頭前方待破碎的巖石在井底壓力與孔隙壓力之間差值（圍壓）的保護(hù)作用下強度提升。但是孔隙超壓不同井底圍壓對巖石的保護(hù)程度不同，導(dǎo)致巖石強度不同，在鉆壓、扭矩、轉(zhuǎn)速等產(chǎn)生同樣的破巖能量作用下鉆頭破碎巖石的效率出現(xiàn)差異，因此可通過分析鉆頭和巖石之間的相互作用規(guī)律，從鉆井機(jī)械能效的角度反推地層超壓 ［22］。其中通過機(jī)械比能表征在單位時間內(nèi)用鉆壓和扭矩破碎單位體積的巖石所需要的機(jī)械能；通過CCS表征井底巖石的抗壓強度，綜合利用機(jī)械比能和鉆井效率對地層壓力進(jìn)行評價。評價過程中機(jī)械比能通過隨鉆錄井參數(shù)進(jìn)行評價，CCS通過隨鉆測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行評價，最終通過隨鉆測錄井?dāng)?shù)據(jù)的綜合評價實現(xiàn)地層壓力的隨鉆監(jiān)測。

機(jī)械比能（mechanical specific energy，MSE，其值記為EMSE）目前主要用來實時評價鉆頭的工作性能，可采用鉆壓、轉(zhuǎn)速、機(jī)械鉆速和扭矩等隨鉆錄井參數(shù)綜合進(jìn)行描述：

EMSE=480Tωd2bitv+4Pπd2bit .（4）

式中，P為鉆壓，kN；ω為轉(zhuǎn)速，r/min；v為機(jī)械鉆速，m/h；T為扭矩，kN·m；dbit為鉆頭直徑，mm。

當(dāng)所有輸入的機(jī)械比能都用來破壞巖石并且沒有損耗時鉆井效率將會達(dá)到最大，此時可以認(rèn)為機(jī)械比能等于巖石抗壓強度［23］。但是在鉆井過程中機(jī)械能從地表傳遞到鉆頭處時已經(jīng)經(jīng)過大量的損耗，實際機(jī)械比能遠(yuǎn)大于巖石的抗壓強度。因此利用巖石抗壓強度和實際機(jī)械比能的比值即可量化鉆井效率，目前很多利用機(jī)械比能理論監(jiān)測鉆井工作狀態(tài)的方法都是根據(jù)實際機(jī)械比能相對于巖石抗壓強度基線的變化來評估鉆井工作狀態(tài)。鉆井效率為

η=p/EMSE，（5）

其中

p=pUCS+Δp1+sin θ1-sin θ ， p UCS=AvBP，θ=MvNP.

式中，p為巖石抗壓強度，MPa，由Mohr-Coulomb準(zhǔn)則可得；p

UCS為單軸抗壓強度，MPa；Δp為井底壓差，MPa；

vP為測井縱波速度，km/s；A、B、M、N為經(jīng)驗參數(shù)，需根據(jù)目標(biāo)區(qū)塊的實際情況進(jìn)行選取。

由于破碎巖石的能量、鉆頭性能及效率均與井底壓差有關(guān)，因此可綜合利用機(jī)械比能和鉆井效率對地層壓力

pp進(jìn)行評價：

pp=pw-（ηpEMSE-pUCS）1-sin θ1+sin θ.（6）

式中，pw為井底循環(huán)壓力，MPa。

為表征地層壓力的異常程度，可將式（6）改寫為

pp=pn+ΔηEMSE1-sin θ1+sin θ，（7）

其中

Δη=ηp-ηn.

式中，ηn為正?？紫秹毫n下鉆井效率。

該方法中定量計入了鉆壓、轉(zhuǎn)速、扭矩、機(jī)械鉆速、鉆頭直徑、井底循環(huán)壓力、單軸抗壓強度、巖石內(nèi)摩擦角等因素的影響，可綜合反映井下鉆頭位置處地層壓力，實時監(jiān)測異常高壓。對于MSE而言，扭矩部分的貢獻(xiàn)要明顯大于鉆壓的貢獻(xiàn)，該模型重點考慮了扭矩的影響。而在旋轉(zhuǎn)鉆井中，特別是使用PDC鉆頭時，通過施加扭矩剪切巖石所消耗的扭轉(zhuǎn)能量明顯大于通過鉆壓壓縮壓碎巖石所做的功。因此該模型主要適用于采用PDC鉆頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)鉆井的條件。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

將上述地層壓力監(jiān)測新方法在南海西部鶯瓊盆地東方13-1/2區(qū)塊和瓊東南盆地陵水13-2區(qū)塊進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用。其中鶯歌海盆地DF13-1-A井為加載型超壓，瓊東南盆地LS13-2-B井為卸載型超壓。首先，對MSE在兩種成因超壓地層中變化規(guī)律進(jìn)行了分析，如圖7所示。

由圖7可知，上部常壓層段實測MSE數(shù)據(jù)基本位于趨勢線上，而在下部超壓層段，實測MSE數(shù)據(jù)明顯偏離趨勢線，表明MSE數(shù)據(jù)對加載型和卸載型超壓均有較好的響應(yīng)特征。與圖5（b）LS13-2-N井中測井（聲波時差、電阻率、密度）和錄井（Dc）指數(shù)的響應(yīng)特征對比發(fā)現(xiàn)，MSE數(shù)據(jù)可克服卸載型超壓監(jiān)測中測錄井?dāng)?shù)據(jù)在異常高壓層段響應(yīng)不明顯的缺陷。

采用基于鉆井機(jī)械能效的地層壓力監(jiān)測新方法計算了DF13-1-A井（加載型）、LS13-2-B井（卸載型）兩口井的地層壓力，并與聲波時差以及Dc指數(shù)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了對比，如圖8所示。根據(jù)DF13-1-A井（加載型）的計算結(jié)果可知，聲波時差數(shù)據(jù)解釋3 190 m處地層壓力明顯低于3 145 ～ 3 175 m處，而MSE數(shù)據(jù)監(jiān)測結(jié)果反應(yīng)兩處的地層壓力基本相等，與實測結(jié)果吻合。根據(jù)LS13-2-B井（卸載型）的計算結(jié)果可知，Dc指數(shù)和聲波時差數(shù)據(jù)解釋地層壓力整體穩(wěn)定性較差，2860 m以上和3100 m以下地層解釋的地層壓力結(jié)果偏低，中間段偏高，而MSE數(shù)據(jù)解釋的地層壓力高值包絡(luò)線能較好地反映地層壓力的整體變化趨勢。

相對于目前監(jiān)測精度最高的聲波時差指示參數(shù)以及現(xiàn)場數(shù)據(jù)來源最為廣泛的Dc指數(shù)指示參數(shù)，鉆井機(jī)械能效參數(shù)可較好地對南海鶯瓊盆地的地層壓力進(jìn)行實時監(jiān)測，與實測孔隙壓力和實鉆數(shù)據(jù)均具有較好的吻合程度。根據(jù)多口井的地層壓力監(jiān)測結(jié)果，對南海西部M區(qū)塊地層壓力分布規(guī)律進(jìn)行分析，如圖9所示。由圖9可知，M區(qū)塊地層超壓起壓深度約在1900～2150 m，起壓地層位于鶯歌海組二段，在該層段通常地層壓力系數(shù)平穩(wěn)增加；在當(dāng)前的鉆井深度范圍內(nèi)，異常高壓當(dāng)量泥漿密度最大值約在1.70～2.05 g/cm3，所在深度為2800～3400 m，主要分布在黃流組地層，而且部分情況下，在黃流組地層會出現(xiàn)地層壓力“臺階”現(xiàn)象，表現(xiàn)為地層壓力系數(shù)突然出現(xiàn)大幅度抬升。在實際鉆井過程中，應(yīng)注意鶯歌海組二段以下的超壓情況，根據(jù)監(jiān)測地層壓力逐步提高鉆井液密度，尤其是當(dāng)鉆進(jìn)黃流組地層時，應(yīng)特別注意井下地層壓力的變化情況，保證安全高效鉆穿地層壓力的“臺階”區(qū)域。

4 結(jié) 論

（1）MSE數(shù)據(jù)對加載型和卸載型超壓均有較好的響應(yīng)特征，現(xiàn)場可通過MSE數(shù)據(jù)變化規(guī)律分析實時判斷是否鉆遇超壓地層。

（2）基于鉆井機(jī)械能效的地層壓力監(jiān)測新方法在南海西部超壓的隨鉆定量監(jiān)測中具有較好的應(yīng)用效果，且該方法經(jīng)驗參數(shù)選取方便，可直接通過隨鉆參數(shù)對地層壓力進(jìn)行實時監(jiān)測，同時定量計入了扭矩的影響，并聯(lián)合測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行綜合評價，監(jiān)測結(jié)果更為可靠。

（3）鶯瓊盆地地層超壓起壓于鶯歌海組二段，該層內(nèi)地層壓力系數(shù)平穩(wěn)增加，黃流組地層超壓顯著，部分情況下出現(xiàn)地層壓力“臺階”現(xiàn)象，壓力系數(shù)突然大幅度抬升。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 羅鳴，吳江，陳浩東，等.南海西部窄安全密度窗口超高溫高壓鉆井技術(shù)［J］.石油鉆探技術(shù)，2019，47（1）：8-12.

LUO Ming， WU Jiang， CHEN Haodong， et al. Ultra-high temperature high pressure drilling technology for narrow safety density window strata in the western South China［J］.Petroleum Drilling Techniques，2019，47（1）：8-12.

［2］ 林四元，李中，黃熠，等.高性能水基鉆井液在鶯歌海盆地高溫高壓井的應(yīng)用［J］.鉆井液與完井液，2018，35（2）：44-48.

LIN Siyuan， LI Zhong， HUANG Yi， et al. The development and application of high performance water base muds for HTHP wells in Yinggehai Basin ［J］.Drilling Fluid & Completion Fluid， 2018，35（2）：44-48.

［3］ 王振峰，羅曉容.鶯瓊盆地高溫高壓地層鉆井壓力預(yù)監(jiān)測技術(shù)研究［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2004：25-33.

［4］ 劉愛群，范彩偉，鄧勇，等.南海瓊東南高壓盆地壓力結(jié)構(gòu)與油氣成藏關(guān)系［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2017，32（4）：1817-1822.

LIU Aiqun， FAN Caiwei， DENG Yong， et al. Pressure structure and relationship with hydrocarbon accumulation in Nanhai Qiongdongnan high pressure basin ［J］. Progress in Geophysics， 2017，32（4）：1817-1822.

［5］ 郭書生，陳現(xiàn)軍，廖高龍，等.鶯歌海盆地地層超壓成因與定量評價方法［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2022，46（6）：143-148.

GUO Shusheng， CHEN Xianjun， LIAO Gaolong， et al. A quantitative evaluation method for predicting polygenetic overpressure in Yinggehai Basin［J］. Journal of China University of Petroleum（Natural of Science Edition）， 2022，46（6）：143-148.

［6］ EATON B A. The effect of overburden stress on geopressure prediction from well logs［J］. Journal of Petroleum Technology，1972，24（8）：929-934.

［7］ ZHANG Jincai. Pore pressure prediction from well logs： methods， modifications， and new approaches［J］. Earth-Science Reviews， 2011，108（1）：50-63.

［8］ BOWERS G L. Pore pressure estimation from velocity data： accounting for overpressure mechanisms besides under compaction ［J］. SPE Drilling & Completion，1995，10（2）：89-95.

［9］ 樊洪海.適于檢測砂泥巖地層孔隙壓力的綜合解釋方法［J］.石油勘探與開發(fā)，2002，29（1）：90-92.

FAN Honghai. A new integrated pore pressure evaluation method for shale-sand formations［J］. Petroleum Exploration and Development， 2002，29（1）：90-92.

［10］ 李中，劉和興，李磊，等.基于改進(jìn)的Bowers法預(yù)測南海陵水深水高溫地層異常壓力［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，34（6）：60-66，73.

LI Zhong， LIU Hexing， LI Lei， et al. Prediction of abnormal pressure in Lingshui deep-water high temperature formation based on improved Bowers method［J］. Journal of Xian Shiyou University（Natural of Science Edition），2019，34（6）：60-66，73.

［11］ JORDEN J R， SHIRLEY O J. Application of drilling performance data to overpressure detection［J］. Journal of Petroleum Technology， 1966，18（11）：1，387-381，394.

［12］ REHM B， MCCLENDON R. Measurement of formation pressure from drilling data：46th Annual Fall Meeting of the Society of Petroleum Engineers of AIME［C］.New Orleans， 1971.

［13］ VIDRINE D J， BENIT E J. Field verification of the effect of differential pressure on drilling rate［J］. Journal of Petroleum Technology， 1968，20（7）：676-682.

［14］ 樊洪海.異常地層壓力分析方法與應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社，2016：73-77.

［15］ 楊進(jìn)，溫偉明.用巖石強度法隨鉆監(jiān)測預(yù)測地層壓力［J］.中國海上油氣（工程），2000，12（3）：28-30，25.

YANG jin， WEN Weiming. Monitoring and predicting formation pressure while drilling by rock strength［J］. China Offshore Oil and Gas（Engineering），2000，12（3）：28-30，25.

［16］ 葉志，樊洪海，蔡軍，等.一種異常高壓形成機(jī)制判別方法與應(yīng)用［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，36（3）：102-107.

YE Zhi， FAN Honghai， CAI Jun， et al. Investigation and application of a discrimination method for abnormal high formation pressure forming mechanism［J］. Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science）， 2012，36（3）：102-107.

［17］ 范昌育，王震亮，張鳳奇.庫車坳陷克拉蘇沖斷帶傳遞型超壓的識別、計算及其主控因素［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014，38（3）：32-38.

FAN Changyu， WANG Zhenliang， ZHANG Fengqi. Identification， calculation and main controlling factors of overpressure transferred by fault in Kelasu thrust belt of Kuqa depression ［J］. Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science）， 2014，38（3）：32-38.

［18］ BOWERS G L， KATSUBE T J. The role of shale pore structure on the sensitivity of wire-line logs to overpressure［J］. AAPG，2001：43-60.

［19］ BOWERS G L. Determining an appropriate pore-pressure estimation strategy：Offshore Technology Conference［C］. Houston： Texas， 2001：1-14.

［20］ 劉華，袁飛飛，蔣有錄，等.沾化凹陷古近系超壓特征及其成因機(jī)制［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2021，45（3）：23-32.

LIU Hua， YUAN Feifei， JIANG Youlu， et al. Genesis and characteristics of Paleogene overpressure in Zhanhua Depression， Jiyang Sub-basin ［J］. Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science）， 2021，45（3）：23-32.

［21］ 宋建波，張倬元，余遠(yuǎn)忠，等.巖體經(jīng)驗強度準(zhǔn)則及其在地質(zhì)工程中的應(yīng)用［M］.北京：地質(zhì)出版社，2002：12.

［22］ MAJIDI R， ALBERTIN M， LAST N. Pore-pressure estimation by use of mechanical specific energy and drilling efficiency［J］. SPE Drilling & Completion， 2017，32（2）：97-104.

［23］ 李昌盛，楊傳書，馬英.空氣錘鉆井機(jī)械比能計算方法［J］.石油鉆采工藝，2020，42（2）：167-171.

LI Changsheng， YANG Chuanshu， MA Ying. A method for calculating the mechanical specific energy of air hammer drilling［J］. First Oil Drilling & Production Technology，2020，42（2）：167-171.

（編輯 沈玉英）

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（52074224）

第一作者：陳現(xiàn)軍（1982-），男，高級工程師，碩士，研究方向為地質(zhì)錄井技術(shù)。E-mail：chenxj@cfbgc.com。

通信作者：郭書生（1975-），男，教授級高工，碩士，研究方向為地質(zhì)作業(yè)管理及技術(shù)。E-mail：guoshusheng@cnooc.com.cn。

引用格式：陳現(xiàn)軍，郭書生，王世越，等.鉆井機(jī)械能效地層壓力監(jiān)測新方法在南海鶯瓊盆地的應(yīng)用［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2024，48（3）：188-197.

CHEN Xianjun， GUO Shusheng， WANG Shiyue， et al. Application of new method for formation pressure monitoring of drilling machinery energy efficiency in Yingqiong Basin， South China Sea［J］. Journal of China University of Petroleum （Edition of Natural Science），2024，48（3）：188-197.