CN101278209B - 钻前孔隙压力预测方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种孔隙压力预测方法，包括获得应力灵敏度系数，获得针对钻前位置的压缩波(P-波)速度和剪切波(S-波)速度，以及获得第一预测孔隙压力。另外，所述方法包括重复执行：使用与钻前位置有关的第一预测孔隙压力，计算与钻前位置有关的总应力值；以及使用应力-压力关系公式、应力-速度关系公式、应力灵敏度系数、参考位置，以及从针对钻前位置的P-波速度和S-波速度组成的组中选择出的至少一个，计算与钻前位置有关的第二预测孔隙压力，并工具第二预测孔隙压力，调整与钻前位置有关的钻井操作。

Description

钻前孔隙压力预测方法和系统

相关申请的交叉参考 

本申请要求Colin Michael Sayers和Richard Anthony Birchwood于2005年8月8日申请的题为“Sub-Salt Pore Pressure Prediction”的美国临时专利申请No.60/595,814的优先权，本文将该申请全文引为参考文献。 

背景技术

有些物质(如盐等)具有低渗透性，即不容易透过流体。在有些情况下，低渗透性物质可能处于钻井操作目标物质的上面。 

图1示出钻井操作的示意图。本领域技术人员可以理解，图1中所示之钻井操作仅用于例举之目的，因而不应当被理解为限制本发明的范围。例如图1中所示的钻井操作是海底钻井操作，而钻井操作也可以是陆地钻井操作。 

如图1中所示，将钻井机(105)设计成使用与钻杆柱(125)末端连接的钻头(未示出)钻入岩层(例如海底(110)下面的岩层)中。具体地说，使用钻头钻出延伸至目标物质(120)的钻孔(130)。目标物质(120)可以是钻井操作目的所在的碳氢化合物或矿物资源。另外，如图1中所示，低渗透性物质(115)可能处于目标物质(120)的上面。因而，为了到达目标物质(120)，要求钻孔(130)穿过低渗透性物质(115)。 

当低渗透性物质的沉积物被埋藏或者压紧时，有可能将流体挤压到所生成的结构内(即低渗透性物质本身内，和/或低渗透性物质下面的物质(如沙子等)内)的孔隙中。按照这种方式被挤压的流体向周围岩层施加被称做是孔隙压力的压力。在给定深度处孔隙压力超过静水压力的岩层，被称做过压。 

当钻入过压岩层时，泥浆重量(即输送到钻孔的钻井液的重量)必须足够大，以防止孔隙压力将岩层流体移动到钻孔中。在比较糟糕的情况下， 进入钻孔中的岩层流体可能造成钻井失败，和/或伤及操作钻井机的工作人员。因此，为了进行安全和经济的钻井，必须足够精确地预测孔隙压力。特别是，这样有利于在钻前预测孔隙压力，即在开始任何钻井操作之前和/或在钻头还没有到达的任何位置处预测孔隙压力。 

一般地说，钻前孔隙压力预测是基于使用钻前地震速度，以及使用偏移井数据(即来自钻井位置附近其他井的数据)校准的速度-孔隙压力转换。不过，在有些情况下(比如钻到盐下面时)，传统的钻前孔隙压力预测不够精确。在Sayers CM，Johnson GM和Denyer G.，2002，“Pre-drillPore Pressure Prediction Using Seismic Data”Geophysics，67，1286-1292中可以找到对传统钻前孔隙压力预测技术的进一步讨论。 

在钻井操作中使用泥浆来冷却钻头，将钻井操作产生的切削屑输送到地面，防止岩层流体流入钻孔，并使钻孔稳定。为了防止岩层流体流入，钻井操作员必须保持泥浆重量等于或者高于孔隙压力。为了使钻孔稳定，钻井操作员调节泥浆重量(即所用泥浆的密度))，抵制钻孔塌陷的趋势。然而，钻孔操作员必须很小心，以至于不会由于使用过高泥浆重量而使岩层断裂。 

另外，太高的泥浆重量必然导致不能接受的低钻井速度。因而，泥浆重量必须较低，以至足以保持可接受的钻井速度，并且避免使岩层断裂。在这种情况下，当钻入过压岩层中，允许的泥浆重量窗口(即容许泥浆重量的范围)可能比较小。特别是，泥浆施加的力必须处于孔隙压力(或者防止塌陷的压力，如果高于孔隙压力的话)和使岩层断裂需要的压力之间的范围以内。 

另外，当钻入过压岩层时，可能会增大所需套管柱(即插入钻孔内的结构支撑体)的数量。特别是，如果没有足够精确的钻前孔隙压力预测，为了防止钻井控制问题(如岩层流体的流入)和/或钻孔失败，有可能过早地插入附加的套管柱。过早插入套管柱会延缓钻井操作和/或减小钻孔的尺寸，造成经济损失。 

发明内容

概括而言，按照一种方案，本发明涉及一种进行孔隙压力预测的方法。 所述方法包括获得应力灵敏度系数，获得钻前位置的压缩波(P-波)速度和剪切波(S-波)速度，获得第一预测孔隙压力，重复执行：使用与钻前位置有关的第一预测孔隙压力计算与钻前位置有关的总应力值；并使用应力-压力关系公式、应力-速度关系公式、应力灵敏度系数、参考位置，以及从钻前位置的P-波速度和S-波速度组成的组选择出的至少一个，计算与钻前位置有关的第二预测孔隙压力，其中，如果第一预测孔隙压力与第二预测孔隙压力之差小于或等于阈值差值，则完成重复过程；而若所述差值大于阈值差值，则使用第二预测孔隙压力来更新第一预测孔隙压力，并根据第二预测孔隙压力调节与钻前位置有关的钻井操作。 

概括而言，按照一种方案，本发明涉及一种计算机可读介质，所述介质包含执行进行孔隙压力预测的方法的指令。所述方法包括：获得应力灵敏度系数，获得钻前位置的压缩波(P-波)速度和剪切波(S-波)速度，获得第一预测孔隙压力，重复执行：使用与钻前位置有关的第一预测孔隙压力计算与钻前位置有关的总应力值；并使用应力-压力关系公式、应力-速度关系公式、应力灵敏度系数、参考位置，以及从钻前位置的P-波速度和S-波速度组成的组选择出的至少一个，计算与钻前位置有关的第二预测孔隙压力，其中，如果第一预测孔隙压力与第二预测孔隙压力之差小于或等于阈值差值，则完成重复过程；而若所述差值大于阈值差值，则使用第二预测孔隙压力来更新第一预测孔隙压力，并根据第二预测孔隙压力调节与钻前位置有关的钻井操作。 

概括而言，按照一种方案，本发明涉及一种用于执行孔隙压力预测方法的井下钻进工具。所述方法包括：获得应力灵敏度系数，获得钻前位置的压缩波(P-波)速度和剪切波(S-波)速度，获得第一预测孔隙压力，重复执行：使用与钻前位置有关的第一预测孔隙压力计算与钻前位置有关的总应力值；并使用应力-压力关系公式、应力-速度关系公式、应力灵敏度系数、参考位置，以及从钻前位置的P-波速度和S-波速度组成的组选择出的至少一个，计算与钻前位置有关的第二预测孔隙压力，其中，如果第一预测孔隙压力与第二预测孔隙压力之差小于或等于阈值差值，则完成重复过程；而若所述差值大于阈值差值，则使用第二预测孔隙压力来更新第一预测孔隙压力，并根据第二预测孔隙压力调节与钻前位置有关的钻井操 作。 

通过下面的描述和所附权利要求，将使本发明的其他方面愈为显而易见的。 

附图说明

图1表示钻井操作的示意图； 

图2表示本发明一种或多种实施例系统的视图； 

图3表示本发明一种或多种实施例的流程图； 

图4表示本发明一种或多种实施例的计算机系统的视图。 

具体实施方式

以下参照附图详细描述本发明的具体实施例。各附图中为保持一致性，使用相同的附图标记表示相同元件。 

在下面对本发明实施例的详细描述中，为了提供对本发明更充分的理解给出多个具体细节。然而，本领域普通技术人员显然应能理解，可以在不具有这些具体细节的情况下实施本发明。在其他情况下，为了避免使描述不必要地变得复杂，并未详细描述公知特征。 

概括地说，本发明的实施例提供了钻前孔隙压力预测方法和系统。具体而言，使用参考数据、与钻前位置有关的声波或地震波速度、至少一种应力-速度关系公式，以及应力-压力关系公式预测钻前孔隙压力。按照本发明的一种或多种实施例，反复地预测孔隙压力，直至满足阈值条件为止。基于预测出的孔隙压力调节与钻前位置有关的钻井操作。 

图2表示本发明一种或多种实施例系统的视图。具体地说，图2表示本发明一种或多种实施例计算环境(205)的视图。 

按照本发明的一种或多种实施例，所述计算环境(205)包括一个或多个计算机系统(例如计算机系统A(210)、计算机系统N(215))，用以执行与钻井有关的任务。在本发明的一种或多种实施例中，所述计算机系统(如210，215)可以是网络服务器、嵌入式系统(比如位于井下钻进工具中的计算机)、桌面计算机、膝上型计算机、个人数字助理，以及任何其他同类计算机系统或者他们的任意组合。 

具体而言，按照本发明的一种或多种实施例，所述一个或多个计算机系统(如210，215)包括应力灵敏度系数计算器(220)、总应力计算器(230)和/或孔隙压力计算器(235)。在本发明的一种或多种实施例中，可将上述部件(即220，230，235)设置于单个计算机系统(如210，215)中，分别设在多个计算机系统(如210，215)上，或者它们的任意组合。在本发明的一种或多种实施例中，上述每个部件(即220，230，235)可以包括一个或多个软件模块、一个或多个硬件模块，或者它们的组合。另外，按照本发明的一种或多种实施例，可以将上述部件(即220，230，235)配置成通过函数调用、应用程序接口(API)、网络协议(即有线或无线网络协议)、电子电路，以及任何其他同类通信和/或通信协议，或者它们的任意组合而彼此通信。 

按照本发明的一种或多种实施例，可以将应力灵敏度系数计算器(220)配置成：利用参考数据，计算至少一种应力灵敏度系数。下面参照图3描述使用参考数据计算应力灵敏度系数。在本发明的一种或多种实施例中，可以将总应力计算器(230)配置成：利用预测孔隙压力，计算与钻前位置有关的总应力值。下面参照图3描述对总应力值的计算。 

按照本发明的一种或多种实施例，可以将孔隙压力计算器(235)配置成：由使用总应力计算器计算出的总应力值计算预测孔隙压力。另外，按照本发明的一种或多种实施例，计算预测孔隙压力包括使用由应力灵敏度系数计算器(220)计算出的应力灵敏度系数。下面参照图3描述对预测孔隙压力的计算。 

另外，按照本发明的一种或多种实施例，一旦孔隙压力计算器(235)已经计算出预测孔隙压力，则总应力计算器(230)可以使用预测孔隙压力重新计算总应力值。然后，孔隙压力计算器(235)使用重新计算出的总应力值，重新计算预测孔隙压力。按照本发明的一种或多种实施例，可以将孔隙压力计算器(235)和总应力计算器(230)配置成重复地重新计算总应力值和预测孔隙压力，直至预测孔隙压力满足阈值条件为止。下面参照图3描述对总应力值和预测孔隙压力的重复的重新计算。 

图3表示本发明一种或多种实施例的流程图。具体而言，图3表示本发明一种或多种实施例的钻前孔隙压力预测方法流程图。 

按照本发明的一种实施例，钻前位置相当于还没有进行钻井的位置；另一种说法是，钻头还没有到达钻前位置，不过，钻前位置处于钻头的预定路径中，除非改变钻孔的轨迹，钻头最终必将到达该钻前位置。在本发明的一个实施例中，可以在钻井中，钻井前(即开始钻出钻孔之前)或其任意组合中执行图3中所述的方法。 

回到图3，可以使用参考数据计算一个或多个应力灵敏度系数(步骤305)。具体来说，按照本发明的一种或多种实施例，所述参考数据可以包括与一个或多个参考位置有关的值。按照本发明的一种或多种实施例，所述参考位置在一个或多个偏移井中可包括模拟地质岩层中的位置、任何其他同类的位置，或者它们的任意组合。 

按照本发明的一种或多种实施例，所述参考数据包括—但不限于—总应力、有效应力、P-波速度、S-波速度，以及孔隙压力。可以利用声波岩芯记录测量(sonic log measurements)，在实验室中进行的超声测量(比如参见Winkler，K.W.&Xingzhou，L.，1996，“Measurements ofthird-order Elastic Constants in Rocks”，J.Acoust.Soc.Am.，Vol.100，pp.1392-1398)、钻孔地震测量、垂直地震分布(VSP)、计算机模拟，任何其他方法或者它们的组合获得所述参考数据。 

譬如，可以利用Modular Formation Dynamics Tester(MDT)工具或Repeat Formation Tester(RFT)工具获得偏移井中某一位置处的孔隙压力。作为可供选择的方式，可以使用比如Malinverno，A.等人的2004，“Integrating Diverse Measurements to Predict Pore Pressure withUncertainties While Drilling”SPE Paper 90001中所述的数值模块获得孔隙压力。 

另外，可以使用应力模块获得参考位置处的总应力。下面的参考文献描述了本发明可使用的多种应力模块：Lee，D.，等人，2003，“Using aDynamic Mechanical Earth Model and Integrated Drilling Team toReduce Well Costs and Drilling Risks in San Martin Field”SPE PaperNo.84557和Moos，D.&Castillo，D.A.，2000，“Reservoir GeomechanicsApplied to Drilling and Completions Programs in challengingformations：North West shelf Timor Sea，North Sea and Columbia” APPEA Journal，February 16，pp.509-521。 

按照本发明的一种或多种实施例，在步骤305中算出的应力灵敏度系数是，涉及与岩层中某一位置有关的压缩波(P-波)和剪切波(S-波)速度，以及该位置处的有效应力的系数。因而，在本发明的一种或多种实施例中，可以利用一个或多个应力-速度关系公式计算应力灵敏度系数。所述应力-速度关系公式可以是一阶、二阶、n阶(n为任意正整数)，或者它们的任意组合。 

在本发明的一个实施例中，所述应力-速度关系公式可包括下列公式中的一个或多个： 

$v_P({\mathrm{\σ}}_V,{\mathrm{\σ}}_h)=v_P^{\left(0\right)}+{\mathrm{\α}}_P^v{\mathrm{\Δ\σ}}_V+{\mathrm{\α}}_P^h{\mathrm{\Δ\σ}}_h---\left(1\right)$

$v_S({\mathrm{\σ}}_V,{\mathrm{\σ}}_h)=v_S^{\left(0\right)}+{\mathrm{\α}}_S^v{\mathrm{\Δ\σ}}_V+{\mathrm{\α}}_S^h{\mathrm{\Δ\σ}}_h---\left(2\right)$

式中的 是垂直压缩应力灵敏度系数， 

是水平压缩应力灵敏度系数， 

是垂直剪切应力灵敏度系数， 

是水平剪切应力灵敏度系数。 

所述 

作为一个系数，它使压缩波(P-波)速度的改变与σ_V(即有效垂直应力)的改变相关联。所述 

作为一个系数，它使压缩波(P-波)速度的改变与σ_h(即有效水平应力)的改变相关联。所述 

作为一个系数，它使剪切波(S-波)速度的改变与σ_V(即有效垂直应力)的改变相关联。所述 

作为一个系数，它使剪切波(S-波)速度的改变与σ_h(即有效水平应力)的改变相关联。 

按照本发明的一种或多种实施例，可以根据下式将 

σ_V以及σ_h关联起来： 

$v_P^{\left(0\right)}=v_P({\mathrm{\σ}}_V^{\left(0\right)},{\mathrm{\σ}}_h^{\left(0\right)})---\left(3\right)$

$v_S^{\left(0\right)}=v_S({\mathrm{\σ}}_V^{\left(0\right)},{\mathrm{\σ}}_h^{\left(0\right)})---\left(4\right)$

${\mathrm{\σ}}_V={\mathrm{\σ}}_V^{\left(0\right)}+{\mathrm{\Δ\σ}}_V---\left(5\right)$

${\mathrm{\σ}}_h={\mathrm{\σ}}_h^{\left(0\right)}+{\mathrm{\Δ\σ}}_h---\left(6\right)$

上面所述的变量定义如下： 

是与公共参考位置有关的有效垂直应力值， 

是与公共参考位置有关的有效水平应力值，σ_V是与位置有关的有效垂直应力值，σ_h是与该位置有关的有效水平应力值，Δσ_V是公共参考 位置处的有效垂直应力值与该位置处的有效垂直应力值之间的差值，Δσ_h是公共参考位置处的有效水平应力值与该位置处的有效水平应力值之间的差值， 

是与公共参考位置有关的参考P-波速度， 

是与公共参考位置有关的S-波速度，v_P(σ_V，σ_h)是与位置有关的P-波速度，v_S(σ_V，σ_h)是与位置有关的S-波速度。 

利用公式(1)-(6)，可以使用下述方法得到应力灵敏度系数(即 

以及 

)。最初，选择公共参考位置(L0)、第一位置(L1)和第二位置(L2)。本领域技术人员可以理解，这里使用的术语“第一”和“第二”仅用于将与一个位置有关的值同与另一位置有关的值区分开。因而，使用这些术语并不意味着顺序。继续该示例，L0，L1和L2可以位于偏移井内的不同深度处。在本发明的一个实施例中，L0位于偏移井中岩层的顶部。作为可供选择的方式，L0，L1和L2可以位于同一深度处，不过距离偏移井钻孔的轴不同距离处。譬如，L0，L1和L2可以位于海底下面10,000英尺处，其中L0位于钻孔壁上，L1位于沿垂直于钻孔轴的线测量时岩层内部3英寸的位置处，L2位于沿垂直于钻孔轴的线测量时岩层内6英寸的位置处。 

在本发明的一个实施例中，所述L0，L1和L2处的岩层包含基本相同的物理性质(如岩性，多孔性等)。可以使用磁芯数据或岩芯记录(如电阻系数岩芯记录、中子多孔性岩芯记录，密度岩芯记录，核磁谐振岩芯记录等)检验物理性质的相似性。 

一旦已经选择了L0，L1和L2，则得出针对每个位置(即L0，L1和L2)的v_P(σ_V，σ_h)和v_S(σ_V，σ_h)。按照本发明的一种或多种实施例，可以使用预测变井源距的垂直地震分布(VSP)得到P-波速度和S-波速度。在本发明的一个实施例中，所述VSP是多方位变井源距VSP。在Leaney，W.S.，Sayers，C.M.，和Miller，D.E.，1999，“Analysis of Multiazimuthal VSP Datafor Anisotropy and AVO”，Geophysics，64，1172-1180中可以寻找到对于多方位VSP的进一步讨论。 

作为另一种可供选择的方式，可以使用Harrison，A.R.，1990，“Acquisition and Analysis of Sonic Waveforms from a BoreholeMonopole and Dipole Source and the Determination of Compressional and Shear Speads and their Relation to Rock Mechanical Propertiesand Surface Seismic Data”，SPE Paper No.20557，267-282中所描述的钻孔声波工具获得P-波速度和S-波速度。在美国专利No.5,838,633和6,904,365中描述了获得以距钻孔轴的距离为函数的P-波速度和S-波速度的其他方法。前面所述的所有专利都是本申请的受让人共同拥有的。 

作为又一种可供选择的方式，按照本发明的一种或多种实施例，可以使用多分量地震勘测(如3C勘测、4C勘测等)获得P-波速度和S-波速度。譬如，可以使用P-波和S-波振荡器、P-波和S-波接收器，或者它们的任何组合，在地面上执行多分量地震勘测。作为另一个示例，可以使用位于海底上的P-波和S-波传感器，在海洋环境中进行多分量地震勘测。 

作为再一种可供选择的方式，按照本发明的一种或多种实施例，可以使用PP和SS反射、PP和PS反射(比如在S-波接收器可变，但S-波源不可变的情况下)、任何其他同种类型的方法，或者它们的任何组合，获得P-波速度和S-波速度。另外，按照本发明的一种或多种实施例，可以通过转换与PP反射有关的振幅-偏移(AVO)数据，获得P-波速度和S-波速度。同样地，按照本发明的一种或多种实施例，可以使用与PS反射和SS反射有关的AVO数据。 

回过来再来讨论使用公式(1)-(6)确定应力灵敏度系数，得出每个位置(即L0，L1，L2)处的孔隙压力。如上所述，可以使用多种向下钻进工具或多种方法获得孔隙压力。另外，还对每个位置(即L0，L1，L2)获得也被表示为张量的总应力。 

利用每个位置处的孔隙压力和总应力，确定每个位置处的有效应力。在本发明的一个实施例中，将有效应力(σ)定义为总应力与表示成张量的孔隙压力之间的差值。然后，利用上面所述的有效应力(σ)与公式(5)和(6)，确定L1和L2处的Δσ_V和Δσ_h。利用针对L1和L2的v_P(σ_V，σ_h)，v_S(σ_V，σ_h)，Δσ_V以及Δσ_h的值，创建四个公式(两个公式与公式(1)相应，两个公式与公式(2)相应)。在这个阶段，有四个公式和四个未知数(即 

和 

)，因而，可重新整理这些公式，求解，并获得 

和 

的值。 

在本发明的一个实施例中，在最小水平应力和最大水平应力相等或者基本相等的情况下，可以使用公式(1)和(2)。不过，在最小水平应力与最 大水平应力不相等或不基本相等的情况下，可使用下面公式(1)和(2)的展开： 

$v_P({\mathrm{\σ}}_V,{\mathrm{\σ}}_h,{\mathrm{\σ}}_H)=v_P^{\left(0\right)}+{\mathrm{\α}}_P^v{\mathrm{\Δ\σ}}_V+{\mathrm{\α}}_P^h{\mathrm{\Δ\σ}}_h+{\mathrm{\α}}_P^H{\mathrm{\Δ\σ}}_H---\left(7\right)$

$v_{S1}({\mathrm{\σ}}_V,{\mathrm{\σ}}_h,{\mathrm{\σ}}_H)=v_{S1}^{\left(0\right)}+{\mathrm{\α}}_{S1}^v{\mathrm{\Δ\σ}}_V+{\mathrm{\α}}_{S1}^h{\mathrm{\Δ\σ}}_h+{\mathrm{\α}}_{S1}^H{\mathrm{\Δ\σ}}_H---\left(8\right)$

$v_{S2}({\mathrm{\σ}}_V,{\mathrm{\σ}}_h,{\mathrm{\σ}}_H)=v_{S2}^{\left(0\right)}+{\mathrm{\α}}_{S2}^v{\mathrm{\Δ\σ}}_V+{\mathrm{\α}}_{S2}^h{\mathrm{\Δ\σ}}_h+{\mathrm{\α}}_{S2}^H{\mathrm{\Δ\σ}}_H---\left(9\right)$

本领域技术人员可以理解，当S_H与S_h不相等时，存在具有不同速度的具有不同偏振的剪切波。 

按照本发明的一种或多种实施例，通过将微机械模型应用于参考数据，得到应力灵敏度系数。譬如，可以使用考虑了应力依赖性及颗粒(如砂岩中)之间的接触取向分布的微机械模型。在Sayers，C.M.，2002，“Stress-dependent elastic anisotropy of sandstones”，GeophysicalProspecting，50，85-95和Sayers，C.M.(1999)Stress-dependentseismic anisotropy of shales，Geophysics，64，93-98中可以寻找到对于微机械模型的进一步讨论。 

有些情况下的垂直应力并非主要的应力。在这种情况下，可以使用将有效应力与P-波速度和S-波速度关联起来的公式(1)和(2)的更为通用的形式。例如，公式(1)和(2)可包括并非平行于或垂直于垂直轴(关于重力矢量)取向的剪切应力分量或主应力分量。 

美国专利US 7,042,802；US 6,351,991；US 5,838,633；US 5,619,475；US 5,475,650；以及US 5,398,215中描述了用于获得应力灵敏度系数的其他方法。上述所有专利都为本申请的受让人共同拥有。 

本领域技术人员可以理解，公式(1)和(2)中示例性的应力-压力关系依赖于以下的事实-垂直传播的P-波对于平行于传播方向作用的有效应力分量的改变最为敏感，S-波对于平行于传播方向作用的有效应力分量和平行于偏振方向作用的有效应力分量都敏感。另外，在Sayers，C.M.，2004，“Monitoring production-induced stress changes using seismicwaves”，第74届SEG年会增刊摘要中可以寻找到对于这些基本事实的进一步讨论。特别是由于对于P-波而言，传播方向与偏振方向基本平行，而对于S-波来说，传播方向与偏振方向垂直，P-波与S-波速度的组合使 得能够分别确定有效应力的垂直分量，从而能够确定孔隙压力以及主应力。 

继续讨论图3，按照本发明的一种或多种实施例，在步骤310中，可以使用上面所述的一种或多种方法得出与钻前位置有关的P-波速度和/或S-波速度。在本发明的一个实施例中，可以使用通常被称做变井源距VSP的多偏移垂直地震分布(VSP)，得到P-波速度和/或S-波速度。在这种情况下，可以使用沿一条线排列的用于最大化关于主应力信息提取的小球(shot)获得VSP。还可以使用多偏移、多方位VSP。 

继续讨论图3，按照本发明的一种或多种实施例，在步骤315中，可以使用上面所述的一个或多个方法获得与参考位置有关的P-波速度和/S-波速度。 

在步骤320中，可以使用预测孔隙压力计算与钻前位置有关的总应力值。特别是，按照本发明的一种或多种实施例，第一次执行步骤320时，可以从偏移井、计算机模拟或者任何其他来源获得预测孔隙压力。例如，可以使用偏移井数据上的速度-孔隙压力变换得到预测孔隙压力。在Eaton，“The Equation for Geopressure Prediction from Well Logs”，SPE 5544(Society of Petroleum Engineers of AIME，1975)和Bowers，“Pore Pressure Estimation from Velocity Data：Accounting forPore-Pressure Mechanisms besides Undercompaction”，SPE Drillingand Completion(1995年6月)89-95中可以寻找到对于速度-孔隙压力变换的进一步讨论。 

按照本发明的一种或多种实施例，计算总应力值可以包括包含钻前位置和周围岩层的有限元分析。例如，有限元分析中使用的有限元模型可以包括钻前位置，以及一个或多个偏移井中的一个或多个位置。执行有限元分析还可以包括使用预测孔隙压力计算一个或多个深度上(如低渗透性物质上面、下面，和/或周围)的总应力改变。例如，可以由偏移井获得边界应力条件，并用于估计钻前位置处的总应力值。在Fredrich，J.T.等人，2003，“Stress Perturbations Adjacent to Salt Bodies in DeepwaterGulf of Mexico”，SPE Paper No.84554中可以寻找到对于有限元分析的进一步讨论。 

作为可供选择的方式，可以使用有限差或任何其他类似的数值方法。下面的文章讨论了可以取代上述有限元方法使用的数值方法：Poliakov，A.N.B.等人，1993，“An Explicit Intertial Method for the Simulationof Viscoelastic Flow：An Evaluation of Elastic Effects on DiapiricFlow in Two-and Three-layer Models”，Stone，D.B.&Runcorn，S.K.(eds.)Flow and Creep in the Solar System：Observations，Modeling and Theory，pp.175-195。 

继续讨论图3，按照本发明的一种或多种实施例，在步骤325，利用在步骤320中得到的总应力值计算第二预测孔隙压力。下面详细讨论了获得第二预测孔隙压力的实施例。 

最初，选择一参考位置。步骤325中使用的参考位置可以是步骤305中使用的公共参考位置，或者可以为处于一个偏移井或者目标钻孔(即当前轨迹与钻前位置相交的钻孔)中的另一位置。在本发明的一个实施例中，所述参考位置和钻前位置包括基本相同的物理性质(如岩性，多孔性等)。可使用岩芯记录(如电阻系数岩芯记录，多孔性岩芯记录，密度岩芯记录，磁共振岩芯记录等)检验物理性质的相似性。 

下式给出有效应力、总应力与孔隙压力之间的关系： 

σ_ij＝S_ij-αpδ_ij                (10) 

式中的i和j表示张量的分量，σ_ij是有效应力分量，S_ij是总应力分量，α是多孔性弹性系数。如果i＝j，则δ_ij为1；如果i≠j，则δ_ij为0。可以使用多种方法得到α，比如在Wang HF.，2000，“Theory of LinearPoroelasticity-with Applications to Geomechanics andHydrogeology”Princeton University，287pp中所描述的那样。本领域技术人员可以理解，上述参考文献中所述的方法并无意于限制本发明的范围。继续讨论步骤325，利用公式(8)取代公式(1)或(2)中的有效应力，得到： 

$v_P(S_v,S_h,p)=v_P^{\left(0\right)}+{\mathrm{\α}}_P^v({\mathrm{\ΔS}}_v-\mathrm{\α\Δp})+{\mathrm{\α}}_P^h({\mathrm{\ΔS}}_h-\mathrm{\α\Δp})---\left(11\right)$

$v_S(S_v,S_h,p)=v_S^{\left(0\right)}+{\mathrm{\α}}_S^v({\mathrm{\ΔS}}_v-\mathrm{\α\Δp})+{\mathrm{\α}}_S^h({\mathrm{\ΔS}}_h-\mathrm{\α\Δp})---\left(12\right)$

对于这份参考文献而言，公式(11)-(12)中的变量定义如下： v_P(S_v，S_h，p)是与钻前位置有关的P-波速度；v_S(S_v，S_h，p)是与钻前位置有关的S-波速度；v_P ⁽⁰⁾是与参考位置有关的P-波速度；v_S ⁽⁰⁾是与参考位置有关的S-波速度；α_P ^v是在步骤305中获得的垂直压缩应力灵敏度系数；α_P ^h是在步骤305中获得的水平压缩应力灵敏度系数；α_S ^v是在步骤305中获得的垂直剪切应力灵敏度系数；α_S ^h是在步骤305中获得的水平剪切应力灵敏度系数；S_v是总垂直应力；S_h是总水平应力；p是孔隙压力；前面带有Δ的项表示钻前位置与参考位置处的值之间的差值；α为多孔弹性系数。 

利用公式(11)和/或公式(12)，以前述步骤中得到的数值确定Δp。然后，可将Δp与参考位置处的孔隙压力相加，得出第二预测孔隙压力。 

继续讨论图3，按照本发明的一种或多种实施例，在步骤330，可以比较步骤320中使用的预测孔隙压力(下称“第一”预测孔隙压力)与步骤325中计算出的预测孔隙压力(下称“第二”预测孔隙压力)。具体而言，可以将第一和第二预测孔隙压力之间的一个或多个差值度量与一个或多个阈值差值进行比较。按照本发明的一种或多种实施例，阈值差值可以是差值度量的最大值，表示第二预测孔隙压力足够精确。在本发明的一个实施例中，当|(PP1-PP2)/PP1|≤0.001时，判断第二预测孔隙压力足够精确，其中PP1表示第一预测孔隙压力，PP2表示第二预测孔隙压力。本领域技术人员可以理解，阈值差值可使用其他数值，并且差值度量可使用其他数学结构。阈值差值可以为小于1的任何其他数值。 

按照本发明的一种或多种实施例，如果在步骤330中第一与第二预测孔隙压力之间的差值大于阈值差值，则在步骤335中使用第二预测孔隙压力更新第一预测孔隙压力。在这种情况下，使用第一更新后的预测孔隙压力重复步骤320。按照本发明的一种或多种实施例，如果重复步骤320-325，则可以使用钻进时采集的当前数据(如地震波速度、应力数据等)。譬如，可以使用钻进的同时所进行的测量(MWD)，钻进时的岩芯记录(LWD)，任何其他类似种类的钻井数据，或者它们的任何组合采集当前数据。本领域技术人员可以理解，使用多个当前数据和/或接近钻前位置的某一位置的数据，可以提高所计算出的总应力值的精度。另外，本领域技术人员可以理解，“更新”第一预测孔隙压力可能简单地表明，使用在步骤325中计算出的预测孔隙压力重复步骤320。 

按照本发明的一种或多种实施例，可以重复执行步骤320和325(即经由步骤330和335)，直到第一与第二预测孔隙压力之间的差值小于或等于步骤330中的阈值差值为止。所述的另一种方法，可以重复步骤320和325，直至第一和第二预测孔隙压力充分收敛为止(比如第一与第二预测孔隙压力之差≤0.1％)。 

按照本发明的一种或多种实施例，如果在步骤330中第一与第二预测孔隙压力之差小于或等于阈值差值，则在步骤340中可以根据第二预测孔隙压力调整与钻前位置有关的钻井操作。具体来说，按照本发明的一种或多种实施例，调整钻井操作可能涉及到调整钻井流体密度(即适当增大或减小钻井流体密度)，调整钻井轨迹(比如避开过压区域，通过低压区域等)，优化钻孔中套管柱的数量(即增加套管柱，延迟增加套管柱等)，或者任何其他相似类型的调整。 

在本发明的一个实施例中，如果所提议的钻井轨迹位于干扰周围应力场的复杂结构(比如盐)的附近，并且所提议的钻井轨迹穿过高渗透性岩层(比如沙)，则可使用任何可用于确定此岩层中孔隙压力的技术来确定高渗透岩层中的孔隙压力。 

例如，如果页岩(低渗透性物质)与沙子(高渗透性)接界，则可以在页岩中钻一口偏移井，并且可使用例如声波或地震速度来确定页岩中的孔隙压力。然后，可使用页岩中的孔隙压力，利用例如质心方法获得沙子中的孔隙压力。在序列号为WO2004/022905、被转让给本申请受让人的专利合作条约(PCT)申请中描述了一种具体的质心方法。质心方法的替代包括数字盆地建模。一旦确定了沙子中的孔隙压力，则可使用孔隙压力来验证多种应力灵敏度系数和/或用于产生钻前位置处的总应力的模型。 

在本发明的一个实施例中，在钻井的同时使用电线和/或测井，得到偏移井中某一位置的孔隙压力测量值，其中，所述的位置处于沙子中，而且沙子延伸到钻前位置。在这种情况下，可以使用在偏移井中该位置处所得到的孔隙压力，以及偏移井中该位置与钻前位置之间的流体静力学梯度(由流体密度定义)的信息，估计钻前位置处的孔隙压力。一旦确定了钻前位置处沙子中的孔隙压力，就可以使用孔隙压力验证多种应力灵敏度系数和/或用于产生钻前位置处的总应力的模型。 

在本发明的一个实施例中，可以使用在目标钻孔(即轨迹与钻前位置相交的钻孔)中钻进时获得的井下钻进测量，更新应力灵敏度系数和/或用于生成钻前位置处的总应力的模型。然后，在使用多偏移VSP获得的地震速度之前稍许时间，可使用这些系数预测孔隙压力。 

按照本发明的一个或多个实施例，提供了一种用于精确预测钻前孔隙压力的方法。因而，采用本发明的一个或多个实施例，可以防止岩层流体进入钻孔，从而防止破坏井和/或伤害操作钻井机的工作人员。另外，按照本发明的一个或多个实施例，可以防止在财政上过早地插入套管柱。 

实际上可以在任何种类的计算机上实现本发明，而与所使用的平台无关。例如，有如图4中所示那样，计算机系统(400)包括处理器(402)、相关的存储器(404)、存储装置(406)，以及多个其他元件和当今计算机(未示出)的典型功能。计算机(400)还可以包括输入装置，如键盘(408)和鼠标(410)，以及输出装置，如监视器(412)。计算机系统(400)可通过网络接口连接(未示出)与网络(414)(比如局域网(LAN)，比如Internet的广域网(WAN)，或者任何其他类似种类的网络)连接。本领域技术人员可以理解，这些输入和输出装置可采取任何其他形式。 

另外，本领域技术人员可以理解，上述计算机系统(400)的一个或多个元件可以位于远程位置处，并通过网络与其他元件连接。另外，可以在具有多个节点的分布式系统上实现本发明，其中，本发明的每一部分(如应力灵敏度系数计算器、总应力计算器、孔隙压力计算器等)可以位于分布式系统内的不同节点处。在本发明的一个实施例中，节点与计算机系统相应。作为选择，所述节点可以相当于与物理存储器相关的处理器。所述节点还可以与具有共享存储器和/或资源的处理器相应。另外，可以将执行本发明实施例的软件指令存储到比如光盘(CD)、磁盘、磁带，文件的计算机可读介质上，或者任何其他计算机可读存储装置上。此外，在本发明的一个实施例中，可以通过图形用户界面(比如显示装置)，向用户显示预测孔隙压力(包括使用图3中所示方法计算出的所有孔隙压力)。 

尽管针对有限数量的实施例描述了本发明，但本领域技术人员得益于本说明书，可以想到不偏离本文所披露的本发明范围的其他实施例。因而，本发明的范围应当仅由所附权利要求限定。 

Claims (38)

1.一种孔隙压力预测方法，包括如下步骤：

获得应力灵敏度系数；

获得钻前位置的压缩波速度和剪切波速度；

获得第一预测孔隙压力；

重复执行：

使用与钻前位置有关的第一预测孔隙压力，计算与钻前位置有关的总应力值；和

使用应力-压力关系公式、应力-速度关系公式、应力灵敏度系数、参考位置，以及从钻前位置的压缩波速度和剪切波速度组成的组选择出的至少一个，计算与钻前位置有关的第二预测孔隙压力，

其中，若第一预测孔隙压力与第二预测孔隙压力之差小于或等于阈值差值，则完成重复，并且

若所述差值大于阈值差值，则使用第二预测孔隙压力更新第一预测孔隙压力；以及

根据第二预测孔隙压力，调整与钻前位置有关的钻井操作。

2.如权利要求1所述的方法，其中，使用应力-速度关系公式、偏移井中的第一位置、偏移井中的第二位置以及公共参考位置，执行获得应力灵敏度系数的操作。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述公共参考位置位于偏移井中。

4.如权利要求2所述的方法，其中，所述第一位置包括处于偏移井中的第一深度，所述第二位置包括处于偏移井中的第二深度。

5.如权利要求2所述的方法，其中，所述应力-速度关系公式包括选自由：

$v_P({\mathrm{\σ}}_V,{\mathrm{\σ}}_h)=v_P^{\left(0\right)}+{\mathrm{\α}}_P^v{\mathrm{\Δ\σ}}_V+{\mathrm{\α}}_P^h{\mathrm{\Δ\σ}}_h$ 和

$v_S({\mathrm{\σ}}_V,{\mathrm{\σ}}_h)=v_S^{\left(0\right)}+{\mathrm{\α}}_S^v{\mathrm{\Δ\σ}}_V+{\mathrm{\α}}_S^h{\mathrm{\Δ\σ}}_h$

所组成的组中的至少一个，其中，

$v_P^{\left(0\right)}=v_P({\mathrm{\σ}}_V^{\left(0\right)},{\mathrm{\σ}}_h^{\left(0\right)}),$ $v_S^{\left(0\right)}=v_S({\mathrm{\σ}}_V^{\left(0\right)},{\mathrm{\σ}}_h^{\left(0\right)}),$ ${\mathrm{\σ}}_V={\mathrm{\σ}}_V^{\left(0\right)}+{\mathrm{\Δ\σ}}_V,$ ${\mathrm{\σ}}_h={\mathrm{\σ}}_h^{\left(0\right)}+{\mathrm{\Δ\σ}}_h,$

并且，为了计算应力灵敏度系数：

是与公共参考位置有关的有效垂直应力值，是与公共参考位置有关的第一有效最小水平应力值，σ_V是与从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置有关的有效垂直应力值，σ_h是与从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置有关的有效最小水平应力值，Δσ_V是从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置与公共参考位置处的有效垂直应力值之间的差值，Δσ_h是从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置与公共参考位置处的有效最小水平应力值之间的差值，

是与公共参考位置有关的参考压缩波速度，

是与公共参考位置有关的参考剪切波速度，

是垂直压缩应力灵敏度系数，

是最小水平压缩应力灵敏度系数，是垂直剪切应力灵敏度系数，是最小水平剪切应力灵敏度系数，v_P(σ_V，σ_h)是与从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置有关的参考压缩波速度，v_S(σ_V，σ_h)是与从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置有关的参考剪切波速度，以及

其中，所述应力灵敏度系数是从由

和组成的组中选择的一个。

6.如权利要求2所述的方法，其中，所述应力-速度关系公式包括选自由

$v_P({\mathrm{\σ}}_V,{\mathrm{\σ}}_h,{\mathrm{\σ}}_H)=v_P^{\left(0\right)}+{\mathrm{\α}}_P^v{\mathrm{\Δ\σ}}_V+{\mathrm{\α}}_P^h{\mathrm{\Δ\σ}}_h+{\mathrm{\α}}_P^H{\mathrm{\Δ\σ}}_H$

$v_{S1}({\mathrm{\σ}}_V,{\mathrm{\σ}}_h,{\mathrm{\σ}}_H)=v_{S1}^{\left(0\right)}+{\mathrm{\α}}_{S1}^v{\mathrm{\Δ\σ}}_V+{\mathrm{\α}}_{S1}^h{\mathrm{\Δ\σ}}_h+{\mathrm{\α}}_{S1}^H{\mathrm{\Δ\σ}}_H$ 和

$v_{S2}({\mathrm{\σ}}_V,{\mathrm{\σ}}_h,{\mathrm{\σ}}_H)=v_{S2}^{\left(0\right)}+{\mathrm{\α}}_{S2}^v{\mathrm{\Δ\σ}}_V+{\mathrm{\α}}_{S2}^h{\mathrm{\Δ\σ}}_h+{\mathrm{\α}}_{S2}^H{\mathrm{\Δ\σ}}_H$

组成的组中的至少一个，其中：

$v_P^{\left(0\right)}=v_P({\mathrm{\σ}}_V^{\left(0\right)},{\mathrm{\σ}}_h^{\left(0\right)}),$ $v_{S1}^{\left(0\right)}=v_{S1}({\mathrm{\σ}}_V^{\left(0\right)},{\mathrm{\σ}}_h^{\left(0\right)}),$ $v_{S2}^{\left(0\right)}=v_{S2}({\mathrm{\σ}}_V^{\left(0\right)},{\mathrm{\σ}}_h^{\left(0\right)}),$ ${\mathrm{\σ}}_V={\mathrm{\σ}}_V^{\left(0\right)}+{\mathrm{\Δ\σ}}_V,$ ${\mathrm{\σ}}_h={\mathrm{\σ}}_h^{\left(0\right)}+{\mathrm{\Δ\σ}}_h,$ ${\mathrm{\σ}}_H={\mathrm{\σ}}_H^{\left(0\right)}+{\mathrm{\Δ\σ}}_H$

并且，为了计算应力灵敏度系数：

是与公共参考位置有关的有效垂直应力值，

是与公共参考位置有关的第一有效最小水平应力值，

是与公共参考位置有关的第一有效最大水平应力值，σ_V是与从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置有关的有效垂直应力值，σ_h是与从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置有关的有效最小水平应力值，σ_H是与从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置有关的有效最大水平应力值，Δσ_V是从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置与公共参考位置处的有效垂直应力值之间的差值，Δσ_h是从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置与公共参考位置处的有效最小水平应力值之间的差值，Δσ_H是从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置与公共参考位置处的有效最大水平应力值之间的差值，

是与公共参考位置有关的参考压缩波速度，

是与公共参考位置有关的第一参考剪切波速度，是与公共参考位置有关的第二参考剪切波速度，

是垂直压缩应力灵敏度系数，是最小水平压缩应力灵敏度系数，是最大水平压缩应力灵敏度系数，是第一垂直剪切应力灵敏度系数，

是第二垂直剪切应力灵敏度系数，

是第一最小水平剪切应力灵敏度系数，

是第二最小水平剪切应力灵敏度系数，

是第一最大水平剪切应力灵敏度系数，是第二最大水平剪切应力灵敏度系数，v_P(σ_V，σ_h，σ_H)是与从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置有关的参考压缩波速度，v_S1(σ_V，σ_h，σ_H)是与从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置有关的第一参考剪切波速度，v_S2(σ_V，σ_h，σ_H)是与从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置有关的第二参考剪切波速度，

其中，剪切波包括第一参考剪切波速度和第二参考剪切波速度，并且

应力灵敏度系数是从由和

组成的组中选择的一个。

7.如权利要求2所述的方法，其中，从由公共参考位置、偏移井中的第一位置和偏移井中的第二位置组成的组中选择的至少一个，包含与钻前位置基本相同的物理性质。

8.如权利要求2所述的方法，其中，计算总应力值包括使用数学模型，并且数学模型计算包括在一个体积中的总应力值，所述体积包含钻前位置以及从由公共参考位置、偏移井中的第一位置和偏移井中的第二位置组成的组中选择的至少一个。

9.如权利要求1所述的方法，其中，所述钻前位置位于低渗透性物质的下面。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述低渗透性物质为盐。

11.如权利要求1所述的方法，其中，所述计算应力灵敏度系数包括使用微机械模型。

12.如权利要求1所述的方法，其中，所述获得压缩波速度和剪切波速度包括执行提前变井源距垂直地震剖面(VSP)。

13.如权利要求1所述的方法，其中，通过使用偏移井中某一位置处的孔隙压力，偏移井中该位置与钻前位置之间的流体静力学梯度的信息，获得钻前位置处的替代孔隙压力，从而验证应力灵敏度系数；并且，偏移井中的该位置处于高渗透性物质中，而且所述高渗透性物质延伸到钻前位置。

14.如权利要求1所述的方法，其中，通过获得钻前位置处的替代孔隙压力验证应力灵敏度系数；使用偏移井中的孔隙压力和质心方法来确定替代孔隙压力；并且，所述偏移井中的位置处于低渗透性物质中，钻前位置处于高渗透性物质中，以及所述低渗透性物质与高渗透性物质接触。

15.如权利要求1所述的方法，其中，所述应力-压力关系公式为：

σ_ij＝S_ij-αpδ_ij

式中的i和j表示张量的分量，σ_ij是有效应力分量，S_ij是总应力分量，α是多孔性弹性系数，p与选自第一预测孔隙压力、第二预测孔隙压力和参考位置处的孔隙压力组成的组中的一个相对应；若i＝j，则δ_ij为1；若i≠j，则δ_ij为0。

16.如权利要求1所述的方法，其中，使用选自由：

$v_P(S_v,S_h,p)=v_P^{\left(0\right)}+{\mathrm{\α}}_P^v({\mathrm{\ΔS}}_v-\mathrm{\α\Δp})+{\mathrm{\α}}_P^h({\mathrm{\ΔS}}_h-\mathrm{\α\Δp})$

$v_S(S_v,S_h,p)=v_S^{\left(0\right)}+{\mathrm{\α}}_S^v({\mathrm{\ΔS}}_v-\mathrm{\α\Δp})+{\mathrm{\α}}_S^h({\mathrm{\ΔS}}_h-\mathrm{\α\Δp})$

组成的组中的至少一个公式计算第二预测孔隙压力，式中的v_P(S_v，S_h，p)是与钻前位置有关的压缩波速度，v_S(S_v，S_h，p)是与钻前位置有关的剪切波速度，是与参考位置有关的参考压缩波速度，

是与参考位置有关的参考剪切波速度，S_v是从总应力值得出的总垂直应力，S_h是从总应力值得出的总最小水平应力，p与选自第一预测孔隙压力、第二预测孔隙压力和参考位置处的孔隙压力组成的组中的一个相应，α为多孔性弹性系数，

是垂直压缩应力灵敏度系数，是最小水平压缩应力灵敏度系数，

是垂直剪切应力灵敏度系数，

是最小水平剪切应力灵敏度系数，并且

前面带有Δ的项表示钻前位置与参考位置处的值之间的差值。

17.如权利要求1所述的方法，其中，调整钻井操作包括选自由调整钻井流体密度、调整钻井轨迹，以及优化钻孔中套管柱数量组成的组中的至少一个。

18.如权利要求1所述的方法，其中，所述钻前位置包括在钻孔中正在操作的钻头下面的位置。

19.如权利要求1所述的方法，其中，在图形用户界面上显示第一预测孔隙压力和第二预测孔隙压力。

20.一种井下钻进工具，它被构造成执行孔隙压力预测方法，所述方法包括：

获得应力灵敏度系数；

获得钻前位置的压缩波速度和剪切波速度；

获得第一预测孔隙压力；

重复执行：

使用与钻前位置有关的第一预测孔隙压力，计算与钻前位置有关的总应力值；和

使用应力-压力关系公式、应力-速度关系公式、应力灵敏度系数、参考位置，以及从钻前位置的压缩波速度和剪切波速度组成的组选择出的至少一个，计算与钻前位置有关的第二预测孔隙压力，

其中，若第一预测孔隙压力与第二预测孔隙压力之差小于或等于阈值差值，则完成重复，并且

若所述差值大于阈值差值，则使用第二预测孔隙压力更新第一预测孔隙压力；以及

根据第二预测孔隙压力，调整与钻前位置有关的钻井操作。

21.如权利要求20所述的井下钻进工具，其中，使用应力-速度关系公式、偏移井中的第一位置、偏移井中的第二位置以及公共参考位置，执行获得应力灵敏度系数的操作。

22.如权利要求21所述的井下钻进工具，其中，所述公共参考位置位于偏移井中。

23.如权利要求21所述的井下钻进工具，其中，所述第一位置包括处于偏移井中的第一深度，所述第二位置包括处于偏移井中的第二深度。

24.如权利要求21所述的井下钻进工具，其中，所述应力-速度关系公式包括选自由：

$v_P({\mathrm{\σ}}_V,{\mathrm{\σ}}_h)=v_P^{\left(0\right)}+{\mathrm{\α}}_P^v{\mathrm{\Δ\σ}}_V+{\mathrm{\α}}_P^h{\mathrm{\Δ\σ}}_h$ 和

$v_S({\mathrm{\σ}}_V,{\mathrm{\σ}}_h)=v_S^{\left(0\right)}+{\mathrm{\α}}_S^v{\mathrm{\Δ\σ}}_V+{\mathrm{\α}}_S^h{\mathrm{\Δ\σ}}_h$

组成的组中的至少一个，

式中的 $v_P^{\left(0\right)}=v_P({\mathrm{\σ}}_V^{\left(0\right)},{\mathrm{\σ}}_h^{\left(0\right)}),$ $v_S^{\left(0\right)}=v_S({\mathrm{\σ}}_V^{\left(0\right)},{\mathrm{\σ}}_h^{\left(0\right)}),$ ${\mathrm{\σ}}_V={\mathrm{\σ}}_V^{\left(0\right)}+{\mathrm{\Δ\σ}}_V,$ ${\mathrm{\σ}}_h={\mathrm{\σ}}_h^{\left(0\right)}+{\mathrm{\Δ\σ}}_h,$

并且，为了计算应力灵敏度系数：

是与公共参考位置有关的有效垂直应力值，

是与公共参考位置有关的第一有效最小水平应力值，σ_V是与从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置有关的有效垂直应力值，σ_h是与从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置有关的有效最小水平应力值，Δσ_V是从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置与公共参考位置处的有效垂直应力值之间的差值，Δσ_h是从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置与公共参考位置处的有效最小水平应力值之间的差值，

是与公共参考位置有关的参考压缩波速度，是与公共参考位置有关的参考剪切波速度，是垂直压缩应力灵敏度系数，

是最小水平压缩应力灵敏度系数，

是垂直剪切应力灵敏度系数，

是最小水平剪切应力灵敏度系数，v_P(σ_V，σ_h)是与从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置有关的参考压缩波速度，v_S(σ_V，σ_h)是与从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置有关的参考剪切波速度，以及

应力灵敏度系数是从由

和

组成的组中选择的一个。

25.如权利要求21所述的井下钻进工具，其中，所述应力-速度关系公式包括选自由：

$v_P({\mathrm{\σ}}_V,{\mathrm{\σ}}_h,{\mathrm{\σ}}_H)=v_P^{\left(0\right)}+{\mathrm{\α}}_P^v{\mathrm{\Δ\σ}}_V+{\mathrm{\α}}_P^h{\mathrm{\Δ\σ}}_h+{\mathrm{\α}}_P^H{\mathrm{\Δ\σ}}_H$

$v_{S1}({\mathrm{\σ}}_V,{\mathrm{\σ}}_h,{\mathrm{\σ}}_H)=v_{S1}^{\left(0\right)}+{\mathrm{\α}}_{S1}^v{\mathrm{\Δ\σ}}_V+{\mathrm{\α}}_{S1}^h{\mathrm{\Δ\σ}}_h+{\mathrm{\α}}_{S1}^H{\mathrm{\Δ\σ}}_H$ 和

$v_{S2}({\mathrm{\σ}}_V,{\mathrm{\σ}}_h,{\mathrm{\σ}}_H)=v_{S2}^{\left(0\right)}+{\mathrm{\α}}_{S2}^v{\mathrm{\Δ\σ}}_V+{\mathrm{\α}}_{S2}^h{\mathrm{\Δ\σ}}_h+{\mathrm{\α}}_{S2}^H{\mathrm{\Δ\σ}}_H$

组成的组中的至少一个，

式中的 $v_P^{\left(0\right)}=v_P({\mathrm{\σ}}_V^{\left(0\right)},{\mathrm{\σ}}_h^{\left(0\right)}),$ $v_{S1}^{\left(0\right)}=v_{S1}({\mathrm{\σ}}_V^{\left(0\right)},{\mathrm{\σ}}_h^{\left(0\right)}),$ $v_{S2}^{\left(0\right)}=v_{S2}({\mathrm{\σ}}_V^{\left(0\right)},{\mathrm{\σ}}_h^{\left(0\right)}),$ ${\mathrm{\σ}}_V={\mathrm{\σ}}_V^{\left(0\right)}+{\mathrm{\Δ\σ}}_V,$ ${\mathrm{\σ}}_h={\mathrm{\σ}}_h^{\left(0\right)}+{\mathrm{\Δ\σ}}_h,$ ${\mathrm{\σ}}_H={\mathrm{\σ}}_H^{\left(0\right)}+{\mathrm{\Δ\σ}}_H$

并且，为了计算应力灵敏度系数：

是与公共参考位置有关的有效垂直应力值，

是与公共参考位置有关的第一有效最小水平应力值，

是与公共参考位置有关的第一有效最大水平应力值，

σ_V是与从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置有关的有效垂直应力值，σ_h是与从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置有关的有效最小水平应力值，σ_H是与从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置有关的有效最大水平应力值，Δσ_V是从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置与公共参考位置处的有效垂直应力值之间的差值，Δσ_h是从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置与公共参考位置处的有效最小水平应力值之间的差值，Δσ_H是从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置与公共参考位置处的有效最大水平应力值之间的差值，

是与公共参考位置有关的参考压缩波速度，

是与公共参考位置有关的第一参考剪切波速度，

是与公共参考位置有关的第二参考剪切波速度，

是垂直压缩应力灵敏度系数，

是最小水平压缩应力灵敏度系数，

是最大水平压缩应力灵敏度系数，

是第一垂直剪切应力灵敏度系数，

是第二垂直剪切应力灵敏度系数，是第一最小水平剪切应力灵敏度系数，

是第二最小水平剪切应力灵敏度系数，

是第一最大水平剪切应力灵敏度系数，是第二最大水平剪切应力灵敏度系数，v_P(σ_V，σ_h，σ_H)是与从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置有关的参考压缩波速度，v_S1(σ_V，σ_h，σ_H)是与从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置有关的第一参考剪切波速度，v_S2(σ_V，σ_h，σ_H)是与从第一位置和第二位置组成的组选择出的一个位置有关的第二参考剪切波速度，

所述剪切波包括第一参考剪切波速度和第二参考剪切波速度，并且

所述应力灵敏度系数是从由

和

组成的组中选择的一个。

26.如权利要求21所述的井下钻进工具，其中，从由公共参考位置、偏移井中的第一位置和偏移井中的第二位置组成的组的中选择的至少一个，包括与所述钻前位置基本相同的物理性质。

27.如权利要求21所述的井下钻进工具，其中，计算总应力值包括使用数学模型；数学模型计算包括在一个体积中的总应力值，所述体积包含所述钻前位置以及从由公共参考位置、偏移井中的第一位置和偏移井中的第二位置组成的组中选择的至少一个。

28.如权利要求20所述的井下钻进工具，其中，所述钻前位置位于低渗透性物质的下面。

29.如权利要求28所述的井下钻进工具，其中，所述低渗透性物质为盐。

30.如权利要求20所述的井下钻进工具，其中，所述计算应力灵敏度系数包括使用微机械模型。

31.权利要求20所述的井下钻进工具，其中，所述获得压缩波速度和剪切波速度包括执行提前变井源距垂直地震剖面(VSP)。

32.如权利要求20所述的井下钻进，其中，通过使用偏移井中某一位置处的孔隙压力、有关偏移井中该位置与钻前位置之间的流体静力学梯度的信息，获得钻前位置处的替代孔隙压力，从而验证应力灵敏度系数；并且，所述偏移井中的该位置处于高渗透性物质中，而且所述高渗透性物质延伸到钻前位置。

33.如权利要求20所述的井下钻进工具，其中，通过获得钻前位置处的替代孔隙压力来验证应力灵敏度系数；使用偏移井中的孔隙压力和质心方法来确定替代孔隙压力；并且，所述偏移井中该位置处于低渗透性物质中，钻前位置处于高渗透性物质中，而且所述低渗透性物质与高渗透性物质接触。

34.如权利要求20所述的井下钻进工具，其中，所述应力-压力关系公式为：

σ_ij＝S_ij-αpδ_ij

式中的i和j表示张量的分量，σ_ij是有效应力分量，S_ij是总应力分量，α是多孔性弹性系数，p与选自第一预测孔隙压力、第二预测孔隙压力和参考位置处的孔隙压力组成的组中的一个相对应；若i＝j，则δ_ij为1；若i≠j，则δ_ij为0。

35.如权利要求20所述的井下钻进工具，其中，使用选自由：

$v_P(S_v,S_h,p)=v_P^{\left(0\right)}+{\mathrm{\α}}_P^v({\mathrm{\ΔS}}_v-\mathrm{\α\Δp})+{\mathrm{\α}}_P^h({\mathrm{\ΔS}}_h-\mathrm{\α\Δp})$

$v_S(S_v,S_h,p)=v_S^{\left(0\right)}+{\mathrm{\α}}_S^v({\mathrm{\ΔS}}_v-\mathrm{\α\Δp})+{\mathrm{\α}}_S^h({\mathrm{\ΔS}}_h-\mathrm{\α\Δp})$

组成的组中的至少一个公式计算第二预测孔隙压力，式中的v_P(S_v，S_h，p)是与钻前位置有关的压缩波速度，v_S(S_v，S_h，p)是与钻前位置有关的剪切波速度，

是与参考位置有关的参考压缩波速度，

是与参考位置有关的参考剪切波速度，S_v是从总应力值得出的总垂直应力，S_h是从总应力值得出的总最小水平应力，p与选自第一预测孔隙压力、第二预测孔隙压力和参考位置处的孔隙压力组成的组中的一个相应，α为多孔性弹性系数，是垂直压缩应力灵敏度系数，是最小水平压缩应力灵敏度系数，

是垂直剪切应力灵敏度系数，

是最小水平剪切应力灵敏度系数，并且

前面带有Δ的项表示钻前位置与参考位置处的值之间的差值。

36.如权利要求20所述的井下钻进工具，其中，调整钻井操作包括选自由调整钻井流体密度、调整钻井轨迹，以及优化钻孔中套管柱的数量组成的组中的至少一个。

37.如权利要求20所述的井下钻进工具，其中，所述钻前位置包括在钻孔中正在操作的钻头下面的位置。

38.如权利要求20所述的井下钻进工具，其中，在图形用户界面上显示第一预测孔隙压力和第二预测孔隙压力。

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