CN101936157B - 一种利用测井资料检测高压盐水层孔隙压力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用测井资料检测高压盐水层孔隙压力的方法，该方法通过基于沉积特征的声波时差、自然电位、自然伽马测井响应特征与高压盐水层孔隙压力关系曲面，从而根据测得的测井数据检测高压盐水层孔隙压力，以便在钻井设计时为确定安全钻井液密度提供科学依据，以有效阻止施工过程中盐水层井下复杂和其他恶性事故的发生。

Description

一种利用测井资料检测高压盐水层孔隙压力的方法

技术领域

本发明涉及一种利用测井资料检测高压盐水层孔隙压力的方法，更具体地说，涉及一种基于趋势面理论利用测井资料来检测高压盐水层孔隙压力的方法。

背景技术

在石油钻井尤其是深井、超深井钻探过程中，经常钻遇盐(膏)层，中国大陆钻探发现的盐(膏)层分布范围广泛，塔里木、江汉、四川、胜利、中原、华北、新疆、青海、长庆等油田都曾有钻遇盐(膏)层时发生卡钻、套管挤毁、严重溢流，甚至油井报废的恶性事故。盐(膏)层一般属潟湖陆相沉积和滨海相沉积，盐间发育的水层常具有高压、高矿化度特征，被钻井专家形象地称为“盐老虎”。钻遇高压盐水层，常会污染钻井液、井壁稳定变差，由于异常压力预测困难，盐水外溢时常造成井内溢流、上吐下泻，甚至井喷、井眼报废等严重事故。若能够准确预测高压盐水层孔隙压力，就可以为钻井设计时确定安全钻井液密度提供科学依据，以有效阻止盐水层井下复杂和其他恶性事故的发生。

为此本发明中的创作人凭借其多年从事相关行业的经验与实践，并经潜心研究与开发，终于创造出一种利用利用测井资料检测高压盐水层孔隙压力的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用测井资料检测高压盐水层孔隙压力的方法，利用该方法可以检测高压盐水层孔隙压力，以便在钻井设计时为确定安全钻井液密度提供科学依据，以有效阻止盐水层井下复杂和其他恶性事故的发生。

本发明中利用测井资料检测高压盐水层孔隙压力的方法，包括有下列步骤：

1)钻井过程中，根据岩屑录井确定盐(膏)层段，记录钻井过程溢流时的钻井液密度ρ、粘度μ、井口处钻井液返速v_s、立压p_t及钻头所在深度h，得到不同深度处溢流特征数据系列{h⁽ⁱ⁾，ρ⁽ⁱ⁾，μ⁽ⁱ⁾，v_s ⁽ⁱ⁾，p_t ⁽ⁱ⁾}；

2)根据有效应力原理和等效深度法原理，计算深度h⁽ⁱ⁾处的盐水层孔隙压力，利用实钻数据修正后得到不同深度处盐水层孔隙压力数据系列{h⁽ⁱ⁾，p_p ⁽ⁱ⁾}；

3)根据测井资料记录的不同深度地层测井响应系统，找出h⁽ⁱ⁾处的声波时差值DT⁽ⁱ⁾、自然伽马值GR⁽ⁱ⁾和自然电位值SP⁽ⁱ⁾，得到不同深度处盐水层孔隙压力与测井相应数据系列{h⁽ⁱ⁾，p_p ⁽ⁱ⁾，DT⁽ⁱ⁾，GR⁽ⁱ⁾，SP⁽ⁱ⁾}；

4)根据声波时差、自然电位值测井数据，通过线性回归方法建立正常压力趋势方程：

DT_n＝a+blnh

SP_n＝c+dlnh；

5)建立不同深度处盐水层孔隙压力与声波时差偏移值ΔDT(DT-DT_n)、自然电位偏移值ΔSP(SP-SP_n)值、自然伽马值数据系列{h⁽ⁱ⁾，p_p ⁽ⁱ⁾，ΔDT⁽ⁱ⁾，GR⁽ⁱ⁾，ΔSP⁽ⁱ⁾}；

6)通过趋势面法，建立孔隙压力检测方程，p_p＝f(ΔDT，GR，ΔSP)；

7)孔隙压力检测：

(A)地层为盐水层，

(B)建立正常压力趋势方程，

(C)得到不同深度处盐水层声波时差偏移值ΔDT、自然电位偏移值ΔSP值、自然伽马值数据系列{h⁽ⁱ⁾，ΔDT⁽ⁱ⁾，GR⁽ⁱ⁾，ΔSP⁽ⁱ⁾}，

(D)代入p_p＝f(ΔDT，GR，ΔSP)，得到不同深度处的孔隙压力。

所述步骤2)中的方法是由弹性波传播理论建立深度h⁽ⁱ⁾与孔隙度φ⁽ⁱ⁾一有序序列[h⁽ⁱ⁾，φ⁽ⁱ⁾](沉积岩孔隙度随深度变化剖面)，由有效应力原理和正常压实理论建立起深度h⁽ⁱ⁾、等效深度

与孔隙压力

数据系列

所述步骤3)中的方法是依据不同深度地层测井响应系统，找出h⁽ⁱ⁾处的声波时差值DT⁽ⁱ⁾、自然伽马值GR⁽ⁱ⁾和自然电位值SP⁽ⁱ⁾响应特征，将步骤2)中的

序列与声波时差值DT⁽ⁱ⁾、自然伽马值GR⁽ⁱ⁾和自然电位值SP⁽ⁱ⁾进行多项式趋势面分析，得到不同深度处盐水层孔隙压力与测井相应数据系列{h⁽ⁱ⁾，p_p ⁽ⁱ⁾，DT⁽ⁱ⁾，GR⁽ⁱ⁾，SP⁽ⁱ⁾}。

所述步骤4)中的方法是将测井数据DT⁽ⁱ⁾、SP⁽ⁱ⁾通过线性回归方法建立正常压力趋势方程，得到有序序列

和有序序列

依据所述步骤5)中的方法建立不同深度处盐水层孔隙压力与声波时差偏移值ΔDT(DT-DT_n)、自然电位偏移值ΔSP(SP-SP_n)值、自然伽马值数据系列{h⁽ⁱ⁾，p_p ⁽ⁱ⁾，ΔDT⁽ⁱ⁾，GR⁽ⁱ⁾，ΔSP⁽ⁱ⁾}。

所述步骤6)中的方法是对不同深度处盐水层孔隙压力与声波时差偏移值、自然电位偏移值、自然伽马值数据系列{h⁽ⁱ⁾，p_p ⁽ⁱ⁾，ΔDT⁽ⁱ⁾，GR⁽ⁱ⁾，ΔSP⁽ⁱ⁾}进行趋势面分析，建立孔隙压力检测方程p_p＝f(ΔDT，GR，ΔSP)。

所述步骤7)中的方法是首先根据步骤1)确认盐水层特征，通过正常压力趋势方程，得到不同深度处盐水层声波时差偏移值ΔDT、自然电位偏移值ΔSP值、自然伽马值数据系列{h⁽ⁱ⁾，ΔDT⁽ⁱ⁾，GR⁽ⁱ⁾，ΔSP⁽ⁱ⁾}，带入孔隙压力检测方程p_p＝f(ΔDT，GR，ΔSP)，得到不同深度处的孔隙压力。

本发明中利用测井资料检测高压盐水层孔隙压力的方法是通过基于沉积特征的声波时差、自然电位、自然伽马测井响应特征与高压盐水层孔隙压力关系曲面，从而根据测得的测井数据检测高压盐水层孔隙压力，以便在钻井设计时为确定安全钻井液密度提供科学依据，以有效阻止施工过程中盐水层井下复杂和其他恶性事故的发生。

附图说明

图1是盐(膏)层测井响应特征图；

图2是用等效深度法计算的孔隙压力图；

图3是利用测井资料检测的高压盐水层孔隙压力结果图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明中的具体实施例作进一步详细说明。

依据太沙基有效应力原理，岩石上覆压力由骨架应力和孔隙水压力共同承担，正常排水固结过程中岩石孔隙度随总应力(上覆岩层压力)增加变小。若地层欠压实或者排水不充分固结时，地层孔隙水压力超过正常沉积状态。据此可知岩石孔隙水压力与孔隙度大小、上覆岩层压力之间有相关关系。依据弹性波传播理论，声波在岩石骨架及孔隙水中传播速度不同，声速可以反映岩石骨架及孔隙组成情况。自然电位曲线记录泥浆与地层水矿化度不同形成的自然电场情况，可以反映地层孔隙水密度、矿化度、压力情况。自然伽马可以反映岩性状况。因此利用测井资料响应特征可以检测地层孔隙压力情况。

本发明中利用测井资料检测高压盐水层孔隙压力的方法包括下列步骤：

1.确定高压盐水层溢流层段

通过岩屑录井资料和钻井日志等资料建立盐膏层段不同深度处溢流特征数据系列{h⁽ⁱ⁾，ρ⁽ⁱ⁾，μ⁽ⁱ⁾，v_s ⁽ⁱ⁾，p_t ⁽ⁱ⁾}，如下：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{6018.16,2.18,61,2.7,0.8}\\ \mathrm{6026.21,2,22,75,0.3,2.5}\\ \mathrm{6110.04,2.23,72,3.1,3.2}\\ \mathrm{6188.14,2.25,69,4.3,2.6}\\ \mathrm{6339.21,2.21,68,2.1,2.4}\end{array}\right\}.$

2.如图1所示，根据正常压力理论和波在弹性介质传播理论可知，声波时差可以反映地层孔隙度变化情况，测井解释公式为

$\mathrm{\φ}=\frac{\mathrm{\Δt}}{{\mathrm{\Δt}}_f-{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{ma}}}-\frac{{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{ma}}}{{\mathrm{\Δt}}_f-{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{ma}}}$

其中，Δt-研究点的声波时差，μs/m；

Δt_f-孔隙流体的声波时差，μs/m；

Δt_ma-岩石骨架的声波时差，μs/m。

理论和实验分析显示，正常压实情况下地层孔隙度随净覆压增加而减小，关系为

$\frac{\mathrm{d\φ}}{\mathrm{\φ}}=-a\·d{\mathrm{\σ}}^{\′}$ 积分有

其中，

-孔隙度，％；

a-孔隙度随深度而变化的减少率，与岩性及其结构有关的系数，一般，对于同一岩石类型其值基本相同。

因一般情况下有φ∝Δt

省略无穷小项，有

Δt＝Δt₀e^-cH即

在单对数坐标值上或用计算机绘图绘制的线性变化关系曲线，据此可以求出c、Δt₀。

有效应力原理有

P＝P_p+σ′

正常压实时静水孔隙压力为

P_p＝ρ_wgH

根据等效深度法基本思路：设地层中异常层段的A点与正常压力层段的B点之骨架有效应力相等，则称D_B为D_A的等效深度，即AB两点的有效应力相等。

等效深度点的找法为：将A点的声波时差带入

$H=-\frac{1}{c}(\ln \mathrm{\Δt}-\ln \mathrm{\Δ}{t}_0),$

所得深度点B即为A的等效深度点，从而得到等效深度数据序列

计算A点异常孔隙压力时，采用积分算法得到总应力P_A、P_B，采用静水压力算法获得正常压实点B的孔隙压力，依有效应力原理得到

，由等效深度原理有

${\mathrm{\σ}}_A^{\′}={\mathrm{\σ}}_B^{\′}$

依有效应力原理即可获得点A孔隙压力值

$P_{\mathrm{pA}}=P_A-{\mathrm{\σ}}_A^{\′}=P_A-(P_B-P_{\mathrm{pB}})=G_A\·H_A-(G_B\·H_B-G_{\mathrm{pB}}\·H_B)$

其中，G＝P/H，原则上讲由于岩石压实作用不同，上覆岩层的压力梯度可能有所变化，但是实例计算表明，采用理论值G₀＝0.0231kg·cm^-2·m进行计算，结果与实际情况(水力压裂测压)相比误差非常小，在可允许范围之内，故G_A＝G_B＝G₀。

如图2所示，将有序序列

带入得到A点孔隙压力值

P_pA＝G₀(H_A-H_B)+G_pB·H_B

用上式来计算盐水层孔隙压力，再经实钻数据修正后得到不同深度处盐水层孔隙压力数据有序序列{h⁽ⁱ⁾，p_p ⁽ⁱ⁾}。

3.建立测井资料与盐水层孔隙压力响应系统

根据测井资料记录的不同深度地层测井响应系统，找出h⁽ⁱ⁾处的声波时差值DT⁽ⁱ⁾、自然伽马值GR⁽ⁱ⁾和自然电位值SP⁽ⁱ⁾，得到不同深度处盐水层孔隙压力与测井相应数据系列{h⁽ⁱ⁾，p_p ⁽ⁱ⁾，DT⁽ⁱ⁾，GR⁽ⁱ⁾，SP⁽ⁱ⁾}。

根据声波时差、自然电位值测井数据，通过线性回归方法建立正常压力趋势方程：

${\mathrm{DT}}_n^{\left(i\right)}=6.9812+0.0263\ln h$

${\mathrm{SP}}_n^{\left(i\right)}=-2455.8860+285.7143\ln h$

建立不同深度处盐水层孔隙压力与声波时差偏移值ΔDT(DT-DT_n)、自然电位偏移值ΔSP(SP-SP_n)值、自然伽马值数据系列{h⁽ⁱ⁾，p_p ⁽ⁱ⁾，ΔDT⁽ⁱ⁾，GR⁽ⁱ⁾，ΔSP⁽ⁱ⁾}如下

对有序序列{h⁽ⁱ⁾，p_p ⁽ⁱ⁾，ΔDT⁽ⁱ⁾，GR⁽ⁱ⁾，ΔSP⁽ⁱ⁾}进行趋势面分析，得到盐水层孔隙压力检测方程

$p_p^{\left(i\right)}=f(\mathrm{\Δ}{\mathrm{DT}}^{\left(i\right)},{\mathrm{GR}}^{\left(i\right)},\mathrm{\Δ}{\mathrm{SP}}^{\left(i\right)})$

通过趋势面分析

$y=\frac{a}{{({\mathrm{CAL}}_i-{\mathrm{CAL}}_0)}^b}[c{({\mathrm{DT}}_i-{\mathrm{DT}}_0)}^d-e|{\mathrm{GR}}_i-{\mathrm{GR}}_0|+\mathrm{f\Σ}{({\mathrm{SP}}_i-{\mathrm{SP}}_0)}^g+h{\mathrm{\Φ}}^l+m{(P_{\mathrm{pi}}-P_{p0})}^n]$

计算得到高压盐水层孔隙压力计算公式

$y=\frac{1.563}{{\left(\mathrm{\ΔCAL}\right)}^2}[11.736{\left(\mathrm{\ΔDT}\right)}^2-1.544|\mathrm{\ΔGR}|+17.667\mathrm{\Σ}{\left(\mathrm{\ΔSP}\right)}^{0.5}$

$+2.639{\mathrm{\Φ}}^{1.2355}+2.652{\left(\mathrm{\Δ}{P}_p\right)}^2]$

如图3所示，当y＝1时，盐水层出现概率最大，通过测井相应特征计算出盐水层压力为

$p_p=p_0+\sqrt{0.241\mathrm{\ΔCAL}-4.424\mathrm{\Δ}{\mathrm{DT}}^2+0.582\mathrm{\ΔGR}-6.662\mathrm{\Σ}\mathrm{\Δ}{\mathrm{SP}}_i^{0.5}-0.995{\mathrm{\φ}}^{1.2355}}$

Claims (7)

1.一种利用测井资料检测高压盐水层孔隙压力的方法，包括有下列步骤：

1）钻井过程中，根据岩屑录井确定盐膏层段，记录钻井过程溢流时的钻井液密度                                                、粘度

、井口处钻井液返速

、立压

及钻头所在深度h，得到不同深度处溢流特征数据系列

；

2）根据有效应力原理和等效深度法原理，计算深度

处的盐水层孔隙压力，利用实钻数据修正后得到不同深度处盐水层孔隙压力数据系列

；

3）根据测井资料记录的不同深度地层测井响应系统,找出处的声波时差值

、自然伽马值

和自然电位值

，得到不同深度处盐水层孔隙压力与测井相应数据系列

;

4）根据声波时差、自然电位值测井数据，通过线性回归方法建立正常压力趋势方程：

；

5）建立不同深度处盐水层孔隙压力与声波时差偏移值

即

、自然电位偏移值

即

、自然伽马值数据系列

；

6）通过趋势面法，建立孔隙压力检测方程，

；

7）孔隙压力检测：

 （A）地层为盐水层，

 （B）建立正常压力趋势方程，

（C）得到不同深度处盐水层声波时差偏移值

、自然电位偏移值值、自然伽马值数据系列

，

（D）代入

，得到不同深度处的孔隙压力。

2.根据权利要求1中所述的利用测井资料检测高压盐水层孔隙压力的方法，其特征在于：所述步骤2）中的方法是由弹性波传播理论建立深度

与孔隙度

一有序序列

，所述有序序列即沉积岩孔隙度随深度变化剖面，由有效应力原理和正常压实理论建立起深度

、等效深度

与孔隙压力

数据系列。

3.根据权利要求1中所述的利用测井资料检测高压盐水层孔隙压力的方法，其特征在于：所述步骤3）中的方法是依据不同深度地层测井响应系统，找出

处的声波时差值

、自然伽马值

和自然电位值

响应特征，将步骤2）中的

序列与声波时差值

、自然伽马值

和自然电位值

进行多项式趋势面分析，得到不同深度处盐水层孔隙压力与测井相应数据系列。

4.根据权利要求1中所述的利用测井资料检测高压盐水层孔隙压力的方法，其特征在于：所述步骤4）中的方法是将测井数据

、

通过线性回归方法建立正常压力趋势方程，得到有序序列

和有序序列

。

5.根据权利要求1中所述的利用测井资料检测高压盐水层孔隙压力的方法，其特征在于：依据所述步骤5）中的方法建立不同深度处盐水层孔隙压力与声波时差偏移值

即

、自然电位偏移值即

、自然伽马值数据系列

。

6.根据权利要求1中所述的利用测井资料检测高压盐水层孔隙压力的方法，其特征在于：所述步骤6）中的方法是对不同深度处盐水层孔隙压力与声波时差偏移值、自然电位偏移值、自然伽马值数据系列

进行趋势面分析，建立孔隙压力检测方程

。

7.根据权利要求1中所述的利用测井资料检测高压盐水层孔隙压力的方法，其特征在于：所述步骤7）中的方法是首先确认盐水层特征，通过正常压力趋势方程，得到不同深度处盐水层声波时差偏移值

、自然电位偏移值

、自然伽马值数据系列

，带入孔隙压力检测方程

，进而得到不同深度处的孔隙压力。

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