CN102220865B - 一种检测灰岩地层孔隙压力的方法 - Google Patents

Abstract

检测灰岩地层孔隙压力的方法，应用于油田钻井技术领域。包括：采集同一地质构造井岩样岩石力学参数数据、建立有效应力模型、建立上覆岩层压力模型、建立灰岩地层孔隙压力的检测模型、检测灰岩地层孔隙压力。效果是：与现场实测的地层孔隙压力数据进行对比，符合程度较高，趋势符合性较好，基本解决了传统方法不适用检测灰岩地层孔隙压力的难题。

Description

一种检测灰岩地层孔隙压力的方法

技术领域

本发明涉及油田钻井技术领域，特别涉及一种井下地层压力检测方法。

背景技术

在灰岩地层钻井过程中，如不能准确检测灰岩地层坍塌压力、破裂压力和地层孔隙压力，钻井过程中将会发生井漏、井塌等复杂事故。

灰岩地层的沉积压实机理不同于砂泥岩地层的压实理论；目前地层孔隙压力的检测模型基本都是采用砂泥岩地层孔隙压力检测模型，砂泥岩地层压力检测模型是基于压实理论建立的，利用砂泥岩地层压力检测模型就不能合理的解释灰岩地层孔隙压力，造成计算结果与实际检测的结果误差较大，有效应力定理不受沉积机理的限制，基于有效应力定理建立灰岩地层压力检测模型就是建立有效应力与某些岩石力学参数间的关系模型。

检索到相似的专利共4篇，其中与自己申报的技术相似的专利是：申请号是200610007768.7，专利名称是一种随钻预测钻头底下地层孔隙压力的方法。将自己申报的专利与该专利进行对比，主要有两个不同点：

（1）利用的测井数据不同：

（2）建立的地层孔隙压力模型和上覆岩层压力预测模型不同：

建立的上覆岩层压力模型和地层孔隙压力模型不同。该专利（申请号是200610007768.7）的方法包括以下主要内容：针对同处一区块的待钻井和已钻井，分别提取各自井旁若干道地震记录，作加权处理获得待钻井和已钻井的地震记录；利用已钻井不同层系地层的测井数据和地震记录，建立地震记录预测地层声波时差测井曲线的分层模型；预测待钻井钻头底下地层的声波时差测井曲线；利用已钻井的地层密度测井数据、声波时差测井数据和自然伽马测井数据建立该地质区块的上覆地层压力计算模型、孔隙度与泥质含量计算模型和分层段的地层孔隙压力计算模型；结合已建立的本区块的上覆地层压力计算模型、本区块的孔隙度与泥质含量计算模型和地层孔隙压力计算模型预测当前钻遇地层的孔隙压力。

经检索，灰岩地层压力检测模型主要两种：一是利用砂泥岩地层压力预测模型来预测；二是利用有效应力定理建立模型来检测。基于有效应力定理建立检测模型是检测灰岩地层孔隙压力是最有效的方法，但在基于有效应力定理建立的灰岩地层压力检测模型中没有考虑体积压缩系数对声波速度、地层孔隙压力和有效应力的影响。通过岩石力学参数实验研究发现，体积压缩系数对声波速度及地层孔隙压力的影响是不能忽略的。

发明内容

本发明的目的是：提供一种检测灰岩地层孔隙压力的方法，针对灰岩地层孔隙压力检测中遇到的一系列问题，解决砂泥岩地层孔隙压力解释模型难以检测灰岩地层孔隙压力这一难题，建立灰岩地层孔隙压力的解释模型；本发明采用有效应力定理建立灰岩地层孔隙压力检测模型，解决传统检测砂泥岩地层孔隙压力的解释模型不适用于检测灰岩地层孔隙压力的难题。

本发明中一种检测灰岩地层孔隙压力的方法包括下列步骤：包括：采集同一地质构造井岩样岩石力学参数数据、建立有效应力模型、建立上覆岩层压力模型、建立灰岩地层孔隙压力的检测模型、检测灰岩地层孔隙压力；

1）采集同一地质构造井岩样岩石力学参数数据：对处于同一地质构造的已经完成的某口取心井，根据钻井过程中的录井资料确定灰岩地层所处的深度；对取出的岩心在实验室加工成标准岩样，利用MTS实验装置，开展三轴实验，对岩石的力学参数进行测试，测试内容包括：骨架体积弹性模量E_ma和纵波速度V_p，在三轴实验中，围压为20MPa,分别测定有效应力为10MPa，20MPa,30MPa,40MPa,50MPa,60MPa时的骨架体积弹性模量和纵波速度，由此得到两组岩石力学参数特征数据系列

$\{P_e^i,E_{\mathrm{ma}}^i\};$

2）对特征数据系列进行多元非线性回归，建立有效应力模型：将测得的两组岩石力学参数特征数据系列利用MATLAB软件对其分别进行多元非线性回归，得出有效应力与纵波速度，有效应力与骨架体积弹性模量间的函数关系，建立有效应力、纵波速度和骨架体积弹性模量之间的模型为：V_p=f(P_e,E_ma)，即

式中：a₁，a₂，a₃，a₄——回归系数，无量纲；

3）建立上覆岩层压力模型：利用同一地质构造已经完成的某口取心井的测井数据，通过地层密度与地层深度间的特征数据系列{ρ⁽ⁱ⁾,h⁽ⁱ⁾}，采用陈庭根主编的《钻井工程理论与技术》书中的积分公式 $P_{0i}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_w{H}_w+{\mathrm{\ρ}}_0{H}_0+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{bi}}\mathrm{\ΔH}}{H_w+H_0+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ΔH}}$

式中：P_oi-一定深度的上覆岩层压力，MPa；

ρ_w,H_w-海水密度及水深，g/cm³，m；

ρ₀,H₀-上部无密度测井数据段平均密度及长度，g/cm³，m；

ρ_bi-一定深度的密度数据，g/cm³；

ΔH-积分步长，m；

由此得出上覆岩层压力P_oi与地层深度间的特征数据系列{p₀ ⁽ⁱ⁾,h⁽ⁱ⁾}；

利用MATLAB软件对上覆岩层压力与地层深度间的特征数据系列{p₀ ⁽ⁱ⁾,h⁽ⁱ⁾}进行多元非线性回归，建立上覆岩层压力模型为：P₀=f(h)，即P_o=A+BH-Ce^-DH，

式中：H——地层深度，m；

P₀——上覆岩层压力，MPa；

A，B，C，D——回归系数，无量纲；

4）建立灰岩地层孔隙压力的检测模型：基于有效应力定理，建立灰岩地层孔隙压力的检测模型为：P_p=P₀-P_e=f(h)-P_e，

式中：P_p——地层孔隙压力，MPa；

P_e——有效应力，MPa；

5）检测灰岩地层孔隙压力：利用建立的模型，应用计算机编程，计算已测井井段的地层孔隙压力值。

本发明专利的有益效果：本发明专利检测灰岩地层孔隙压力的方法，选取大港油田的某井，以此计算该井的灰岩地层孔隙压力剖面，并与现场实测的地层孔隙压力数据进行对比，符合程度较高，趋势符合性较好，基本解决了传统方法不适用检测灰岩地层孔隙压力的难题。

附图说明

图1是利用检测灰岩地层孔隙压力的方法，检测的井灰岩地层的密度与地层深度的测井数据图；

图2是利用检测灰岩地层孔隙压力的方法，检测的井灰岩地层的声波时差与地层深度的测井数据图；

图3是检测的地层孔隙压力剖面与实测数据对比图。

具体实施方式

实施例1：以一次检测灰岩地层孔隙压力的方法为例，对本发明专利作进一步详细说明。

本发明专利检测灰岩地层孔隙压力的方法

1.确定灰岩地层所处的深度，岩石力学参数实验

确定灰岩地层所处的深度，并在该深度范围内取心，将其加工成标准岩样，在实验室进行岩石力学参数实验，在三轴实验中，围压为20MPa,分别测定有效应力为10MPa，20MPa,30MPa,40MPa,50MPa,60MPa时的骨架体积弹性模量，和纵波速度，即得到两组岩石力学参数特征数据系列如下：

$\begin{array}{cc}\left\{\begin{array}{cc}{P}_e& 1/E_{\mathrm{ma}}\\ 10& 0.00044\\ 20& 0.00036\\ 30& 0.000313\\ 40& 0.000301\\ 50& 0.000297\\ 60& 0.000283\end{array}\right\}& \end{array}\left\{\begin{array}{cc}{P}_e& v_p\\ 10& 5.62\\ 20& 5.68\\ 30& 5.74\\ 40& 5.79\\ 50& 5.84\\ 60& 5.86\end{array}\right\}$

2.对特征数据系列进行多元非线性回归

根据测得的两组岩石力学参数特征数据系列，利用MATLAB软件对其分别进行多元非线性回归；

得到有效应力与纵波速度是非线性关系，纵波速度随有效应力的增加而增大。有效应力≤40MPa时，明显呈非线性变化；有效应力>40MPa，呈线性关系。由此有效应力与纵波速度间的关系表示为

有效应力与骨架体积弹性模量间呈指数关系，基于有效应力与纵波速度建立的方程，将纵波速度与体积弹性模量间的关系方程表示为模型为：V_p=f(E_ma)；

由此建立有效应力方程为：

3.建立上覆岩层压力模型

利用图1中的测井数据，地层密度与地层深度间的特征数据系列{ρ⁽ⁱ⁾,h⁽ⁱ⁾}，采用陈庭根主编的《钻井工程理论与技术》书中积分公式

计算出上覆岩层压力，由此得到上覆岩层压力与地层深度间的特征数据系列{p₀ ⁽ⁱ⁾,h⁽ⁱ⁾}，如下

$\left\{\begin{array}{cc}h& P_0\\ 4675& 2.574\\ 4676& 2.576\\ 4677& 2.584\\ 4678& 2.587\\ \·\·\·& \·\·\·\\ 4735& 2.621\\ 4736& 2.627\end{array}\right\};$

利用MATLAB软件对上覆岩层压力与地层深度间的特征数据系列{p₀ ⁽ⁱ⁾,h⁽ⁱ⁾}进行多元非线性回归，建立上覆岩层压力模型为：P_o=A+BH-Ce^-DH，并回归出上覆岩层压力计算模型中的参数，即：A=2.1447，B=0.0434，C=0.3113，D=0.44927；

4.建立灰岩地层孔隙压力的检测模型

利用现场实际测量的某些点的地层孔隙压力值P_p，如下：

$\left\{\begin{array}{cc}h& P_P\\ 4675& 1.04\\ 4676& 1.04\\ 4677& 1.04\\ 4678& 1.06\\ \·\·\·& \·\·\·\\ 4735& 1.08\\ 4736& 1.08\end{array}\right\}$

基于有效应力定理，P₀=P_e+P_p，计算出对应地层深度的有效应力值，利用图2中的声波测井数据，通过利用MATLAB软件进行多元非线性回归，得到有效应力方程中的模型参数为：a₁=-1.40811，a₂=0.01766，a₃=2.44991，a₄=0.00014。

建立灰岩地层孔隙压力的检测模型为：

$V_p=-1.40811+0.01766(P_0-P_p)+{2.44991e}^{(P_0-P_p)}+0.00014e^{E_{\mathrm{ma}}}$

P_o=2.1447+0.0434H-0.3113e^-0.44927H

5.检测灰岩地层孔隙压力：

利用建立的模型，应用计算机编程，依据已测井段的测井数据，计算已测井井段的地层孔隙压力值,得到地层孔隙压力剖面,参阅附图3。

利用该方法，目前已完成了对该井的地层孔隙压力检测，并通过与现场实测的地层孔隙压力对比，该方法的检测精度都在12%以内，完全能够满足灰岩地层孔隙压力检测要求。参阅附图3。曲线代表该井灰岩地层孔隙压力的检测结果，两个圆点代表的是4678米和4735米的实测地层孔隙压力梯度。通过与检测结果对比发现，实测的地层压力梯度与检测的地层压力梯度的精度误差范围都在12%以内。由此证明该模型能很好的满足灰岩地层孔隙压力的检测要求。有了灰岩地层孔隙压力的检测模型后，本领域技术人员能熟练使用。

利用建立的模型，目前已完成了对该井等几口井的地层孔隙压力检测，并与现场实测的地层孔隙压力数据进行对比，较常规的地层孔隙压力检测方法相比有更高的准确度，基本解决了传统检测砂泥岩地层孔隙压力的方法不适用于检测灰岩地层孔隙压力的难题。

Claims (1)

1.一种检测灰岩地层孔隙压力的方法，其特征在于：包括：采集同一地质构造井岩样岩石力学参数数据、建立有效应力模型、建立上覆岩层压力模型、建立灰岩地层孔隙压力的检测模型、检测灰岩地层孔隙压力；

1）采集同一地质构造井岩样岩石力学参数数据：对处于同一地质构造的已经完成的某口取心井，根据钻井过程中的录井资料确定灰岩地层所处的深度；对取出的岩心在实验室加工成标准岩样，利用MTS实验装置，开展三轴实验，对岩石的力学参数进行测试，测试内容包括：骨架体积弹性模量E_ma和纵波速度V_p，在三轴实验中，围压为20MPa,分别测定有效应力为10MPa，20MPa,30MPa,40MPa,50MPa,60MPa时的骨架体积弹性模量和纵波速度，由此得到两组岩石力学参数特征数据系列

2）对特征数据系列进行多元非线性回归，建立有效应力模型：将测得的两组岩石力学参数特征数据系列

利用MATLAB软件对其分别进行多元非线性回归，得出有效应力与纵波速度，有效应力与骨架体积弹性模量间的函数关系，建立有效应力、纵波速度和骨架体积弹性模量之间的模型为：V_p=f(P_e,E_ma)，即

式中：a₁，a₂，a₃，a₄——回归系数，无量纲；

3）建立上覆岩层压力模型：利用同一地质构造已经完成的某口取心井的测井数据，通过地层密度与地层深度间的特征数据系列{ρ⁽ⁱ⁾,h⁽ⁱ⁾}，采用积分公式

$P_{0i}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_w{H}_w+{\mathrm{\ρ}}_0{H}_0+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{bi}}\mathrm{\ΔH}}{H_w+H_0+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ΔH}}$

式中：P_oi-一定深度的上覆岩层压力，MPa；

ρ_w,H_w-海水密度及水深，g/cm³，m；

ρ₀,H₀-上部无密度测井数据段平均密度及长度，g/cm³，m；

ρ_bi-一定深度的密度数据，g/cm³；

ΔH-积分步长，m；

由此得出上覆岩层压力P_oi与地层深度间的特征数据系列{p₀ ⁽ⁱ⁾,h⁽ⁱ⁾}；

利用MATLAB软件对上覆岩层压力与地层深度间的特征数据系列{p₀ ⁽ⁱ⁾,h⁽ⁱ⁾}进行多元非线性回归，建立上覆岩层压力模型为：P₀=f(h)，即P_o=A+BH-Ce^-DH，

式中：H——地层深度，m；

P₀——上覆岩层压力，MPa；

A，B，C，D——回归系数，无量纲；

4）建立灰岩地层孔隙压力的检测模型：基于有效应力定理，建立灰岩地层孔隙压力的检测模型为：P_p=P₀-P_e=f(h)-P_e，

式中：P_p——地层孔隙压力，MPa；

P_e——有效应力，MPa；

5）检测灰岩地层孔隙压力：利用建立的模型，应用计算机编程，计算已测井井段的地层孔隙压力值。

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