CN103375161B

CN103375161B - 监测孔隙型地层压力梯度的方法

Info

Publication number: CN103375161B
Application number: CN201210114213.8A
Authority: CN
Inventors: 王志战; 陆黄生; 张新华; 秦黎明; 刘江涛
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2032-04-18
Also published as: CN103375161A

Abstract

本发明涉及一种监测孔隙型碳酸盐岩地层压力梯度方法。其包括以下步骤：步骤1：建立孔隙型碳酸盐岩地层的dc指数曲线和其趋势线dc_n；步骤2：在钻井过程中，判断地层为气层还是水层；步骤3：当地层为气层时，建立出口流量O曲线和其趋势线O_n，并计算气层的压力梯度；当地层为水层时，则建立钻井液的出口电导率和入口电导率的比值(C_out/C_in)曲线及其趋势线(C_out/C_in)_n，并计算水层的压力梯度，其中，G_n为静水压力梯度，G_b为流体浮力作用产生的压力梯度。

Description

监测孔隙型地层压力梯度的方法

技术领域

本发明涉及一种监测孔隙型地层压力梯度的方法，特别是一种监测孔隙型碳酸盐岩地层压力梯度的方法。

背景技术

在钻井过程中，异常压力特别是异常高压对钻井安全极具危害作用，因此受到石油工程界的高度重视。如不能准确监测异常压力梯度，则在钻井过程中有可能发生井涌、井喷等复杂事故。

目前，异常压力梯度的监测模型包括钻前地震预测、随钻录井监测、钻后测井评价等方法，这些方法基本上都是基于碎屑岩地层的欠压实原理，即随着地层埋深的增大，孔隙度呈指数式减少。通常，地震层速度、录井dc指数、测井声波时差等曲线的趋势线表现为一条随深度增加而增大的直线。当遇到欠压实地层时，由于孔隙度变大，相应的曲线也会产生异常变化，其变化幅度与欠压实程度即压力异常幅度呈函数关系。通常对于欠压实地层可以采用等效深度法、伊顿法、比率法等进行地层压力的定量计算。

对于碳酸盐岩地层，在录井上基本普遍采用Sigma指数法进行异常压力梯度随钻监测。碳酸盐岩地层的沉积以化学胶结作用为主，所以正常压力地层的dc指数、Sigma指数随埋深的增大并不增大，其“趋势线”为一垂线(见图1)，这说明上覆应力并未作用于地层流体上，因此等效深度法和伊顿法并不适用。对于孔隙型碳酸盐岩地层，dc指数和Sigma指数会降低，偏离“趋势线”。某些地区(如川东北地区)的孔隙型碳酸盐岩地层的孔隙是由于硫酸盐热化学还原反应(TSR)而产生的增容作用，这是一种降压机制，所以比率法不完全适用。另外，孔隙型碳酸盐岩地层的增压机制有烃类裂解、流体充注和构造挤压作用。因此，通常所使用的任何一种单一的监测方法均不足以反应孔隙型碳酸盐岩地层的压力梯度的变化。

由此可见，孔隙型碳酸盐岩地层以化学胶结作用为主，其地层压力既有增压机制又有降压机制、既有自源成因例如烃类裂解、TSR反应，又有它源成因例如流体充注、构造挤压。由于孔隙型碳酸盐岩地层的这种复杂性，难以对其进行异常压力的随钻准确监测。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种监测孔隙型碳酸盐岩地层压力梯度的方法，能够较为准确地监测孔隙型碳酸盐岩地层。

根据本发明，提出了一种监测孔隙型碳酸盐岩地层压力梯度的方法，其包括以下步骤：

步骤1：建立孔隙型碳酸盐岩地层的dc指数曲线和其趋势线dc_n；

步骤2：在钻井过程中，判断地层为气层还是水层；

步骤3：当为气层时，建立钻井液出口流量O的曲线和其趋势线O_n，并通过式(A)来计算压力梯度

G_{p g} = G_{n} \times \frac{d c}{{dc}_{n}} \times \frac{O}{O_{n}} + G_{b}

式(A)，

取压力梯度G_pg的最大值作为该地层段的压力梯度；

当为水层时，建立钻井液出口电导率和入口电导率的比值(C_out/C_in)曲线和其趋势线(C_out/C_in)_n，并通过式(B)来计算压力梯度

G_{p w} = G_{n} \times \frac{d c}{{dc}_{n}} \times \frac{{(C_{o u t} / C_{i n})}_{n}}{(C_{o u t} / C_{i n})} + G_{b}

式(B)，

取压力梯度G_pw的最大值作为该地层段的压力梯度；

其中，G_n为静水压力梯度，G_b为流体浮力作用产生的压力梯度。

根据本发明的方法，在计算孔隙型碳酸盐岩气层的压力梯度G_pg时，充分考虑了各种因素对地层压力梯度的影响，因此与传统的Sigma指数相比能够较为准确地监测气层压力梯度。例如，在本发明的方法中，G_n代表了静水压力梯度的作用，G_b代表了气体浮力的作用，O/O_n代表了烃类裂解/充注增压机制的作用，dc/dc_n代表了由于TSR反应产生的降压机制的作用，整个比值法计算方法则考虑了化学胶结作用的影响。因此根据本发明的方法能较为精确地监测孔隙型碳酸盐岩气层的压力梯度。

根据本发明的方法，在计算孔隙型碳酸盐岩水层的压力梯度G_pw时，也充分考虑了各种因素对地层压力梯度的影响，因此与传统的Sigma指数相比也能够较为准确地监测水层压力梯度。例如，在本发明的方法中，G_n代表了静水压力梯度的作用，G_b代表了地层水浮力的作用，dc/dc_n代表了由于TSR反应产生的降压机制的作用，代表了地层水矿化度变化的作用，整个比值法计算过程则代表了化学胶结作用的影响。因此本发明的方法能较为精确地监测孔隙型碳酸盐岩水层的压力梯度。

根据本发明的方法，还包括在步骤1之前的预备步骤：检测碳酸盐岩样品的储集空间类型。所述碳酸盐岩样品取自正钻井的地层，以决定在随后的计算过程中，本方法是否适用。

根据本发明的方法，在钻井过程中，需要判断地层为气层还是水层，以便于使用相应的地层压力梯度计算公式来计算地层压力梯度。判断某一地层为气层还是水层对于本领域的技术人员是已知的。例如，当气测见良好显示时，为气层；当钻井液出口电导率与入口电导率的比值明显下降时，为水层。

根据本发明的方法，对于同一钻井地区，G_n和G_b为固定值。在一个实施例中，对于气层，G_n＝1.02g/cm³，G_b＝0.05g/cm³。对于水层，G_n＝1.02g/cm³，G_b＝0.2g/cm³。

根据本发明的方法，在钻井过程中，dc指数、O和(C_out/C_in)为每一米或半米记录一次值。

根据本发明的方法，dc_n根据下面公式建立：dc_n＝a×H+b，其中，a为dc指数回归方程的斜率，b为dc指数回归方程的截距，H为井深。对于不同的地层，由于dc指数回归方程不同，因此a和b也会不同。在一个气层实施例中，a＝0，b＝1.13，因此dc_n＝1.13，即dc_n表现为一条不随钻井深度变化的直线；在一个水层实施例中，dc_n＝0.9。

根据本发明的方法，(C_out/C_in)_n和O_n使用与dc_n的建立方法相同的方法来建立。在一个气层实施例中，O_n＝36％；在一个水层实施例中，(C_out/C_in)_n＝1.0。

与目前广泛使用的Sigma指数监测孔隙型碳酸盐岩地层压力梯度的方法相比，本发明的方法综合考虑了对地层压力梯度的各种影响因素。对于气层，这些影响因素包括静水压力梯度的作用、化学胶结作用、TSR反应降压机制的作用、烃类裂解/充注增压机制的作用以及地层流体的浮力作用；对于水层，这些影响因素包括除了静水压力梯度的作用、化学胶结作用、地层流体的浮力作用和TSR反应降压机制的作用外，还包括地层水的矿化度变化的作用，因而本发明的方法对于孔隙型碳酸盐岩气层和水层均能够较为准确地监测其压力梯度。

附图说明

下面结合附图来对本发明作进一步详细说明，其中：

图1是正常地层的dc指数、Sigma指数曲线图；

图2是实施本发明的方法的流程图；

图3是根据第一实施例的碳酸盐岩样品的核磁共振T₂弛豫谱；

图4是根据第一实施例的测量参数的曲线图；

图5是根据第二实施例的碳酸盐岩样品的核磁共振T₂弛豫谱；

图6是根据第二实施例的测量参数的曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图2是实施本发明的方法的流程，其用于测定孔隙型碳酸盐岩地层的压力梯度。所述方法包括以下步骤：

步骤11：建立孔隙型碳酸盐岩地层的dc指数曲线和其趋势线dc_n；

步骤12：判断地层为气层/水层；

步骤13：当为气层时，建立钻井液出口流量O的曲线和其趋势线O_n；

步骤14：计算气层的压力梯度，并取其最大值作为该地层段的压力梯度；

步骤15：当为水层时，则建立钻井液出口电导率和入口电导率的比值(C_out/C_in)曲线和其趋势线(C_out/C_in)_n；

步骤16：计算水层的压力梯度，并取其最大值作为该地层段的压力梯度。

可以理解地是，在步骤11之前，还可具有预备步骤：检测碳酸盐岩样品的储集空间类型。在一个实施例中，通过岩石的核磁共振T₂弛豫谱来判断岩石的储集空间类型。碳酸盐岩的储集空间通常分为孔隙和裂缝，其在核磁共振T₂弛豫谱分别表示为具有不同弛豫时间和不同强度的峰，例如T₂<100ms的峰为孔隙峰，T₂>100ms的峰为裂缝峰。当孔隙峰的强度或面积占优时，则认为地层为孔隙型碳酸盐岩地层；而裂缝峰的强度或面积占优时，则认为地层为裂缝型碳酸盐岩地层。

实施例1：

选取M1井5505m深度的碳酸盐岩样品，使用核磁共振T₂弛豫谱来检测其储集空间的类型，如图3所示。从图3中可以看出，碳酸盐岩样品的储集空间为孔隙型，因此该地层为孔隙型碳酸盐岩地层。

根据本发明的方法，每一米记录一次录井参数的数值，在5505-5592m深度的地层中，气测见良好显示，因此该地层为气层，如表1所示(在表1中，仅选择了计算气层压力梯度所需要的部分录井参数)，由此M1井在5505-5592m深度的地层为孔隙型碳酸盐岩气层。图4以曲线方式形象地显示了录井参数的变换情况。

通过将dc指数回归计算，得出dc趋势线dc_n取值为1.13。同样钻井液出口流量O的趋势线O_n＝36％，如在表1和图4所示。由于该地层为气层，所以G_n＝1.02g/cm³，G_b＝0.05g/cm³。

使用本发明的方法来计算该地层的压力梯度G_pg：其中G_pg最大值为1.06g/cm³，如表1所示，因此使用本发明的方法判断该气层的压力梯度G_pg为1.06g/cm³。使用Sigma指数的伊顿法计算的该地层的压力梯度(FPSigma)为2.31g/cm³。而该气层的实测压力梯度为1.06g/cm³。由此可见，与使用Sigma指数的伊顿法相比，本发明的方法能更精确地计算气层的压力梯度。

表1

井深	dc	dc_n	dc/dc_n	O	O_n	O/O_n	G_pg	FP Sigma
									5505	0.95	1.13	0.84	36.41	36.00	1.01	0.92	1.38
5506	0.73	1.13	0.65	39.51	36.00	1.10	0.77	1.30
									5507	0.95	1.13	0.84	39.55	36.00	1.10	0.99	2.18
5508	0.89	1.13	0.79	39.47	36.00	1.10	0.93	1.53
									5509	0.92	1.13	0.81	39.54	36.00	1.10	0.96	2.28
5510	0.94	1.13	0.83	39.29	36.00	1.09	0.98	2.07
									5511	0.92	1.13	0.81	39.17	36.00	1.09	0.95	2.29
5512	0.96	1.13	0.85	39.10	36.00	1.09	0.99	2.11
									5513	0.98	1.13	0.87	38.66	36.00	1.07	1.00	2.09
5514	0.91	1.13	0.81	38.25	36.00	1.06	0.92	2.31
									5515	0.96	1.13	0.85	38.98	36.00	1.08	0.99	2.19
5516	1.03	1.13	0.91	39.02	36.00	1.08	1.06	1.89
									5517	1.01	1.13	0.89	39.04	36.00	1.08	1.04	1.90
5518	1.02	1.13	0.90	39.20	36.00	1.09	1.05	1.68
									5519	0.99	1.13	0.88	39.17	36.00	1.09	1.02	1.66
5520	0.97	1.13	0.86	39.27	36.00	1.09	1.01	1.65
									5521	1.03	1.13	0.91	39.20	36.00	1.09	1.06	1.73
5522	1.00	1.13	0.88	39.15	36.00	1.09	1.03	1.62
									5523	1.02	1.13	0.90	39.11	36.00	1.09	1.05	1.75
5524	1.02	1.13	0.90	39.14	36.00	1.09	1.05	1.76
									5525	0.98	1.13	0.87	39.63	36.00	1.10	1.02	1.73
5526	1.01	1.13	0.89	39.88	36.00	1.11	1.06	1.70
									5527	1.04	1.13	0.92	38.74	36.00	1.08	1.06	1.68

实施例2：

选取M2井6750m深度的碳酸盐岩样品，使用核磁共振T₂弛豫谱来检测其储集空间的类型，如图5所示。从图5中可以看出，碳酸盐岩样品的储集空间为孔隙型，因此该地层为孔隙型碳酸盐岩地层。

根据本发明的方法，每一米记录一次录井参数的数值，在6750-7000m深度的地层中，钻井液出口电导率与入口电导率的比值明显下降，左偏离趋势线，因此该地层为水层，如表2所示(在表2中，仅选择了计算水层压力梯度所需要的部分录井参数)，由此M2井在6750-7000m深度的地层为孔隙型碳酸盐岩水层。图6以曲线方式形象地显示了录井参数的变换情况。

通过将dc指数回归计算，得出dc趋势线dc_n取值为0.9。同样钻井液出口电导率与入口电导率的比值(C_out/C_in)的趋势线(C_out/C_in)_n＝1.0，如在表2和图6所示。由于该地层为水层，所以G_n＝1.02g/cm³，G_b＝0.2g/cm³。

使用本发明的方法计算该地层的压力梯度G_pw：其中G_pw最大值为1.12g/cm³，如表2所示，因此使用本发明的方法判断该水层的压力梯度G_pw为1.12g/cm³。使用Sigma指数的伊顿法计算的该地层的压力梯度(FPSigma)为2.78g/cm³。而实测该水层的压力梯度为1.15g/cm³。由此可见，与使用Sigma指数的伊顿法相比，本发明的方法能更精确地计算水层的压力梯度。

表2

根据本发明的方法能较为精确地计算孔隙型碳酸盐岩地层的压力梯度，为保证钻井安全提供有力的技术支持。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进。本发明并不局限于文中公开的实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims

1.一种监测孔隙型碳酸盐岩地层压力梯度的方法，包括以下步骤：

步骤2：在钻井过程中，判断地层为气层还是水层；

G_{p g} = G_{n} \times \frac{d c}{{dc}_{n}} \times \frac{O}{O_{n}} + G_{b}

式(A)，

取压力梯度G_pg的最大值作为该地层段的压力梯度；

当为水层时，则建立钻井液出口电导率和入口电导率的比值(C_out/C_in)曲线和其趋势线(C_out/C_in)_n，并通过式(B)来计算压力梯度

G_{p w} = G_{n} \times \frac{d c}{{dc}_{n}} \times \frac{{(C_{o u t} / C_{i n})}_{n}}{(C_{o u t} / C_{i n})} + G_{b}

式(B)，

取压力梯度G_pw的最大值作为该地层段的压力梯度；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在步骤1之前的预备步骤：检测碳酸盐岩样品的储集空间类型。

3.根据上述权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于同一钻井地区，所述G_n和G_b为固定值。

4.根据上述权利要求3所述的方法，其特征在于，对于气层，G_n＝1.02g/cm³，G_b＝0.05g/cm³。

5.根据上述权利要求3所述的方法，其特征在于，对于水层，G_n＝1.02g/cm³，G_b＝0.2g/cm³。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述dc指数、O和(C_out/C_in)为每一米或半米记录一次值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对于气层，dc_n＝1.13，O_n＝36％。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对于水层，dc_n＝0.9；(C_out/C_in)_n＝1.0。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在钻井过程中，当气测见良好显示时，地层为气层。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在钻井过程中，当钻井液出口电导率与入口电导率的比值明显下降时，地层为水层。