CN106401574A - 一种钻前高温地热井地层压力的预测方法 - Google Patents

一种钻前高温地热井地层压力的预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钻前高温地热井地层压力的预测方法。该方法基于电法勘探结果，建立钻井深度与实测地层电阻率之间的对应关系，并基于此进行钻前高温地热井地层压力预测。采用该方法能够在没有地震资料和临井测井资料的情况下，在钻前准确、高效地预测高温地热井的地层压力，有效指导现场作业、设计和施工，提高了高温地热井的钻井效率。

Description

一种钻前高温地热井地层压力的预测方法
技术领域
本发明属于地热资源开发及石油钻井技术领域，涉及一种钻前高温地热井地层压力的预测方法。
背景技术
高温地热井新区块进行钻井之前，需要准确预测地层压力，进行井身结构设计、钻井液密度窗口设计、套管强度校核等钻井设计，避免在高温地热井钻井过程中出现高温流体井喷、井涌情况，避免井漏、井塌等复杂情况，提高高温地热井钻井效率。由于受高温地热资源开发投入的限制，基本不使用地震法进行勘探，同时我国的高温地热井开发区块都属于新区，没有相应临井的测井、录井、实钻等资料，因此，无法通过石油钻井中比较成熟的地层压力预测技术进行地层压力的准确预测，并且，对于高温地热井新区块地层压力预测的研究也尚属空白。
因此，目前存在的技术问题是需要研究开发一种在没有地震资料和临井测井资料的条件下，就能够在钻前较为准确、高效地预测高温地热井地层压力的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种钻前高温地热井地层压力的预测方法。该方法可以在没有地震资料和临井测井资料的条件下，能够在钻前准确、高效地预测高温地热井的地层压力，有效指导现场作业、设计和施工。
为此，本发明提供了一种钻前高温地热井地层压力的预测方法，包括：
步骤K，建立待测井的钻井深度与实测地层电阻率之间的对应关系；
步骤L，对实测地层电阻率进行等效数学处理获得等效地层电阻率，并以钻井深度为纵坐标以等效地层电阻率为横坐标，绘制钻井深度-等效地层电阻率关系点图或曲线；
步骤M，添加钻井深度-等效地层电阻率的正常压实趋势线，并延长至全井段，获得正常趋势压实电阻率；
步骤N，基于钻井深度-等效地层电阻率的正常压实趋势线预测地层压力梯度；
其中，所述实测地层电阻率由电法勘探获得。
根据本发明，所述步骤K包括：
步骤A，以待测井的井口位置为坐标原点，沿待测井的井深方向设置Y轴而在地层沿井深的剖面上设置第Ⅰ平面直角坐标系；
步骤B，基于待测井的井口位置选取距离待测井井口最近的电法勘探测线，并以该电法勘探测线的一个电极点在与水平面平行并与水平面距离为电法勘探地表测深的平面上的正投影为坐标原点，沿该电法勘探测线的另一个电极点在与水平面距离为电法勘探地表测深并与水平面平行的的平面上的正投影的方向为X′轴，而在沿井的井深的地层剖面上设置第Ⅱ平面直角坐标系；
步骤C，在第Ⅱ平面直角坐标系内绘制待测井的电法勘探测线的电法勘探电阻率剖面图；
步骤D，在第Ⅱ平面直角坐标系内建立待测井的电法勘探测深与实测地层电阻率之间的对应关系；
步骤E，将第Ⅱ平面直角坐标系内待测井的电法勘探测深与实测地层电阻率之间的对应关系转换成第Ⅰ平面直角坐标系内待测井的钻井深度与实测地层电阻率之间的对应关系。
在本发明的一些实施例中，在步骤E中，通过式(Ⅰ)将第Ⅱ平面直角坐标系内待测井的电法勘探测深转换为第Ⅰ平面直角坐标系内待测井的钻井深度，进而将第Ⅱ平面直角坐标系内待测井的电法勘探测深与实测地层电阻率之间的对应关系转换成第Ⅰ平面直角坐标系内待测井的钻井深度与实测地层电阻率之间的对应关系；
H钻井＝(H电法勘探-H电法勘探地表)×(-1) 式(Ⅰ)
式(Ⅳ)中，H钻井为待测井的钻井深度，单位为m；
H电法勘探为电法勘探测深，单位为m；
H电法勘探地表为电法勘探地表测深，单位为m。
在本发明的另一些实施例中，在步骤D中，在第Ⅱ平面直角坐标系内，采取X′＝以待测井或待测井在第Ⅱ平面直角坐标系内的投影与X′轴的交点值这条直线与电法勘探电阻率剖面图中的电法勘探电阻率曲线的交点的纵坐标作为电法勘探测深值，并采取该交点处电法勘探测深值所对应的电法勘探电阻率为实测地层电阻率，建立待测井的电法勘探测深与实测地层电阻率之间的对应关系。
本发明中，在步骤B中，所述距离为0-1000m；优选所述距离为0。
根据本发明，在步骤N中，根据式(Ⅱ)来计算并预测地层压力梯度：
式(Ⅱ)中，PPN为地层压力梯度，单位是g/cm3；
PP正常为正常压实地层的地层压力梯度，单位是g/cm3，取值为1.05g/m3；
R0为等效地层电阻率；
RN为正常趋势压实电阻率；
x为经验修正系数，其取值范围为0.9-1.2；
OBG为上覆岩层压力梯度，其通过式(Ⅲ)进行计算，单位是g/cm3；
式(Ⅲ)中，H钻井为钻井深度，单位是m；
g为重力加速度，单位是kg·m/s2；
P岩石为岩石骨架密度，其通过式(Ⅳ)进行计算，单位g/cm3；
P岩石＝αR0 y 式(Ⅳ)；
式(Ⅳ)中，a和y均为拟合系数。
在本发明的一些实施例中，在步骤L中，对实测地层电阻率进行等效数学处理包括对实测地层电阻率进行半对数化处理。
在本发明的一个优选的实施例中，在步骤L中，对实测地层电阻率进行等效数学处理包括去除实测地层电阻率的失真点再进行半对数化处理。
附图说明
下面将结合附图来说明本发明。
图1为本发明实施例1中钻前高温地热井地层压力预测流程图。
图2为本发明实施例1在第Ⅰ平面直角坐标系内建立钻井深度与实测地层电阻率之间的对应关系图。
图3为本发明实施例1中区块电法勘探测线布置图。
图4为本发明实施例1中W补测线的电阻剖面(在第Ⅱ坐标系内)图。
图5为本发明实施例1中W补测线与钻井位置关系图(在第Ⅱ坐标系内)。
图6为本发明实施例1中钻井深度-等效地层电阻率关系曲线和正常压实趋势线图。
图7为本发明实施例1中电法勘探钻前预测的地层压力的剖面图
图8为本发明实施例1中电法勘探钻前预测的地层压力和钻后采用测井资料监测的地层压力结果对比图。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例和附图来详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。
正如前文所述，由于受高温地热资源开发投入的限制，基本不使用地震法进行勘探，同时我国的高温地热井开发区块都属于新区，没有相应临井的测井、录井、实钻等资料，因此，无法通过石油钻井中比较成熟的地层压力预测技术进行地层压力的准确预测。
由于对地热资源进行勘探时，普遍使用电法勘探的方法，获取地层的电阻率信息，本发明的发明人研究发现，可以基于电法勘探获取的电阻率数据，沿钻井深度方向绘制钻井深度与电阻率的关系图，分析电阻率沿钻井深度方向的变化特点，根据等效深度理论，进行钻前高温地热井的地层压力预测。
因此，本发明涉及一种钻前高温地热井地层压力的预测方法，包括：
步骤K，建立待测井的钻井深度与实测地层电阻率之间的对应关系；
步骤L，对实测地层电阻率进行等效数学处理获得等效地层电阻率，并以钻井深度为纵坐标以等效地层电阻率为横坐标，绘制钻井深度-等效地层电阻率关系点图或曲线；
步骤M，添加钻井深度-等效地层电阻率的正常压实趋势线，并延长至全井段，获得正常趋势压实电阻率；
步骤N，基于钻井深度-等效地层电阻率的正常压实趋势线预测地层压力梯度；
其中，所述实测地层电阻率由电法勘探获得。
在本发明的一个具体实施方式中，在步骤N中，根据等效深度原理，利用式(Ⅱ)来计算并预测地层压力梯度：
式(Ⅱ)中，PPN为地层压力梯度，是地层孔隙压力梯度的简称，是指地层空隙中流体所承受的压力，单位是g/cm3；
PP正常为正常压实地层压力梯度，单位是g/cm3，取值为1.05g/m3；
R0为等效地层电阻率，是步骤L中对实测地层电阻率进行等效数学处理获得的值；
RN为正常趋势压实电阻率，是根据步骤M添加钻井深度-等效地层电阻率的正常压实趋势线，并延长至全井段得到的值；
x为经验修正系数，其根据邻井或者其他类似地层的地层压力系数作为经验系数进行调整，其取值范围为0.9-1.2；
OBG为上覆岩层压力梯度，是指地层某一深度以上的岩层的岩石骨架和岩石空隙中流体的总重量所产生的压力梯度，其通过式(Ⅲ)进行计算，单位是g/cm3；
式(Ⅲ)中，H钻井为钻井深度，单位是m；
g为重力加速度，单位是kg·m/s2；
P岩石为岩石骨架密度，其根据等效地层电阻率R0拟合得到，可以通过式(Ⅳ)进行计算，单位g/cm3；
P岩石＝αR0 y 式(Ⅳ)；
式(Ⅳ)中，a和y均为拟合系数。
根据本发明的一个具体实施例，根据地层岩性分布情况，合理估算地层岩石密度区间，根据处理后的电阻值拟合出地层密度曲线。其中，所述地层密度曲线的作用在于准确预测上覆地层压力梯度OBG。
本发明“根据正常压实的地层的电阻数据拟合出正常趋势线，并延长正常趋势线至全井段”的目的在于根据等效深度原理，进行地层压力预测。
本发明中所述用语“钻井深度”是指钻井地质设计要求钻井深度数据，亦称为井深数据。
本发明中所述用语“井深”是指钻井设计要求的最大钻井深度。
本发明中所述用语“电法勘探预测”是指基于电法勘探获取的电阻率数据，绘制地层压力梯度与电阻率的关系图，并以此进行钻前高温地热井的地层压力预测的方法。
本发明是根据“等效深度原理”来计算并预测地层压力梯度的。
所述用语“等效深度原理”是指如果正常沉积的地层，在岩性已知，地层水性质变化不大的地质剖面，地层的孔隙度和电阻的值成反比，其电阻、声波速度等值的变化为一个固定的趋势，找出剖面中具有固定趋势的层段，根据层段的电阻值拟合出趋势线，将其延长至全井段，其余井段的电阻值距离趋势线越近，地层压力值越接近与正常压力梯度，距离趋势线越远，地层压力值就会出现异常的高压或者低压，其具体的值可以根据式(Ⅱ)进行计算，式(Ⅱ)是根据等效深度理论和Eaton公式得出的。
本发明所述用语“地层压力”又称地层空隙压力或孔隙流体压力，是指岩石孔隙中流体(油、气、水)所具有的压力。在正常地质环境中，地层正常压实，地层孔隙压力等于从地表至该地层处的静液压力，称为正常地层孔隙压力，正常地层孔隙压力梯度一般为1.05g/m3，即PP正常(本发明中称为正常压实地层压力梯度)为正常压力梯度，其取值一般为1.05g/m3。在某些特殊的地质环境中，经常遇到地层孔隙压力高于或低于静液压力的情况，称为异常地层孔隙压力。高于静液压力的地层孔隙压力称为异常高压；低于静液压力的地层孔隙压力称为异常低压。钻井实践表明，三种地层孔隙压力情况都可能遇到。
检测异常地层孔隙压力的方法，其理论依据是“沉积物不平衡压实造成地层欠压实并产生异常高压”，这一最普遍的异常高压形成机制。对于正常沉积的地层，孔隙度与垂直有效应力(岩石骨架的重力产生的应力)的关系是随着埋深的增加垂直有效应力逐渐增大，孔隙度减小。在以孔隙度为横坐标、深度为纵坐标的坐标系中，孔隙度与深度的关系为随深度增大而逐渐减小的直线关系。该直线称为“正常压实趋势线”。对于欠压实地层，孔隙度比正常压实情况偏大，即偏离了正常压实趋势线，按照不平衡压实造成地层欠压实并产生异常高压的机制，则认为该处地层存在异常高压，反之则出现异常低压。
地层岩石的电阻率与地层岩石的空隙度有很好的比例关系，可以根据电阻的测量情况计算地层的孔隙度，因此，可用地层的电阻率值来预测地层孔隙压力。根据地层岩石的电阻率(或电导率)与孔隙度的相关关系，在正常压实情况下，可以分别推导出它们与深度的关系。因此，存在“正常压实地层岩石电阻率或电导率趋势线”，若其偏离了其正常压实趋势线，则认为该处地层存在异常高压。
根据等效深度原理，对于正常沉积的地层，在岩性已知，地层水性质变化不大的地质剖面，地层的孔隙度和电阻率的值成反比，其电阻率值的变化为一个固定的趋势，找出剖面中具有固定趋势的层段，根据层段的电阻率值拟合出趋势线，将其延长至全井段，其余井段的电阻率值距离趋势线越近，地层压力值越接近于正常压力梯度；距离趋势线越远，地层压力值就会出现异常的高压或者低压，其具体的值的推导计算过程如下：
本发明所谓“上覆岩层压力梯度”亦称为上覆压力梯度，是指地层某一深度以上的岩层的岩石骨架和岩石空隙中流体的总重量所产生的压力梯度，等于岩石骨架的重力产生的压力梯度P骨架和岩石孔隙中流体的重力产生的压力梯度PP正常(正常压实地层压力梯度)的和，正常压力梯度条件下岩石骨架的重力产生的压力梯度P骨架等于上覆压力梯度减去PP正常(正常压实地层压力梯度)，如式(Ⅴ)，式(Ⅵ)所示。
P骨架＝GA-PP正常 (Ⅴ)
PPB＝GB-P骨架 (Ⅵ)
式(Ⅴ)中，GA为A点的上覆压力梯度；式(Ⅵ)中GB为B点的上覆压力梯度，某点B的等效深度指的是在正常压实趋势线上与A点的垂直有效应力(对应于压实程度)相同的A点对应的深度，式(Ⅵ)中PPB为B点的地层孔隙压力梯度，由式(Ⅴ)和式(Ⅵ)可以推出式(Ⅶ)，即B点的地层孔隙压力梯度PPB可用式(Ⅶ)计算：
PPB＝GB-P骨架＝GB-(GA-PP正常) (Ⅶ)
Eaton根据等效深度理论式(Ⅶ)，采用地区经验及理论分析建立起来的地层孔隙压力与各类参数间的关系式(Ⅷ)：
式(Ⅷ)中，K和KN为各种能反映地层岩石孔隙度的测量参数(如声波，电阻等)；
OBG为预测点的上覆压力梯度。
根据式(Ⅷ)，结合已经处理过区块的实际情况和地区经验就可以得出式(Ⅱ)：
发明人研究发现，采用所述式(Ⅱ)能够根据电法勘探得到的电阻率数据来预测地层压力梯度，绘制出地层压力剖面，可以进一步解决如下技术问题：
(1)能够克服新区块高温地热井无相关地震资料和临井测录井资料的困难，解决新区块高温地热井的地层压力无法准确获取的难题；
(2)能够为井身结构设计、钻井液密度窗口设计、套管强度校核等提供基础，避免在高温地热井钻井过程中出现高温流体井喷、井涌情况，避免井漏、井塌等复杂情况，提高了高温地热井钻井效率。
在本发明的一些具体实施方式中，在步骤L中，对实测地层电阻率进行等效数学处理包括对实测地层电阻率进行半对数化处理。
由于使用常数坐标表示电法勘探得到的实测地层电阻率值，很难看出电法勘探得到的实测地层电阻率与待测井的钻井深度之间的相关关系，如图2所示；但是，将电法勘探得到的地层的电阻率值进行半对数化处理，并以钻井深度为纵坐标，以经过半对数化处理的等效电阻率为横坐标绘制待测井的钻井深度与经过半对数化处理的等效电阻率之间的关系曲线，就可以很直观地看出其相关关系。因此，对电法勘探得到的实测地层电阻率值进行半对数化处理的好处在于能够比较容易直观的选取变化比较平滑的井段来制作拟合曲线，并进行地层压力的预测。
在本发明的一些优选的具体实施方式中，在步骤L中，对实测地层电阻率进行等效数学处理包括去除实测地层电阻率的失真点再进行半对数化处理。
在本发明的一些实施例中，在步骤L中，根据区域地层水的矿化度来修正地下水矿化度对电法勘探结果的影响，去除实测地层电阻率的失真点。
本发明所述用语“区域地层水的矿化度”来自地质环境勘查报告，包括地下水和地层孔隙水的矿化度程度大小，地层水矿化度是地层水的固有特点，是其中含有各种矿物元素含量的总和，其大小与地层成藏环境和岩石碎屑颗粒沉积物来源有关，表示地层水中含无机盐量的多少，英制单位为“ppm”，在一定的温度条件下，地层水矿化度范围在3000-200000ppm之间，淡水较小，盐水较大。
本发明中“区域地层水的矿化度”用于修正地下水矿化度对电法勘探结果的影响。如果区域地层水的矿化度在3000-200000ppm之间，这说明区域地层水的矿化度处于正常范围，则无需对电法勘探结果进行修正；如果区域地层水的矿化度在3000-200000ppm之外，则需采用经验系数对要处理的电阻率数据进行加减，经验系数随地区和地层岩性而不同。
在本发明的一些具体实施方式中，采用以下方法调整数据并去除实测地层电阻率的失真点：根据钻井地质设计得到地层的岩性，例如砂岩、泥岩、花岗岩等，每种岩石的电阻率都有一个区间值，例如，如表3所示，超过这个区间的值就是失真值，去掉这个点。这样做的目的在于去除数据的失真点，优点在于保证结果的精度和准确性。
根据本发明的方法，在步骤M中，添加钻井深度-等效地层电阻率的正常压实趋势线，并延长至全井段，获得正常趋势压实电阻率。这样可以根据等效深度原理，进行压力预测。
在本发明的一些具体实施方式中，在步骤M中，根据地层岩性数据，配合电阻数据的平滑程度制作正常压实趋势线并选取相应的井段，一般可以选择较均质的砂岩、泥岩或花岗岩。
本发明中，所述“地层岩性数据”来自钻井地质设计，包括地质分层情况，分层中具体的岩性情况，如砂岩，泥岩，花岗岩等等。
本发明中所述用语“趋势线”是指建立的剖面中具有固定趋势的层段，选取这段的电阻率值拟合的函数，做出的趋势线，该趋势线的作用是作为地层中正常压力梯度的表示，延长趋势线至全井段的目的在于计算地层的电阻率值偏离正常压力梯度的程度。
在本发明的一个具体实施方式中，所述正常压实的地层是通过如下方法来确定得到的：第一是根据钻井地质报告找出岩性变化不大的井段，第二是观察建立的剖面中曲线的变化程度，选取曲线变化比较圆滑的井段。
本发明中，步骤M中拟合出的趋势线接近大部分正常压实的地层的电阻率数据点。这样做的目的在于为根据等效深度原理进行压力预测提供数据。
正如前文所述，由于受高温地热资源开发投入的限制，基本不使用地震法进行勘探，同时我国的高温地热井开发区块都属于新区，没有相应临井的测井、录井、实钻等资料，因此，无法通过石油钻井中比较成熟的地层压力预测技术进行地层压力的准确预测。同时由于对地热资源进行勘探时，普遍使用电法勘探的方法获取地层的电阻率信息，而基于电法勘探数据并不能直观地建立待测井的钻井深度与实测地层电阻率之间的对应关系。但是，本发明的发明人通过研究发现，可以通过对电法勘探数据进行工程数据化处理来较为直观地建立钻井深度与实测地层电阻率之间的对应关系，进行地层压力预测。
为此，本发明所述步骤K进一步包括：
步骤A，基于钻井地质设计的井位数据，以待测井的井口位置为坐标原点，沿待测井的井深方向设置Y轴而在地层沿井深的剖面上设置第Ⅰ平面直角坐标系；
步骤B，基于待测井的井口位置选取距离待测井井口最近的电法勘探测线，并以该电法勘探测线的一个电极点在与水平面平行并水平面距离为电法勘探地表测深的平面上的正投影为坐标原点，沿该电法勘探测线的另一个电极点在与水平面距离为电法勘探地表测深并与水平面平行的的平面上的正投影的方向为X′轴，而在沿井的井深的地层剖面上设置第Ⅱ平面直角坐标系；
步骤C，在第Ⅱ平面直角坐标系内绘制待测井的电法勘探测线的电法勘探电阻率剖面图；
步骤D，在第Ⅱ平面直角坐标系内建立待测井的电法勘探测深与实测地层电阻率之间的对应关系；
在第Ⅱ平面直角坐标系内，采取X′＝以待测井或待测井在第Ⅱ平面直角坐标系内的正投影与X′轴的交点值这条直线与电法勘探电阻率剖面图中的电法勘探电阻率曲线的交点的纵坐标作为电法勘探测深值，并采取该交点处电法勘探测深值所对应的电法勘探电阻率为实测地层电阻率，建立待测井的电法勘探测深与实测地层电阻率之间的对应关系。
步骤E，将第Ⅱ平面直角坐标系内待测井的电法勘探测深与实测地层电阻率之间的对应关系转换成第Ⅰ平面直角坐标系内待测井的钻井深度与实测地层电阻率之间的对应关系；
通过式(Ⅰ)将第Ⅱ平面直角坐标系内待测井的电法勘探测深转换为第Ⅰ平面直角坐标系内待测井的钻井深度，进而将第Ⅱ平面直角坐标系内待测井的电法勘探测深与实测地层电阻率之间的对应关系转换成第Ⅰ平面直角坐标系内待测井的钻井深度与实测地层电阻率之间的对应关系；
H钻井＝(H电法勘探-H电法勘探地表)×(-1) 式(Ⅰ)
式(Ⅰ)中，H钻井为待测井的钻井深度，单位为m；
H电法勘探为电法勘探测深，单位为m；
H电法勘探地表为电法勘探地表测深，单位为m。
实际上，上述步骤A-E就是根据钻井地质设计规定的高温地热井位置和井深，对电法勘探结果的坐标数据进行坐标系转化，从而建立地层电阻数据与钻井空间位置之间的对应关系的过程。
本发明中所“井位数据”来自钻井地质设计，包括待钻井的井口处于地球表面经纬度位置以及待钻井所要钻达的深度。
本发明所述“电法勘探测深”，来自电法勘探的结果，包括在电法勘探中每条测线上进行测量的深度和对应的电阻率值，在图5中电法勘探测深数值等同于高程的坐标值。
本发明所述“电法勘探地表测深”来自电法勘探的结果。
本发明所述用语“电法勘探”是指根据地壳中各类岩石或矿体的电磁学性质和电化学特性的差异，通过对人工或天然电场、电磁场或电化学场的空间分布规律和时间特性进行观测和研究，寻找不同类型有用矿床和查明地质构造及解决地质问题的地球物理勘探方法。本发明中的“电法勘探”主要是指直流高密度电阻率法，高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法，野外测量时只需将全部电极置于测点上，然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集。当测量结果送入微机后，还可对测得的电阻数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种物理解释的结果。
在本发明的一些具体实施例中，在步骤B中，所述距离为0-1000m；优选所述距离为0。
本发明所述用语“电法勘探测线”，亦称测线，是指电法勘探地表两个电极点之间的连线。例如，在如图3所示的区块中，W4、W5、W补等线均为电法勘探测线。
本发明中所述用语“距离待测井井口最近的电法勘探测线”是指与待测井井口的垂直距离最短的电法勘探测线，其垂直距离不大于1000(即所述距离为0-1000m)，优选垂直距离为0，即穿过待测井井口的电法勘探测线。例如，在如图3所示的区块中，根据井口的位置和电法勘探测线的距离关系选择距离待测井井口最近的电法勘探测线，W4、W5、W补等线为电法勘探测线，DZK02井为待测井，由于W补测线穿过DZK02井，所以W补是距离待测井井口最近的电法勘探测线。选取距离待测井井口最近的电法勘探测线有利于选取最接近井位的位置的电法勘探电阻率值进行计算钻井压力预测计算，这样获得的结果最为准确，精度最高。
又例如，图4为一条电法勘探测线上的全部电阻数据显示，该电法勘探测线上测量的电阻率值在第Ⅱ平面直角坐标系中是一个平面，在选取待测井井位在第Ⅱ平面直角坐标系中的与横坐标交点的位置上的沿着井的深度方向并与电法勘探测深相对应的电阻率数据作为进行压力预测计算的基础数据。
在本发明的一些优选实施方式中，所述预测方法还包括步骤A之前获取进行钻前高温地热井地层压力预测所需基本参数的步骤；所述基本参数根据高温地热井电法勘探结果、高温地热井地质设计以及区域地下水质调查报告等获得；其包括电法勘探获取的电阻率数据、与之相对应的测深数据以及不同的测线坐标数据；钻井地质设计要求的井位数据、井深数据以及地层岩性数据等；还有区域地下水质的矿化度等。
本发明提供了一种钻前高温地热井地层压力的预测方法。该方法基于电法勘探结果，建立钻井深度与实测地层电阻率之间的对应关系，并基于此进行钻前高温地热井地层压力预测。该方法能够有效应用于高温地热井的钻井设计和施工，并具有如下有益效果：(1)能够克服新区块高温地热井无相关地震资料和临井测录井资料的困难，解决新区块高温地热井的地层压力无法准确获取的难题；(2)能够为井身结构设计、钻井液密度窗口设计、套管强度校核等提供基础，避免在高温地热井钻井过程中出现高温流体井喷、井涌情况，避免井漏、井塌等复杂情况，提高了高温地热井钻井效率。
实施例
实施例1：
本实施例中钻前高温地热井地层压力预测流程如图1所示。
1.获取进行钻前高温地热井地层压力预测所需基本参数。
根据高温地热井电法勘探结果、高温地热井地质设计以及区域地下水质调查报告等进行钻前高温地热井地层压力预测所需基本参数。其包括电法勘探获取的电阻率数据、与之相对应的测深数据以及不同的测线坐标数据；钻井地质设计要求的井位数据、井深数据以及地层岩性数据等；还有区域地下水质的矿化度等。
对于DZK02井，首先根据钻井的地质设计数据获取包括DZK02井的井位、井深、井型以及钻遇的地层岩性等信息。
设计DZK02井位于大盖沟沟口雅拉河左岸一级阶地，坐标：X＝3353609.49，Y＝17775897.27，直井，井深2200米，钻遇地层信息如表1所示，可见650米后岩性比较单一都为黑云母花岗岩。
表1.钻井地质设计中地质分层和岩性表
2.以DZK02井的井口位置为坐标原点，沿待测井的井深方向设置Y轴而在地层沿井深的剖面上设置第Ⅰ平面直角坐标系，如图2所示。
3.在第Ⅰ平面直角坐标系内建立DZK02井的钻井深度与实测地层电阻率之间的对应关系。
(1)基于DZK02井的井口位置选取距离该井井口最近的电法勘探测线。
如图3所示，电法勘探在该地区布置了数条测线，可以看出W补正好布置在DZK02井的井位上，因此，选择W补这条测线。
以该电法勘探测线的一个电极点W补在与水平面距离为电法勘探地表测深并与水平面平行的平面上的正投影为坐标原点，沿该电法勘探测线的另一个电极点W补′在与水平面距离为电法勘探地表测深并与水平面平行的的平面上的正投影的方向为X′轴，而在沿井的井深的地层剖面上设置第Ⅱ平面直角坐标系，如图4和5所示。
(2)在第Ⅱ平面直角坐标系内绘制DZK02井的电法勘探测线的电法勘探电阻率剖面图。
W补这条测线的电阻率剖面如图4所示。
(3)在第Ⅱ平面直角坐标系内建立DZK02井的电法勘探测深与实测地层电阻率之间的对应关系。
在第Ⅱ平面直角坐标系内，采取X′＝以DZK02井与X′轴的交点值这条直线与电法勘探电阻率剖面图中的电法勘探电阻率曲线的交点的纵坐标作为电法勘探测深值，并采取该交点处电法勘探测深值所对应的电法勘探电阻率为实测地层电阻率，建立待测井的电法勘探测深与实测地层电阻率之间的对应关系。
根据图5中井位与测线数据的关系，结合图4，提取横坐标为230m，纵坐标0-3121m位置的这条直线上的电阻数据。
DZK02井的电法勘探测深与实测地层电阻率之间的对应关系如表2所示。表2中第1，第2列为测线上的准备抽取电阻的纵横坐标，第三列为从电法勘探测线上提取的电阻率值(亦称电法电阻)。
表2.参数计算结果
(4)将第Ⅱ平面直角坐标系内DZK02井的电法勘探测深与实测地层电阻率之间的对应关系转换成第Ⅰ平面直角坐标系内DZK02井的钻井深度与实测地层电阻率之间的对应关系。
通过式(Ⅰ)将第Ⅱ平面直角坐标系内DZK02井的电法勘探测深转换为第Ⅰ平面直角坐标系内DZK02井的钻井深度，进而将第Ⅱ平面直角坐标系内DZK02井的电法勘探测深与实测地层电阻率之间的对应关系转换成第Ⅰ平面直角坐标系内待测井的钻井深度与实测地层电阻率之间的对应关系；
H钻井＝(H电法勘探-H电法勘探地表)×(-1) 式(Ⅰ)
式(Ⅰ)中，H钻井为待测井的钻井深度，单位为m；
H电法勘探为电法勘探测深，单位为m；
H电法勘探地表为电法勘探地表测深，单位为m。
通过上述计算，将表中第2列的电法勘探测深(第Ⅱ平面直角坐标系内的纵坐标的数据)转换为钻井工程对应的钻井深度数据(第Ⅰ平面直角坐标系内的纵坐标的数据)，见表2中第4列数据。
4.对实测地层电阻率进行等效数学处理获得等效地层电阻率，并以钻井深度为纵坐标以等效地层电阻率为横坐标，绘制钻井深度-等效地层电阻率关系点图或曲线。
(1)对实测地层电阻率进行去除实测地层电阻率的失真点及半对数化处理。
参考表3中的数据，根据地层岩石的岩性，实测地层电阻率数据进行去除失真点处理。根据该地区地质调查报告显示，该地区地层水矿化度在8000-13000ppm之间，属于正常范围，对电阻的测试结果影响较小，因此可以不考虑。进一步对该实测地层电阻率数据进行半对数化处理，得出表2第5列所示的等效地层电阻率R0。
表3.常见岩石电阻范围
(2)绘制钻井深度-等效地层电阻率关系点图或曲线。
分别以表2第5列所示的等效地层电阻率R0为横坐标，以其所对应的钻井深度H钻井为纵坐标绘制钻井深度-等效地层电阻率关系曲线，如图6所示。
5.添加钻井深度-等效地层电阻率的正常压实趋势线，并延长至全井段。
选取图6中实心方块标记点曲线段所对应的地层作为正常压实的地层，因为该地层的电阻变化规律均匀，且曲线圆滑。将黑色实心方块标记点曲线的数据段的电阻数据根据深度的关系进行拟合，拟合结果为：RN＝EXP((HN+7114)/3767)，拟合的结果可以有很多，距离红色数据所选的正常压实段越近，结果越准确。RN为某个钻井深度点(HN)所对应的正常压实的电阻率值，即趋势线上的电阻率值点，拟合出的数据如表2第6列数据所示。
拟合出的曲线，如图6中三角形标记点曲线所示，延长至全井段。
6.基于钻井深度-等效地层电阻率的正常压实趋势线预测地层压力梯度。
根据等效地层电阻率R0、正常趋势压实电阻率RN、上覆岩层压力梯度OBG以及正常压实地层压力梯度PP正常数据，根据等效深度原理，采用Eaton法来预测地层压力梯度。
R0为等效地层电阻率，2中第5列数据。
RN为正常趋势压实电阻率，表2中第6列数据。
OBG为上覆岩层压力梯度(亦称上覆压力梯度)，其通过式(Ⅲ)进行计算，单位是g/cm3，见表2中第9列数据。表2中第8列为对应钻井深度的上覆岩层压力(亦称上覆压力)，单位为MPa。
式(Ⅲ)中，H钻井为钻井深度，单位是m。
g为重力加速度，单位是kg·m/s2。
P岩石为岩石骨架密度，其根据等效地层电阻率R0拟合得到通过式(Ⅳ)进行计算，单位g/cm3，表2中第7列数据。
P岩石＝αR0 y 式(Ⅳ)。
式(Ⅳ)中，a和y均为拟合系数。
根据等效深度原理，采用Eaton法预测地层压力。采用式(Ⅱ)计算得到对应钻井深度的地层压力值，见表2中第10列数据。
式(Ⅱ)中，PPN为地层压力梯度，单位是g/cm3；
PP正常为正常压实地层压力梯度，单位是g/cm3，取值为1.05g/m3；
x值为经验修正系数，本地区的取1。
7.根据计算得出的数据制作地层压力剖面图(即以钻井深度为纵坐标，将横坐标变换为预测地层压力，绘制钻井深度-预测地层压力曲线)，结果如图7所示。
8.检验预测数据。
最后钻成高温地热井后对预测的数据进行检验，根据该井进行的压力测试结果，测试了如表4的几个点的数据，与根据电法勘探结果预测地层压力的结果进行对比的结果如表4所示：
表4.钻后进行压力测试的几个点与预测结果对比
深度 1221 1334 1452 1575 1703 1836 误差
钻后测试 1.007 1.022 1.028 1.031 1.032 1.033 5.01％
钻前预测 1.098 1.091 1.011 1.027 1.156 1.061 准确性
误差 8.29％ 6.32％ 1.68％ 0.39％ 10.73％ 2.64％ 94.99％
测试的点比较少，并且都在下部井段所以准确性较高，以其他的井的情况来看，估计准确度在85％以上，由于是进行钻前的预测，这个准确的程度属于较高的行列。
同时，以测井的声波数据为基础，进行了钻后的地层压力检测，结果如图8所示(测井数据没有进行全井的测井，仅对下部井段进行测井)。对比结果显示，相似度较高，具有较高的可信性。
另外，由于以测井的声波数据为基础只有钻后才能测井，所以钻前采用电法勘探的结果进行预测具有较高的价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钻前高温地热井地层压力的预测方法，包括：
步骤K，建立待测井的钻井深度与实测地层电阻率之间的对应关系；
步骤L，对实测地层电阻率进行等效数学处理获得等效地层电阻率，并以钻井深度为纵坐标以等效地层电阻率为横坐标，绘制钻井深度-等效地层电阻率关系点图或曲线；
步骤M，添加钻井深度-等效地层电阻率的正常压实趋势线，并延长至全井段，获得正常趋势压实电阻率；
步骤N，基于钻井深度-等效地层电阻率的正常压实趋势线预测地层压力梯度；
其中，所述实测地层电阻率由电法勘探获得。
2.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，步骤K包括：
步骤A，以待测井的井口位置为坐标原点，沿待测井的井深方向设置Y轴而在地层沿井深的剖面上设置第Ⅰ平面直角坐标系；
步骤B，基于待测井的井口位置选取距离待测井井口最近的电法勘探测线，并以该电法勘探测线的一个电极点在与水平面平行并与水平面距离为电法勘探地表测深的平面上的正投影为坐标原点，沿该电法勘探测线的另一个电极点在与水平面距离为电法勘探地表测深并与水平面平行的的平面上的正投影的方向为X′轴，而在沿井的井深的地层剖面上设置第Ⅱ平面直角坐标系；
步骤C，在第Ⅱ平面直角坐标系内绘制待测井的电法勘探测线的电法勘探电阻率剖面图；
步骤D，在第Ⅱ平面直角坐标系内建立待测井的电法勘探测深与实测地层电阻率之间的对应关系；
步骤E，将第Ⅱ平面直角坐标系内待测井的电法勘探测深与实测地层电阻率之间的对应关系转换成第Ⅰ平面直角坐标系内待测井的钻井深度与实测地层电阻率之间的对应关系。
3.根据权利要求2所述的预测方法，其特征在于，在步骤E中，通过式(Ⅰ)将第Ⅱ平面直角坐标系内待测井的电法勘探测深转换为第Ⅰ平面直角坐标系内待测井的钻井深度，进而将第Ⅱ平面直角坐标系内待测井的电法勘探测深与实测地层电阻率之间的对应关系转换成第Ⅰ平面直角坐标系内待测井的钻井深度与实测地层电阻率之间的对应关系；
H钻井＝(H电法勘探-H电法勘探地表)×(-1) 式(Ⅰ)
式(Ⅰ)中，H钻井为待测井的钻井深度，单位为m；H电法勘探为电法勘探测深，单位为m；H电法勘探地表为电法勘探地表测深，单位为m。
4.根据权利要求2或3所述的预测方法，其特征在于，在步骤D中，在第Ⅱ平面直角坐标系内，采取X′＝以待测井或待测井在第Ⅱ平面直角坐标系内的投影与X′轴的交点值这条直线与电法勘探电阻率剖面图中的电法勘探电阻率曲线的交点的纵坐标作为电法勘探测深值，并采取该交点处电法勘探测深值所对应的电法勘探电阻率为实测地层电阻率，建立待测井的电法勘探测深与实测地层电阻率之间的对应关系。
5.根据权利要求2到4中任意一项所述的预测方法，其特征在于，在步骤B中，所述距离为0-1000m；优选所述距离为0。
6.根据权利要求1到5中任意一项所述的预测方法，其特征在于，在步骤N中，根据式(Ⅱ)来计算并预测地层压力梯度：
式(Ⅱ)中，PPN为地层压力梯度，单位是g/cm3；
PP正常为正常压实地层的地层压力梯度，单位是g/cm3，取值为1.05g/m3；
R0为等效地层电阻率；
RN为正常趋势压实电阻率；
x为经验修正系数，其取值范围为0.9-1.2；
OBG为上覆岩层压力梯度，其通过式(Ⅲ)进行计算，单位是g/cm3；
式(Ⅲ)中，H钻井为钻井深度，单位是m；
g为重力加速度，单位是kg·m/s2；
P岩石为岩石骨架密度，其通过式(Ⅳ)进行计算，单位g/cm3；
P岩石＝αR0 y 式(Ⅳ)；
式(Ⅳ)中，a和y均为拟合系数。
7.根据权利要求1到6中任意一项所述的预测方法，其特征在于，在步骤L中，对实测地层电阻率进行等效数学处理包括对实测地层电阻率进行半对数化处理。
8.根据权利要求1到6中任意一项所述的预测方法，其特征在于，在步骤L中，对实测地层电阻率进行等效数学处理包括去除实测地层电阻率的失真点再进行半对数化处理。
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