CN107728205A

CN107728205A - 一种地层压力预测方法

Info

Publication number: CN107728205A
Application number: CN201610663166.0A
Authority: CN
Inventors: 郭旭升; 屈大鹏; 孙均; 彭嫦姿; 苏建龙; 王明飞
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Exploration Southern Co
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Exploration Southern Co
Priority date: 2016-08-12
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2018-02-23
Anticipated expiration: 2036-08-12
Also published as: CN107728205B

Abstract

本发明的地层压力预测方法包括以下步骤：建立地层压力和叠前弹性参数之间的第一函数关系；通过反演方法得到叠前弹性参数值；依据反演求得的所述叠前弹性参数值和第一函数关系得到地层压力数据。

Description

一种地层压力预测方法

技术领域

本发明属于石油勘探领域，涉及一种地层压力预测方法。

背景技术

地层压力是钻井工程设计的关键参数，是指由于沉积物的压实作用而作用在岩石中孔隙流体(油、气、水)上的压力。目前，常用的地层压力评价方法主要有两类：一是基于沉积压实理论，主要有Eaton法，等效深度法和改进的DC指数法；二是基于有效应力定理，通过试验或理论推导，建立纵波速度、有效应力与岩石物理参数间的关系模型。如论文“纵波速度及横波速度联合预测地层压力的方法及应用”(天然气地球科学，第26卷第二期)介绍了一种基于有效应力的地层压力评价方法，该方法从岩石物理的定义出发，结合波动方程推导了有效应力与纵波、横波速度之间的关系，开发出了一种预测地层压力的方法来计算地层压力。该方法通过引入横波速度，降低了压力预测的多解性，提高了预测的精度，并在页岩气地层中取得了良好的应用效果。但是，该方法在推算过程中忽略掉了地层横向应变，且对地层纵向压缩量的计算没有给出一套合适的方法，预测结果存在一定的风险。然而，对于地下地层的压力预测以及描述其纵横向展布变化的准确性对钻井风险评价有非常大的影响。结合现有钻井、地震及测井上的认识，认为现有地层压力预测方法主要存在如下几个问题：

(1)用仪器直接测量地层孔隙压力，是目前最准确的方法，但一般单井仅测试少量的点。常规的随钻跟踪分析得到的DC指数尽管可以反映地层的可钻性，但这样的分析只能给出局部区域的岩石性质方面的信息，不能反映地层压力横向展布特征的变化；

(2)前人主要利用纵波速度随着地层压力的升高而降低的特点开展压力预测，但是地层纵波速度的变化并不仅仅由地层压力的变化决定，因此，该方法计算地层压力局限性较强，地层压力预测结果精度不高；

此外，由于近年来地球物理技术在油气勘探开发领域方面的研究主要集中于构造及储层研究方面，因而作为评价地层的重要指标之一的地层压力预测方面的研究较少。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出一种地层压力预测方法，以弥补基于地球物理技术的地层压力预测方面的技术短缺，以叠前弹性参数反演为基础，利用地球物理技术预测地层压力，为常规、非常规油气勘探提供技术支持。

本发明提供了一种通过叠前弹性参数反演预测地层压力的方法。首先建立地层压力与叠前弹性参数之间的关系，再通过叠前弹性参数反演得到叠前弹性参数值，然后依据地层压力与叠前弹性参数之间的关系求取地层压力数据体，进而达到利用地震技术预测地层压力的目的。

为实现上述目的，本发明的一种地层压力预测方法，其特征在于，包括以下步骤：建立地层压力和叠前弹性参数之间的第一函数关系；通过反演方法得到叠前弹性参数值；依据反演求得的所述叠前弹性参数值和第一函数关系得到地层压力数据。

优选地，建立所述地层压力和作为所述叠前弹性参数的纵波速度及横波速度之间的第一函数关系包括：第一步骤，从泊松比公式和初等弹性理论出发得到体积应变与纵波速度及横波速度之间的关系；第二步骤，从波动方程和初等弹性理论出发得到有效应力与所述纵波速度及横波速度之间的关系；和第三步骤，根据所述第一步骤和第二步骤来建立所述地层压力和所述纵波速度及横波速度之间的关系。

优选地，所述体积应变和所述纵波速度及横波速度之间的关系满足下式：

其中：ΔV/V为体积应变；Vp为纵波速度；Vs为横波速度；ΔH/H为纵向应变。

优选地，所述有效应力与所述纵波速度及横波速度之间的理论关系满足下式：

其中：σ为有效应力；ρ为地层密度；ΔH/H为纵向应变；Vp为纵波速度；Vs为横波速度。

优选地，将所述地层压力设为P_f时，所述地层压力和所述叠前弹性参数之间的关系满足下式：

其中，ρ_ov为上覆地层平均密度；g为重力加速度；h为地层深度；ΔH/H为纵向应变；Vp为纵波速度；Vs为横波速度；ρ为地层密度。

优选地，通过所述叠前弹性参数的反演得到的所述叠前弹性参数的值是作为所述叠前弹性参数的地层密度、纵波速度、横波速度的值。

优选地，所述叠前弹性参数的反演通过JASON软件叠前反演模块来进行。

发明效果

本发明通过泊松比和体积模量公式推导分析建立有效应力与纵波速度及横波速度、密度之间的关系，然后通过叠前反演完成地层压力数据体的计算，以此地层压力数据体为基础，完成对地层压力纵横向展布情况的精细描述，进而减少钻井风险，提高勘探效益。

附图说明

图1为本发明流程框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面参照附图1来说明本发明的实施例。

本发明提供了一种通过叠前弹性参数反演预测地层压力的方法。

由图1可知，本发明包括以下步骤：

一、建立地层压力和叠前弹性参数之间的关系，从而建立地层压力预测公式。

在该步骤中，首先，从泊松比公式和初等弹性理论出发推导体积应变与岩石速度(包括岩石纵波速度和岩石横波速度，在下面将岩石纵波速度简称为纵波速度，将岩石横波速度简称为横波速度)之间的理论关系，也就是由泊松比计算体积应变；其次，从波动方程和初等弹性理论出发推导有效应力与岩石速度之间的理论关系；最后，进行地层压力公式推算，以建立地层压力和纵波速度及横波速度之间的关系。

①由泊松比计算体积应变

从泊松比公式和初等弹性理论出发推导体积应变与岩石速度之间的理论关系。首先由泊松比定义可得：

式中：Vp为纵波速度；Vs为横波速度；θ为泊松比。

又由初等弹性理论可得：

式中：ΔS/S为横向应变；ΔH/H为纵向应变。将式(2)代入式(1)得到：

又由：

式中：ΔS/S为横向应变；ΔV/V为体积应变。将式(3)带入式(4)得到：

这样，式(5)就是推导出的体积应变和岩石速度之间的理论关系。

②计算有效应力

从波动方程和初等弹性理论出发推导有效应力与岩石速度之间的理论关系。首先由纵波波动方程可得：

式中：Vp为纵波速度；μ为剪切模量；ρ为岩石平均密度(在下面有时也称为岩石密度或地层密度)；K为体积模量。

又因为：

μ＝ρVs² (7)

式中：Vs为横波速度。将式(7)代入式(6)得到：

K＝ρVp²-4/3ρVs² (8)

同时，由初等弹性理论可知：

式中：K为体积模量；σ为围压应力(就是有效应力，因为地层压力不引起岩石变形，只有有效应力才决定压缩变形程度，所以围压应力就相当于有效应力，也就是岩石骨架所承受的有效应力)；ΔV/V为体积应变。将式(8)和式(9)合并，可得：

将式(5)代入式(10)得到：

式中：σ为岩石骨架所承受的有效应力(有效应力)；ρ为岩石密度；ΔH/H为纵向应变；Vp为纵波速度；Vs为横波速度；

这样，就由泊松比、体积模量的公式结合初等弹性理论，建立了地层岩石骨架有效应力与叠前弹性参数之间的关系。式(a)用于计算有效应力σ。

③地层压力公式推算

接着，进行地层压力公式推算，以建立所述地层压力和所述纵波速度及横波速度之间的关系。

从力学角度讲，沉积物的压实过程受有效应力定理控制，通过分析地下岩石的应力状态可知，上覆地层压力是由岩石颗粒之间相互接触的有效应力和地层压力来共同支撑的。再由岩石骨架有效应力与流体地层压力之间的力学关系，如下：

P_ov＝σ+Ρ_f (b)

式中：P_ov为上覆地层压力；σ为岩石骨架所承受的有效应力；Ρ_f为地层压力。

因此，如果计算出上覆地层压力和有效应力，则可以计算出地层压力。

上覆地层压力就是上覆地层平均密度与岩层深度及重力加速度的乘积，即：

P_ov＝ρ_ovgh (c)

式中ρ_ov为上覆地层平均密度；g为重力加速度；h为地层深度。

将式(a)和式(c)带入式(b)，建立地层压力与纵波速度及横波速度(叠前弹性参数)之间的关系(即、第一函数)：

二、通过叠前弹性参数反演来进行各参数值求取，以得到叠前弹性参数值。

也就是说，通过叠前弹性参数反演得到所述叠前弹性参数的值。

在上式(d)中，各参数的获得方法如下所述。

由密度测井曲线求得上覆地层平均密度ρ_ov；g为重力加速度，取值为9.8m/s²；地层深度h由钻井可得。

ΔH/H为单位厚度变化量(纵向应变)。ΔH/H受埋深的控制，当埋深较浅时，ΔH/H随深度增大而增大，当达到一个极大值后，ΔH/H随深度增大反而逐渐减小。这个特征符合泥岩的一般压实规律，即浅层时压实作用明显，到达一定深度后，压实作用逐渐减弱。因此，如果某个层位在埋深上起伏不大时，可以认为ΔH/H也是常量。在具体的实施例中，为了求取ΔH/H，例如，选取S1井志留系龙马溪组2400米采样点处实测地层压力作为样本点，Vp、Vs、ρ_ov、ρ等参数均由测井曲线直接或间接得到，将实测地层压力Ρ_f带入式(d)求取得到ΔH/H。经过计算后可知，ΔH/H＝0.000985。

叠前反演、叠前地震反演、叠前AVO反演、叠前弹性阻抗反演是同一概念。叠前反演是利用叠前CRP道集数据，通过使用不同的近似式反演求解得到纵波速度Vp、横波速度Vs、地层密度ρ及其它弹性参数体，并进一步用来预测储层岩性、物性及含油气性。本发明采用JASON软件叠前反演模块，开展进行了叠前反演，得到研究区纵波速度Vp、横波速度Vs、地层密度ρ数据体。

这样，可得到式(d)中全部叠前弹性参数的参数值。

三、地层压力数据体的计算。

接着，依据所述地层压力和所述叠前弹性参数之间的关系求取地层压力数据体。

将上述求得的参数值及数据体，带入到地层压力与纵波速度及横波速度、密度之间的推导公式(d)，计算得到地层压力数据体，完成对地层压力纵横向展布情况的预测。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种地层压力预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立地层压力和叠前弹性参数之间的第一函数关系；

通过反演方法得到叠前弹性参数值；

依据反演求得的所述叠前弹性参数值和第一函数关系得到地层压力数据。

2.根据权利要求1所述的地层压力预测方法，其特征在于，

建立所述地层压力和作为所述叠前弹性参数的纵波速度及横波速度之间的第一函数关系包括：

第一步骤，从泊松比公式和初等弹性理论出发得到体积应变与纵波速度及横波速度之间的关系；

第二步骤，从波动方程和初等弹性理论出发得到有效应力与所述纵波速度及横波速度之间的关系；

第三步骤，根据所述第一步骤和第二步骤来建立所述地层压力和所述纵波速度及横波速度之间的关系。

3.根据权利要求2所述的地层压力预测方法，其特征在于，

所述体积应变和所述纵波速度及横波速度之间的关系满足下式：

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4.根据权利要求3所述的地层压力预测方法，其特征在于，

所述有效应力与所述纵波速度及横波速度之间的理论关系满足下式：

<mrow> <mi>&sigma;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mi>&rho;</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&Delta;</mi> <mi>H</mi> </mrow> <mi>H</mi> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>Vp</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mn>4</mn> <mo>/</mo> <mn>3</mn> <msup> <mi>Vs</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mrow> <msup> <mi>Vp</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <msup> <mi>Vs</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <msup> <mi>Vp</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msup> <mi>Vs</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> </mrow>

5.根据权利要求4所述的地层压力预测方法，其特征在于，

将所述地层压力设为P_f时，所述地层压力和所述叠前弹性参数之间的第一函数关系满足下式：

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6.根据权利要求5所述的地层压力预测方法，其特征在于，

通过所述叠前弹性参数的反演得到的所述叠前弹性参数值是作为所述叠前弹性参数的地层密度、纵波速度、横波速度的值。

7.根据权利要求6所述的地层压力预测方法，其特征在于，

所述叠前弹性参数的反演通过JASON软件叠前反演模块来进行。