CN110656930A - 一种基于岩性-物性分类的碎屑岩地层压力计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于岩性‑物性分类的碎屑岩地层压力计算方法，包括如下步骤：S1、对碎屑岩地层进行岩性分类，划分泥岩层和砂岩层；S2、将砂岩层划分为极低渗低渗砂岩层和中高渗砂岩层；S3、将中高渗砂岩层分为孤立型和连通型；S4、计算泥岩层的地层压力；S5、计算极低渗低渗砂岩层和孤立型中高渗砂岩层的地层压力，S6、编制连通型中高渗砂岩顶底界面的深度构造图，读取砂岩的最大埋深和最小埋深，计算连通型中高渗砂岩的地层压力；S7、不同岩性‑物性地层计算地层压力按深度合并从而得到全部地层的地层压力，解决了砂岩与泥岩孔隙压力形成机制的差异问题，提高孔隙压力预测的精度，为钻井套管程序优化、泥浆性能优化提供更准确的数据支撑。

Description

一种基于岩性-物性分类的碎屑岩地层压力计算方法
技术领域
本发明属于地球物理勘探技术领域，特别涉及一种基于岩性-物性分类的碎屑岩地层压力计算方法。
背景技术
地层异常压力是钻井液设计和井身结构设计优化的关键参数，提高压力预测精度对控制钻井工程风险，降低钻井成本具有重要的意义。
碎屑岩地层异常压力的预测方法可以概括为两类，一是建立泥岩正常压实趋势线判断地层是否存在超压，根据等效深度法、伊顿法、Bowers法、经验法等计算孔隙压力；二是建立泥岩的有效应力与速度之间的函数关系，利用速度求解有效应力，然后根据有效应力原理计算孔隙压力。所有孔隙压力预测方法都具有相似的基本假设，即砂岩孔隙压力等于相邻泥岩的孔隙压力。由于砂岩和泥岩的异常高压形成机制并不完全相同，低渗泥岩孔隙压力通常是自源压力，如欠压实、生烃、水热等，而具有渗透性的砂岩孔隙压力通常是它源压力，如侧向传递、断层连通等，因此上述基本假设多数情况下是不成立的。当砂岩孔隙压力成因与相邻泥岩孔隙压力不同时，基于泥岩属性计算的砂岩孔隙压力与实际砂岩孔隙压力的差异可能非常大，大大增加了钻井过程中井漏、井涌等风险。因此，亟需一种解决砂岩与泥岩孔隙压力形成机制的差异问题，提高孔隙压力预测的精度，为钻井套管程序优化、泥浆性能优化提供更准确数据支撑的计算方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于岩性-物性分类的碎屑岩地层压力计算方法，基于岩性-物性分类的孔隙压力预测方法考虑了砂岩与泥岩孔隙压力形成机制的差异性，泥岩和不同物性的砂岩地层分别采用不同的方法计算孔隙压力，进而提高孔隙压力预测的精度。
为了解决上述问题，本发明提供一种基于岩性-物性分类的碎屑岩地层压力计算方法，所述方法包括如下步骤：
S1，对碎屑岩地层进行岩性和物性分类，划分为泥岩层和不同物性条件的砂岩层；
S2，根据测井解释渗透率数据，将砂岩层划分为极低渗低渗砂岩层和中高渗砂岩层；
S3，建立电缆测压-深度图，对测压数据进行分段线性拟合；拟合直线近似平行与上覆压力时，砂岩为孤立型砂岩层；拟合直线近似平行与静水压力时，砂岩为连通型砂岩层；结合步骤S2的结果，将中高渗砂岩层分为孤立型和连通型；
S4，根据文献调研，计算泥岩层的地层压力；输入测井声波时差的数据，采用等效深度法、伊顿法、Bowers法、经验法等计算地层孔隙压力；
S5，计算极低渗低渗砂岩层和孤立型中高渗砂岩层的地层压力；输入测井声波时差的数据，采用上下相邻泥岩的平均值或线性内插结果，采用的地层压力计算方法与步骤S4中泥岩层相同；
S6，对连通型中高渗砂岩采用压力侧向传递法计算地层压力，包括开展地震资料构造解释，追踪砂岩顶底界面，编制砂岩顶底界面的深度构造图，在深度构造图中读取砂岩的最大埋深和最小埋深；
S7，不同岩性、物性地层计算地层压力按深度合并；同一深度存在多个计算压力数据时，连通型中高渗砂岩层计算压力优先级最高，采用连通型中高渗砂岩层计算压力，从而得到全部地层的地层压力。
进一步地，所述步骤S4、步骤S5、步骤S6中采用的数据还包括声波速度、电阻率和VSP速度；步骤S5、步骤S6中所述声波速度、电阻率和VSP速度分别采用相邻泥岩层的声波时差、电阻率、地震层速度值的均值，提高了计算结果的精度。
进一步地，所述伊顿法的计算公式为：
Figure BDA0002238196870000031
式中，
PP为孔隙压力梯度，g/cm3；
OBG为上覆压力梯度，g/cm3；
PPN为静水压力梯度，g/cm3；
DTN为正常压实地层声波时差，us/ft；
DTO为实测地层声波时差，us/ft；
x为伊顿指数；
所述等效深度法的计算公式为：
PP＝PE+(OBG-OBGE)
式中，
PP为孔隙压力，PSI或Pa；
PPE为等效深度点的孔隙压力，PSI或Pa；
OBG为上覆压力，PSI或Pa；
OBGE为等效深度点的上覆压力，PSI或Pa；
所述Bowers法的计算公式为：
Figure BDA0002238196870000032
式中，
PP为孔隙压力梯度，g/cm3；
OBG为上覆压力梯度，g/cm3；
V0为海底沉积物速度，m/s；
V为实测地层速度，m/s；
A和B为经验常数；
Depth为垂深，m；
所述经验法的计算公式为：
PP＝F(V-VN)
式中，
PP为孔隙压力梯度，g/cm3；
VN为正常压实地层速度，m/s；
V为实测地层速度，m/s；
F为速度与测量压力梯度间的经验函数。
进一步地，所述步骤S6中连通型中高渗砂岩压力的计算公式为：
假设连通型中高渗砂岩的深度中值位置为H，
H＝(Hmax+Hmin)/2时砂岩孔隙压力与泥岩孔隙压力相等，
即PSandH＝PShaleH，
采用压力侧向传递法计算连通型中高渗砂岩的地层孔隙压力，砂岩最小埋深Hmin位置的孔隙压力:
PSandHmin＝PShaleH-Kρg(Hmax-Hmin)/2，
砂岩最大埋深Hmax位置的孔隙压力:
PSandHmax＝PShaleH+Kρg(Hmax-Hmin)/2，
式中，ρ为砂岩流体密度，g/cm3；g为重力加速度，9.81m/s2；P 为地层孔隙压力，MPa；H为深度，m；K为单位转换系数，1×10-3。
与现有技术相比，本发明具有以下显著效果：
本发明考虑了泥岩地层与砂岩地层、不同孔渗条件和连通条件砂岩地层在地层异常压力形成机和压力结构特征的差异性，根据压力成因机制的不同，合理选择针对性的地层压力计算方法，提高了地层压力预测的精度。
附图说明
图1是本发明一种基于岩性-物性分类的碎屑岩地层压力计算方法的流程图；
图2是本发明实施例的岩性-物性分类示意图；
图3是本发明实施例的孤立型砂岩和连通型砂岩的地层压力剖面图；
图4是本发明实施例岩层压力侧向传递的示意图：
图5是本发明实施例的岩性-物性地层计算压力融合的示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动的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。
结合图1所示，一种基于岩性-物性分类的碎屑岩地层压力计算方法，该方法包括如下步骤：
结合图2所示，步骤S1，对碎屑岩地层进行岩性和物性分类，划分为泥岩层和不同物性条件的砂岩层。
步骤S2，根据测井解释渗透率数据，将砂岩层划分为极低渗低渗砂岩层和中高渗砂岩层。
结合图3所示，步骤S3，建立电缆测压-深度图，对测压数据进行分段线性拟合；拟合直线近似平行与上覆压力时，砂岩为孤立型砂岩层；拟合直线近似平行与静水压力时，砂岩为连通型砂岩层；结合步骤S2的结果，将中高渗砂岩层分为孤立型和连通型。
步骤S4，根据文献调研，计算泥岩层的地层压力；输入测井声波时差的数据，采用等效深度法、伊顿法、Bowers法、经验法等计算地层孔隙压力。
步骤S5，计算极低渗低渗砂岩层和孤立型中高渗砂岩层的地层压力；输入测井声波时差的数据，采用上下相邻泥岩的平均值或线性内插结果，采用的地层压力计算方法与步骤S4中泥岩层相同。
步骤S6，对连通型中高渗砂岩采用压力侧向传递法计算地层压力，包括开展地震资料构造解释，追踪砂岩顶底界面，编制砂岩顶底界面的深度构造图，在深度构造图中读取砂岩的最大埋深和最小埋深。
进一步地，结合图4所示，对于泥岩沉积背景下的倾斜砂岩，砂岩压力与相邻泥岩压力不总是相同。存在某一个深度点，该深度上的砂岩压力O与相邻泥岩压力O’相等，称为砂岩质心点。质心点之上，砂岩压力A大于相邻泥岩压力A’；质心点之下，砂岩压力B 小于相邻泥岩压力B’，这种现象称为压力侧向传递作用。所述步骤 S4、步骤S5、步骤S6中采用的数据还包括声波速度、电阻率和VSP 速度；步骤S5、步骤S6中所述声波速度、电阻率和VSP速度分别采用相邻泥岩层的声波时差、电阻率、地震层速度值的均值。
所述伊顿法的计算公式为：
式中，
PP为孔隙压力梯度，g/cm3；
OBG为上覆压力梯度，g/cm3；
PPN为静水压力梯度，g/cm3；
DTN为正常压实地层声波时差，us/ft；
DTO为实测地层声波时差，us/ft；
x为伊顿指数；
所述等效深度法的计算公式为：
PP＝PE+(OBG-OBGE)
式中，
PP为孔隙压力，PSI或Pa；
PPE为等效深度点的孔隙压力，PSI或Pa；
OBG为上覆压力，PSI或Pa；
OBGE为等效深度点的上覆压力，PSI或Pa；
所述Bowers法的计算公式为：
Figure BDA0002238196870000071
式中，
PP为孔隙压力梯度，g/cm3；
OBG为上覆压力梯度，g/cm3；
V0为海底沉积物速度，m/s；
V为实测地层速度，m/s；
A和B为经验常数；
Depth为垂深，m；
所述经验法的计算公式为：
PP＝F(V-VN)
式中，
PP为孔隙压力梯度，g/cm3；
VN为正常压实地层速度，m/s；
V为实测地层速度，m/s；
F为速度与测量压力梯度间的经验函数。
进一步地，连通型中高渗砂岩压力的计算过程为：
假设连通型中高渗砂岩的深度中值位置为H，
H＝(Hmax+Hmin)/2时砂岩孔隙压力与泥岩孔隙压力相等，
即PSandH＝PShaleH，
采用压力侧向传递法计算连通型中高渗砂岩的地层孔隙压力，砂岩最小埋深Hmin位置的孔隙压力:
PSandHmin＝PShaleH-Kρg(Hmax-Hmin)/2，
砂岩最大埋深Hmax位置的孔隙压力:
PSandHmax＝PShaleH+Kρg(Hmax-Hmin)/2，
其中，ρ为砂岩流体密度，g/cm3；g为重力加速度，9.81m/s2；P 为地层孔隙压力，MPa；H为深度，m；K为单位转换系数，1×10-3。
结合图5所示，步骤S7，不同岩性、物性地层计算地层压力按深度合并；同一深度存在多个计算压力数据时，连通型中高渗砂岩层计算压力优先级最高，采用连通型中高渗砂岩层计算压力，从而得到全部地层的地层压力。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于岩性-物性分类的碎屑岩地层压力计算方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
S1，对碎屑岩地层进行岩性和物性分类，划分为泥岩层和不同物性条件的砂岩层；
S2，根据测井解释渗透率数据，将砂岩层划分为极低渗低渗砂岩层和中高渗砂岩层；
S3，建立电缆测压-深度图，对测压数据进行分段线性拟合；拟合直线近似平行与上覆压力时，砂岩为孤立型砂岩层；拟合直线近似平行与静水压力时，砂岩为连通型砂岩层；结合步骤S2的结果，将中高渗砂岩层分为孤立型和连通型；
S4，根据文献调研，计算泥岩层的地层压力；输入测井声波时差的数据，采用等效深度法、伊顿法、Bowers法、经验法等计算泥岩地层孔隙压力；
S5，计算极低渗低渗砂岩层和孤立型中高渗砂岩层的地层压力；输入测井声波时差的数据，采用上下相邻泥岩声波时差的平均值或线性内插结果，采用的地层压力计算方法与步骤S4中泥岩层相同；
S6，对连通型中高渗砂岩采用压力侧向传递法计算地层压力，包括开展地震资料构造解释，追踪砂岩顶底界面，编制砂岩顶底界面的深度构造图，在深度构造图中读取砂岩的最大埋深和最小埋深；
S7，不同岩性、物性地层计算地层压力按深度合并；同一深度存在多个计算压力数据时，连通型中高渗砂岩层计算压力优先级最高，采用连通型中高渗砂岩层计算压力，从而得到全部地层的地层压力。
2.根据权利要求1所述的一种基于岩性-物性分类的碎屑岩地层压力计算方法，其特征在于，所述步骤S4、步骤S5、步骤S6中采用的数据还包括声波速度、电阻率和VSP速度；步骤S5、步骤S6中所述声波速度、电阻率和VSP速度分别采用相邻泥岩层的声波时差、电阻率、地震层速度值的均值。
3.根据权利要求2所述的一种基于岩性-物性分类的碎屑岩地层压力计算方法，其特征在于，所述伊顿法的计算公式为：
式中，
PP为孔隙压力梯度，g/cm3；
OBG为上覆压力梯度，g/cm3；
PPN为静水压力梯度，g/cm3；
DTN为正常压实地层声波时差，us/ft；
DTO为实测地层声波时差，us/ft；
x为伊顿指数；
所述等效深度法的计算公式为：
PP＝PE+(O蠸G-O蠸GE)
式中，
PP为孔隙压力，PSI或Pa；
PPE为等效深度点的孔隙压力，PSI或Pa；
OBG为上覆压力，PSI或Pa；
OBGE为等效深度点的上覆压力，PSI或Pa；
所述Bowers法的计算公式为：
Figure FDA0002238196860000022
式中，
PP为孔隙压力梯度，g/cm3；
OBG为上覆压力梯度，g/cm3；
V0为海底沉积物速度，m/s；
V为实测地层速度，m/s；
A和B为经验常数；
Depth为垂深，m；
所述经验法的计算公式为：
PP＝F(V-VN)
式中，
PP为孔隙压力梯度，g/cm3；
VN为正常压实地层速度，m/s；
V为实测地层速度，m/s；
F为速度与测量压力梯度间的经验函数。
4.根据权利要求3所述的一种基于岩性-物性分类的碎屑岩地层压力计算方法，其特征在于，所述步骤S6中连通型中高渗砂岩压力计算公式为：
假设连通型中高渗砂岩的深度中值位置为H，
H＝(Hmax+Hmin)/2时砂岩孔隙压力与泥岩孔隙压力相等，
即PSandH＝PShaleH，
采用压力侧向传递法计算连通型中高渗砂岩的地层孔隙压力，砂岩最小埋深Hmin位置的孔隙压力:
PSandHmin＝PShaleH-Kρg(Hmax-Hmin)/2，
砂岩最大埋深Hmax位置的孔隙压力:
PSandHmax＝PShaleH+Kρg(Hmax-Hmin)/2，
式中，ρ为砂岩流体密度，g/cm3；g为重力加速度，9.81m/s2；P为地层孔隙压力，MPa；H为深度，m；K为单位转换系数，1×10-3。
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