CN113404451B - 一种基于测井资料进行岩屑回注选层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于测井资料进行岩屑回注选层的方法，包括：S1、根据伽马测井资料计算待回注井的泥质含量随深度的变化；S2、确定地层岩性纵向分布；S3、选择砂岩所在层为回注目标层，判断该目标层的深度，若符合要求，执行下一步，S4、判断回注目标层的厚度是否符合要求，S5、判断回注目标层的盖层的厚度是否符合要求，S6、根据测井资料，分别求得目标层孔隙度、渗透率、破裂压力和盖层破裂压力剖面；S7、判断回注目标层和盖层的破裂压力差是否符合要求，S8、根据目标层孔隙度、渗透率和破裂压力值确定回注目标层的回注潜力指数H；S9：根据回注潜力指数确定回注目标层是否合适。本发明提供有科学依据的选层流程，可有效解决经验选层的不足问题。

Description

一种基于测井资料进行岩屑回注选层的方法

技术领域

本发明涉及油气开发技术领域，具体涉及一种基于测井资料进行岩屑回注选层的方法。

背景技术

近年来，油气开发越来越多地使用油基钻井液，这会产生大量的具有高污染性的油基岩屑。目前随着各个国家对环保的要求越来越严格，钻井废物必须达到环境要求才能排放，因此，如何高效低成本处理油基岩屑成为制约钻井进度的关键因素。

目前常用的处理方法有填埋法、机械分离法、生物法、热处理法及回注法。其中填埋法虽成本较低，但是由于填埋深度较浅，当遭遇雨季冲刷或地下水渗透可能导致油基废物泄漏，污染环境；机械分离法和热处理方法设备运行成本高；生物法处理周期长，且油基岩屑中的有毒物质会抑制生化降解过程；回注法是将油基岩屑研磨处理，通过高压泵将含有岩屑的浆液从环空或专门的回注井注入到目标地层，不仅可以从根本上解决油基岩屑污染环境的问题，同时处理成本低，时效性好。尤其是海上油气田，回注处理相比运回陆地处理，成本大幅降低，降低了海上平台空间的占用。但目前回注法在国外应用较多，国内尚未进行大规模应用，原因是回注目的层的筛选大都基于经验确定，缺少科学方法或指导方案，存在压力过高盖层破裂、孔隙不达标以及盖层稳定性差等风险，不仅影响回注岩屑的效率和回注量，更严重的是一旦发生泄漏，会对地层水或海洋环境造成不可逆的严重污染。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种基于测井资料进行岩屑回注选层的方法，以提供完整的、有科学依据的选层流程，以便有效解决经验选层的弊端。

本发明首先提出一种基于测井资料进行岩屑回注选层的方法，所述方法包括以下步骤：

S1、根据伽马测井资料计算待回注井对应地层泥质含量剖面；

S2、根据所述泥质含量和岩性判断标准，确定地层岩性纵向分布；

S3、选择所述地层岩性纵向分布中砂岩层为回注目标层，判断该目标层的深度是否符合要求；

S4、判断所述回注目标层的厚度是否符合要求；

S5、判断所述回注目标层盖层的厚度是否符合要求；

S6、根据测井资料，分别计算回注目标层孔隙度、渗透率、破裂压力和盖层破裂压力剖面；

S7、判断所述回注目标层和所述盖层的破裂压力差是否符合要求；

S8、根据所述目标层孔隙度、渗透率和破裂压力剖面分别计算目标层归一化孔隙度平均值，归一化渗透率平均值，归一化破裂压力平均值并确定所述回注目标层的回注潜力指数H；

S9：根据所述回注潜力指数H确定所述回注目标层是否合适。

根据本发明的一种实施方式，在步骤S8中，所述回注目标层的回注潜力指数H

按照下式确定：

其中A＝0.1365；B＝0.2385；C＝0.6250

为归一化孔隙度平均值；

为归一化渗透率平均值；

为归一化破裂压力平均值；

H指数是通过AHP层次分析法计算得到的一个无量纲数值，其代表的是目标地层回注潜能指数。

根据本发明的一种实施方式，在步骤S1中，通过获取伽马测井曲线，根据以下公式计算地层泥质含量剖面，

其中：

V_sh-泥质含量，％

GR-测井伽马值

GR_sand-纯砂岩伽马值

GR_mud-纯泥岩伽马值。

根据本发明的一种实施方式，在步骤S2中所述地层岩性纵向分布按如下标准判断，

若泥质含量(V_sh)≤40，且该层的厚度大于≥4m，则该层为砂岩层；

若泥质含量(V_sh)≤40，且该层的厚度大于<4m，则该层为砂岩夹层；

若泥质含量(V_sh)≥60，且该层的厚度大于≥4m，则该层为泥岩；

若泥质含量(V_sh)≥60，且该层的厚度大于<4m，则该层为泥岩夹层；

若40<泥质含量(V_sh)<60,且该层的厚度大于≥4m，则该层为泥质砂岩层。

若40<泥质含量(V_sh)<60,且该层的厚度大于<4m，则该层为泥质砂岩夹层。

根据本发明的一种实施方式，在步骤S3中，结合回注作业区(陆地或海上)通过岩性纵向分布判断所选砂岩层顶部距离地表(陆地回注)或海底(海上平台回注)的距离是否大于600m，若大于600m则进行下一步选择，否则此目标层不符合回注深度要求。

根据本发明的一种实施方式，在步骤S4中，通过所述地层岩性纵向分布判断所述回注目标层的厚度，若该回注目标层的厚度大于10m，则满足回注要求，否则此目标层不符合回注厚度要求。

根据本发明的一种实施方式，在步骤S5中，通过所述地层岩性纵向分布判断所述回注目标层盖层的厚度，若盖层厚度大于20m，则满足回注盖层的要求，否则该盖层不满足要求。

根据本发明的一种实施方式，在步骤S6中，通过伽马测井值、声波测井值和密度测井值分别计算所述回注目标层的孔隙度、渗透率、破裂压力以及所述盖层的破裂压力剖面。

根据本发明的一种实施方式，在步骤S7中，若所述盖层底部破裂压力大于所述回注目标层顶部破裂压力，且两者的差值大于6.89MPa(即1000psi)，则所述盖层破裂压力满足要求，否则不符合回注要求。

根据本发明的一种实施方式，在步骤S8中，分别将步骤S6获得的目标地层孔隙度、渗透率和破裂压力剖面做归一化处理，然后计算所述回注目标层的归一化孔隙度平均值、归一化渗透率平均值和归一化破裂压力平均值，再计算所述目标层回注潜力指数H；

在步骤S9中，当H≥0.5，则所述回注目标层适合回注；当0.3<H<0.5

，则所述回注目标层应谨慎回注；当H≤0.3，则所述回注目标层不适合回注；

在步骤S3、S4、S5、S7中任一步不符合要求，则所述回注目标层不适合回注，需要重新返回第一步，选取另外目标层进行判断。

本发明基于声波测井、伽马测井和密度测井资料，通过对回注目的层及盖层一系列参数的计算和判断，从而精确筛选回注目的层。该方法可提供完整的、有科学依据的岩屑回注选层流程，可有效解决经验选层的弊端，且计算成本低，筛选方便。

附图说明

图1为本发明一实施例回注选层流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

本发明提供一种基于常规测井资料的岩屑回注选层的方法，这种方法是基于声波测井、伽马测井和密度测井资料，通过对目的层及盖层一系列参数的计算和判断，从而精确筛选回注目的层。该方法可提供完整的、有科学依据的选层流程，可有效解决经验选层的弊端，且计算成本低，筛选方便。

本实施方式一种基于测井资料进行岩屑回注选层的方法，通过声波测井、伽马测井和密度测井资料计算地层参数，根据筛选标准进行回注选层，如图1所示，主要包括如下步骤：

步骤1：根据伽马测井资料计算地层泥质含量剖面；

步骤2：根据岩性分类标准，确定地层岩性纵向分布；

步骤3：选择砂岩层为回注目标层，判断目标层深度；

步骤4：判断目标层厚度；

步骤5：判断盖层厚度；

步骤6：将测井资料代入计算公式，分别计算回注目标层孔隙度、渗透率、破裂压力和盖层破裂压力剖面；

步骤7：判断目标层和盖层破裂压力差；

步骤8：计算目标层归一化孔隙度平均值，归一化渗透率平均值，归一化破裂压力平均值，并代入公式计算回注潜力指数H；

步骤9：根据选层判别标准选取回注层。

下面通过实施方式将更具体地对每步骤进行详细介绍。

根据本发明的一种实施方式，在具体执行上述步骤时，采取了以下实施方式。

步骤1：获取伽马测井曲线，根据公式(1)计算地层泥质含量剖面。

其中：

V_sh-泥质含量，％

GR-测井伽马值

GR_sand-纯砂岩伽马值

GR_mud-纯泥岩伽马值

步骤2：根据下表标准将地层进行分层，确定地层岩性纵向分布。

地层类型	泥质含量(Vsh)	厚度
			砂岩层	≤40	≥4m
砂岩夹层	≤40	＜4m
			泥岩层	≥60	≥4m
泥岩夹层	≥60	＜4m
			泥质砂岩层	40＜Vsh＜60	≥4m
泥质砂岩夹层	40＜Vsh＜60	＜4m

步骤3：根据岩性纵向分布选择厚度较大的砂岩层作为回注目标层，首先结合回注作业区(陆地或海上)通过岩性纵向分布判断所选砂岩层顶部距离地表(陆地回注)或海底(海上平台回注)的距离是否大于600m，若深度大于600m可进行下一步选择，否则此目标层不符合回注深度要求，需另选其它层。

步骤4：当目标层深度满足要求后，通过岩性纵向分布判断目标层厚度，若目标地层厚度大于10m，满足回注层要求，否则此目标层不符合回注厚度要求，需另选其它层。

步骤5：当目标层深度、厚度满足要求后，通过岩性纵向分布判断目标层的盖层厚度，若盖层厚度大于20m，满足回注盖层要求，否则盖层不满足要求，需另选其它层。

步骤6：当目标层深度、厚度和盖层厚度都满足要求后，需将伽马测井、声波测井和密度测井带入公式(2-9)，分别计算目标层孔隙度、渗透率、破裂压力和盖层破裂压力剖面。

σ_v＝∫₀ ^hρ_rock*g*dh (3)

若

取

当计算结果S_wi≤15％，取S_wi＝15％

其中：

p_f-破裂压力，MPa；

σ_v-上覆岩层压力，MPa；

σ_h-最小地应力，MPa；

σ_H-最大地应力，MPa；

K-渗透率，D；

S_t-岩石抗拉强度，实验获得，MPa；

α-Biot系数，经验值φ＜α＜1；

μ-岩石静态泊松比，通过实验获得；

φ-孔隙度，％；

ρ_rock-岩石密度，g/cm³,由密度测井可得；

P_p-孔隙压力，MPa；

Δt-测井声波时差，us/ft；

Δt_ma-岩石骨架声波时差，砂岩182us/m,石灰岩156us/m，白云岩143us/m，此处取150us/m；

Δt_f-泥浆声波时差，盐水608us/m，淡水620us/m；

Δt_sh-泥质(泥岩)声波时差，283us/m；

Δt_n-正常压实泥岩声波时差,将实际测井的声波取对数后，进行一元线性回归，求取声波的趋势线；

h-井深，m；

S_wi-束缚水饱和度，％；

P_n-静液柱压力，MPa；

x-Eaton指数，由区域规律或实钻数据确定，取1.2；

ε₁、ε₂-构造应力系数，根据实验数据反算；

步骤:7：通过步骤6中计算出的破裂压力剖面判断盖层底部和目标层顶部破裂压力差值，若盖层底部破裂压力大于目标层顶部破裂压力，且差值大于6.89MPa(1000psi)，盖层破裂压力满足要求，否则需另选其他层。

步骤8：当目标层及盖层满足步骤1到步骤7的要求后，分别将步骤6计算得到的目标层孔隙度、渗透率和破裂压力剖面按照公式(10-11)进行归一化处理，然后计算目标层归一化孔隙度平均值、归一化渗透率平均值和归一化破裂压力平均值并代入公式(12)计算回注潜力指数H。

对于孔隙度和渗透率越大越优型指标归一化处理公式：

对于破裂压力越小越优型指标归一化处理公式：

其中X_max为样本数据的最大值，对应待求参数剖面中最大数据值，X_min为样本数据的最小值，对应待求参数剖面中最小数据值，X_i为待计算样本数据，对应剖面中每个数据点，Y为归一值。

其中A＝0.1365；B＝0.2385；C＝0.6250

为归一化孔隙度平均值；

为归一化渗透率平均值；

为归一化破裂压力平均值；

其中，A、B、C是根据下述的AHP层次分析法得到，在公式(12)中A、B、C分别代表孔隙度、渗透率、破裂压力对回注层回注潜力指数的影响权重，无实际物理意义。

需要说明的是，本发明根据AHP层次分析法得到孔隙度、渗透率和破裂压力对于回注潜力影响最大。定义回注潜力指数H等于回注目标层归一化孔隙度平均值、归一化渗透率平均值、归一化破裂压力平均值与其影响权重A、B、C的乘积之和，然后通过H大小判断该层是否适合回注。

需要说明的是在本发明中“剖面”一词的定义是某参数与深度数据点的一一对应值组成的数据集合，表现为某参数值随深度的变化。

需要说明的归一化的目的是将某参数实际数值转换为0-1的标准取值范围内的数值，归一化平均值是指计算该参数归一化后的数据平均值。

步骤9：根据步骤8计算所得H，参照表2确定目标层是否适合进行回注作业。

回注建议	适合回注	谨慎回注	不适合回注
				H	H≥0.5	0.3<H<0.5	H≤0.3

需要说明的是H指数的取值范围并不是随意指定，而是根据多组室内实验效果确定。

其中，公式(12)中系数A、B、C的确定方法可采用以下的AHP层次分析法：

1.构建压裂效果判断矩阵。

通过比较渗透率K(C1)、孔隙度φ(C2)、破裂压力P_f(C3)对回注效果的敏感性大小，确定影响回注效果的判断矩阵为：

	C1	C2	C3
				C1	1	2	1/3
C2	1/2	1	1/4
				C3	3	4	1

2.各参数的权重计算与一致性检验步骤。

(1)将矩阵各行向量进行几何平均：

(2)规范化处理

(3)各影响参数对上一层次的权重：

W＝[W₁,W₂,…,W_n]^T

(4)判断矩阵A的最大特征根：

(5)判断A矩阵的一致性：

当CR<0.10时，即可认为判断矩阵具有符合的一致性，求得权重符合要求。若CR>0.10，则需要调整判断矩阵，直至CR<0.10。其中，一致性指标RI与n之间的关系见下表：

n	1	2	3	4	5	6	7	8	9
										RI	0.00	0.00	0.58	0.90	1.12	1.24	1.32	1.41	1.45

本发明实施方式中：

λ_max＝3.0183

一致性符合要求，所以各参数对回注效果的影响权重如下：

参数	渗透率(K)	孔隙度(φ)	破裂压力(P<sub>f</sub>)
				权重	0.2385	0.1365	0.6250

3.根据多组实验结果对最终回注潜力指数H参数进行范围取值，最终结果如下：

H≥0.5可作为回注层

0.3<H<0.5谨慎回注

H≤0.3不可回注。

需要说明的是，在本文中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

此外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中实施例的各零部件、装置都是可以有所变化的，各实施方式都可根据需要进行组合或删减，附图中并非所有部件都是必要设置，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施例，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种基于测井资料进行岩屑回注选层的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、根据伽马测井资料计算待回注井对应地层的泥质含量剖面；

S2、根据所述泥质含量剖面，确定地层岩性纵向分布；

S3、选择所述地层岩性纵向分布中砂岩所在层为回注目标层，判断该目标层的深度是否符合要求；

S4、判断所述回注目标层的厚度是否符合要求；

S5、判断所述回注目标层盖层的厚度是否符合要求；

S6、根据测井资料，分别计算回注目标地层孔隙度、渗透率、破裂压力和盖层破裂压力剖面，具体为：

通过伽马测井值、声波测井值和密度测井值分别计算所述回注目标层的孔隙度、渗透率、破裂压力以及所述盖层的破裂压力剖面：

取

当计算结果S_wi≤15％，取S_wi＝15％

其中：

p_f-破裂压力，MPa；

σ_v-上覆岩层压力，MPa；

σ_h-最小地应力，MPa；

σ_H-最大地应力，MPa；

K-渗透率，D；

S_t-岩石抗拉强度，实验获得，MPa；

α-Biot系数，经验值φ＜α＜1；

μ-岩石静态泊松比，通过实验获得；

φ-孔隙度，％；

ρ_rock-岩石密度，g/cm³,由密度测井可得；

P_p-孔隙压力，MPa；

Δt-测井声波时差，us/ft；

Δt_ma-岩石骨架声波时差，砂岩182us/m,石灰岩156us/m，白云岩143us/m，此处取150us/m；

Δt_f-泥浆声波时差，盐水608us/m，淡水620us/m；

Δt_sh-泥质声波时差，283us/m；

Δt_n-正常压实泥岩声波时差,将实际测井的声波取对数后，进行一元线性回归，求取声波的趋势线；

h-井深，m；

S_wi-束缚水饱和度，％；

P_n-静液柱压力，MPa；

x-Eaton指数，由区域规律或实钻数据确定，取1.2；

ε₁、ε₂-构造应力系数，根据实验数据反算；

S7、判断所述回注目标层和所述盖层的破裂压力差是否符合要求，具体为：

若所述盖层的底部破裂压力大于所述回注目标层的顶部破裂压力值，且两者的差值大于6.89MPa，则所述盖层的应力满足要求，否则不符合回注要求；

S8、若前述判断步骤均符合要求，根据所述目标层孔隙度、渗透率和破裂压力剖面分别计算归一化孔隙度平均值，归一化渗透率平均值，归一化破裂压力平均值，并确定所述回注目标层的回注潜力指数H，具体为：

将步骤S6获得的目标层孔隙度、渗透率和破裂压力值分别做归一化处理，然后计算所述回注目标层的归一化孔隙度平均值、归一化渗透率平均值和归一化破裂压力平均值，再计算所述回注潜力指数H；

S9：根据所述回注潜力指数H确定所述回注目标层是否合适，具体为：

当H≥0.5，则所述回注目标层适合回注；当0.3<H<0.5，则所述回注目标层应谨慎回注；当H≤0.3，则所述回注目标层不适合回注；

在步骤S3、S4、S5、S7中任一步不符合要求，则所述回注目标层不适合回注。

2.根据权利要求1所述的基于测井资料进行岩屑回注选层的方法，其特征在于，在步骤S8中，所述回注目标层的回注潜力指数H按照下式确定：

其中A＝0.1365；B＝0.2385；C＝0.6250

为归一化孔隙度平均值；

为归一化渗透率平均值；

为归一化破裂压力平均值。

3.根据权利要求1或2所述的基于测井资料进行岩屑回注选层的方法，其特征在于，在步骤S1中，通过获取伽马测井曲线，根据以下公式计算地层泥质含量剖面，

其中：

V_sh-泥质含量，％

GR-测井伽马值

GR_sand-纯砂岩伽马值

GR_mud-纯泥岩伽马值。

4.根据权利要求1或2所述的基于测井资料进行岩屑回注选层的方法，其特征在于，所述地层岩性纵向分布判断标准为：

若泥质含量V_sh≤40，且该层的厚度大于≥4m，则该层为砂岩层；

若泥质含量V_sh≤40，且该层的厚度大于＜4m，则该层为砂岩夹层；

若泥质含量V_sh≥60，且该层的厚度大于≥4m，则该层为泥岩；

若泥质含量V_sh≥60，且该层的厚度大于＜4m，则该层为泥岩夹层；

若40<泥质含量V_sh＜60，且该层的厚度大于≥4m，则该层为泥质砂岩层；

若40＜泥质含量V_sh＜60，且该层的厚度大于＜4m，则该层为泥质砂岩夹层。

5.根据权利要求1或2所述的基于测井资料进行岩屑回注选层的方法，其特征在于，在步骤S3中，结合回注作业区，通过岩性纵向分布判断所选砂岩层顶部距离地表或海底的距离是否大于600m，若该深度大于600m则进行下一步选择，否则此目标层不符合回注深度要求。

6.根据权利要求1或2所述的基于测井资料进行岩屑回注选层的方法，其特征在于，在步骤S4中，通过所述地层岩性纵向分布判断所述回注目标层的厚度，若该回注目标层的厚度大于10m，则满足回注要求，否则此目标层不符合回注厚度要求。

7.根据权利要求1或2所述的基于测井资料进行岩屑回注选层的方法，其特征在于，在步骤S5中，通过所述地层岩性纵向分布判断所述回注目标层的盖层的厚度，若该盖层的厚度大于20m，则满足回注盖层的要求，否则该盖层不满足要求。

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