CN113847013A - 一种计算地层欠压实超压贡献率及演化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种计算地层欠压实超压贡献率及演化的方法，包括以下步骤：提取泥岩声波时差和体积密度数据，建立声波速度‑密度关系图版识别超压成因机制；基于伊顿法和等效深度法分别计算地层压力总量P和欠压实地层压力分量P1，进而求取欠压实超压贡献率
Figure DDA0003222017450000011
基于欠压实超压形成机理，运用盆地模拟软件basinmod 1D模拟输出地层沉积过程埋深和密度演化关系，采用等效深度法结合地层埋藏过程计算欠压实超压演化过程。本发明的有益效果：计算过程涉及参数少且易于获取，减少了较多的人为性因素干扰，提高计算结果可靠性，具有良好的实用性；该方法不仅能获取钻井连续地层深度段欠压实超压贡献率，同时还能计算欠压实超压演化过程。

Description

一种计算地层欠压实超压贡献率及演化的方法
技术领域
本发明涉及油气地质、矿产勘探开发技术领域，尤其涉及一种计算地层欠压实超压贡献率及演化的方法。
背景技术
孔隙流体异常压力是沉积盆地地史时期普遍存在的现象，地层压力演化与油气生成、运移、聚集具有密切关系，对油气成藏各个要素及过程有显著影响。含油气沉积盆地超压成因机制复杂，主要包括欠压实、流体膨胀(水热增压作用、黏土矿物转换以及生烃增压作用)、构造挤压和压力传递等作用。据统计，在中国含油气超压盆地中，欠压实成因超压占37.9％，生烃增压作用产生的超压占17.2％，欠压实与生烃增压共同作用形成的超压占比为31％。
目前对超压的研究主要是超压成因机制的识别，对多机制超压贡献量及超压演化研究相对薄弱。在超压预测方面，主要是基于主要超压成因机制进行计算，如Hottman和Johnson、Eaton、Bowers和Tingay等依据等效深度法、Eaton法以及有效应力法对欠压实超压和流体膨胀超压进行计算，郭小文等建立了生烃增压方程来定量表征生烃增压量。对超压贡献率研究主要是基于声波速度/电阻率/体积密度与有效应力变化特征，利用加载-卸载曲线方法进行计算，由于后期超压会导致声波速度和电阻率变化，所以会低估流体膨胀超压量。同时由于实测地层压力数据有限，只能计算有限的实测压力点的超压贡献率，不能计算连续深度段的超压贡献量。
压实方法、盆地数值模拟和流体包裹体方法是超压演化研究的常用方法，传统压实研究只能反映地层最大埋深时期流体的压力情况，盆地模拟方法虽然能在盆地尺度上连续再现流体压力演化过程，但涉及众多参数难以确认，而且并未针对不同成因机制超压分别建立模型，因此难以准确恢复超压演化过程。流体包裹体分析方法受限于钻井取芯情况，实验过程复杂且耗时长，只能获取储层流体包裹体捕获时期的地层压力信息。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题。本发明的实施例提供了一种计算地层欠压实超压贡献率及演化的方法。
本发明的实施例提供一种计算地层欠压实超压贡献率的方法，包括以下步骤：
判断超压成因机制：选择泥岩声波时差和体积密度数据，建立声波速度-密度关系图版，识别超压成因机制，当数据点位于加载曲线趋势线，则超压成因为欠压实作用，若数据点偏离加载曲线位于卸载曲线附近，则超压的形成包含非欠压实作用；
进一步地，所述泥岩段的声波速度-密度关系图版建立的具体方法为：
结合综合录井数据以及GR曲线值，在测井曲线上识别出泥岩段；
在测井曲线上读取出泥岩声波时差、地层密度值，并剔除因岩性变化、井眼条件因素造成的异常值；
将筛选出的声波时差转化为声波速度V，声波速度V＝1000/3.28AC，3.28为单位换算系数，以泥岩密度为横坐标，声波速度为纵坐标，绘制声波速度-密度关系图版，根据波速度-密度关系图判断出所述泥岩段的超压成因是否包括欠压实作用。
计算所述泥岩段的地层压力总量P：对正常压实段声波时差数据拟合正常声波时差趋势线，采用伊顿法计算地层压力总量P，并用实测地层压力数据进行标定；
计算所述泥岩段欠压实地层压力分量P1：对正常压实段泥岩体积密度数据拟合正常密度趋势线，采用等效深度法计算欠压实地层压力分量P1；
计算所述泥岩段欠压实超压贡献率；计算地层剩余压力ΔP＝P-Ph，计算欠压实超压量ΔP1＝P1-Ph，其中Ph为静水压力，进而求取欠压实超压贡献率
Figure BDA0003222017430000031
进一步地，所述泥岩段地层压力总量P的具体计算方法如下：
正常压实段声波时差AC与埋深h呈指数关系，其表达式为AC＝aeb·h，a和b为拟合参数；所述泥岩段地层压力总量P的计算公式为：
Figure BDA0003222017430000032
式中，P0—上覆岩层压力，MPa；
Ph—静水压力，MPa；
Δtn—正常压实趋势声波时差，μs/ft；
Δt—实测声波时差，μs/ft；
N—Eaton指数。
进一步地，所述泥岩段欠压实地层压力分量P1的计算方法如下：
正常压实段泥岩密度与埋深h呈线性关系，其表达式为h＝c·ρ+d，c和d为拟合参数；所述泥岩段欠压实地层压力分量P1的计算公式为：
P1＝ρg(DA-DB)+ρwgDB
式中，ρ—岩层平均密度，kg/cm3；
ρw—地层水密度，kg/cm3；
DA—实测深度点埋深，m；
DB—实测深度点A的等效深度，m。
另外本发明的实施例还提供了一种计算地层欠压实超压演化的方法，包括：运用盆地模拟软件模拟地层埋藏史，并输出地层埋藏史和体积密度演化数据，基于欠压实超压形成机理，欠压实形成后地层完全封闭，孔隙体积保持不变，孔隙流体承担原本属于骨架承担的上覆负荷，采用等效深度法结合地层埋藏过程计算欠压实超压演化过程。
进一步地，采用等效深度法结合地层埋藏过程计算欠压实超压演化过程的具体方法如下：
通过计算超压段任意深度点A的任意时间t的欠压实地层压力P1，t确定欠压实超压演化过程；
其中，P1，0＝ρwgh0；
Figure BDA0003222017430000041
式中，ρw—地层水密度，kg/cm3；
h0—地史时期ρ＝ρA时地层埋深，m；
ht、ht-1—t时刻和t-1时刻的地层埋藏深度，m；
ρ1，t、ρ1，t-1—t时刻和t-1时刻地层密度，kg/cm3。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明直接基于声波时差和体积密度资料采用伊顿法和等效深度法对地层压力量化，计算过程涉及参数少且易于获取，避免了Bowers加/卸载曲线超压预测模型中复杂区域参数确定步骤，减少了较多的人为性因素干扰，提高计算结果可靠性，具有良好的实用性；
针对欠压实和生烃增压等复合成因地层超压贡献率研究，本发明将欠压实和非欠压实成因的超压分别量化表征，进而可以获取钻井连续深度段超压贡献率，从根本上消除了传统声波速度/电阻率/体积密度与有效应力关系法因流体膨胀和超压传递增压而导致的高估欠压实超压量现象，计算结果更加准确；
另外还创造性地提出了一种新的欠压实超压演化的计算方法，将盆地模拟技术与压实方法相结合，能够快速确定欠压实作用形成时间以及欠压实超压形成演化过程，避免常规盆地模拟直接求取超压演化参数众多，预测效果不佳等诸多问题。
附图说明
图1是本发明一种计算地层欠压实超压贡献率及演化的方法的流程图；
图2是X井泥岩段的声波速度-密度关系图；
图3是X井的欠压实超压贡献率计算成果图；
图4是X井地层欠压实超压演化成果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
本实施例以X井计算其地层欠压实超压贡献率和欠压实超压演化为例，对本申请的一种计算地层欠压实超压贡献率及演化的方法，做解释说明。
请参考图1，步骤S1:首先判断X井泥岩段超压成因是否包括欠压实作用，也就是选择泥岩声波时差和体积密度数据，建立声波速度-密度关系图版。进而根据声波速度-密度关系图识别X井泥岩段超压成因机制，当数据点位于加载曲线趋势线，则超压成因为欠压实作用，若数据点偏离加载曲线位于卸载曲线附近，则超压的形成包含非欠压实作用。具体步骤如下：
结合X井的综合录井数据以及GR曲线值，在测井曲线上识别出泥岩段；
在测井曲线上读取出泥岩声波时差、地层密度值，并剔除因岩性变化、井眼条件因素造成的异常值；
将筛选出的声波时差转化为声波速度V(km/s)，声波速度V＝1000/3.28AC，3.28为单位换算系数，以泥岩密度为横坐标，声波速度为纵坐标建立声波速度-密度关系图版，判断声波速度-密度关系图中的数据点是否位于加载曲线趋势线附近，若是则X井泥岩段超压成因包括欠压实作用；若否则X井泥岩段超压成因包含非欠压实作用。这样根据波速度-密度关系图判断出所述泥岩段的超压成因是否包括欠压实作用。图2为X井泥岩段的声波速度-密度关系图，其中X井由上至下分为Qpl、N2y1和N2y2三套地层,由图中可以看出N2y1和N2y2地层超压成因包括欠压实作用，同时也存在流体膨胀/传递成因超压。
步骤S2:然后计算超压成因包括欠压实作用的泥岩段的地层压力总量P：对正常压实段声波时差数据拟合正常声波时差趋势线，采用伊顿法计算地层压力总量P，并用实测地层压力数据(DST、MDT等数据)进行标定。
所述泥岩段地层压力总量P的具体计算方法如下：
正常压实段声波时差AC与埋深h呈指数关系，其表达式为AC＝aeb·h，a和b为为拟合参数；这里拟合出X井泥岩段声波时差趋势线为AC＝602.6e-0.000363h
采用伊顿法计算所述泥岩段地层压力总量P的计算公式为：
Figure BDA0003222017430000071
式中，P0—上覆岩层压力，MPa；
Ph—静水压力，MPa；
Δtn—正常压实趋势声波时差，μs/ft；
Δt—实测声波时差，μs/ft；
N—Eaton指数。
步骤S3:之后计算所述泥岩段欠压实地层压力分量P1：对正常压实段泥岩体积密度数据，拟合正常密度趋势线，采用等效深度法计算欠压实地层压力分量P1。
正常压实段泥岩密度与埋深h呈线性关系，其表达式为h＝c·ρ+d，c和d为拟合参数。这里拟合出X井泥岩段体积密度正常趋势线为h＝3246.8ρ-6220.8
采用等效深度法计算X井泥岩段欠压实地层压力分量P1的计算公式为：
P1＝ρg(DA-DB)+ρwgDB
式中，ρ—岩层平均密度，kg/cm3；
ρw—地层水密度，kg/cm3；
DA—实测深度点埋深，m；
DB—实测深度点A的等效深度，m。
步骤S4:最后计算所述泥岩段欠压实超压贡献率；计算地层剩余压力ΔP＝P-Ph，计算欠压实超压量ΔP1＝P1-Ph，进而求取欠压实超压贡献率
Figure BDA0003222017430000072
图3是计算出的X井泥岩段N2y1和N2y2地层的欠压实超压贡献率结果图。由图中可以看出通过上述计算地层欠压实超压贡献率方法，可直观精确计算出钻井连续深度段地层欠压实超压贡献率。
另外本发明的实施例还提供了一种计算地层欠压实超压演化的方法，包括步骤S5：运用盆地模拟软件basinmod 1D模拟地层埋藏史，并输出地层埋藏史和体积密度演化数据，基于欠压实超压形成机理，欠压实形成后地层完全封闭，孔隙体积保持不变，孔隙流体承担原本属于骨架承担的上覆负荷，采用等效深度法结合地层埋藏过程计算欠压实超压形成时间及演化过程。具体方法如下：
通过计算超压段任意深度点A的任意时间t欠压实地层压力P1，t确定欠压实超压演化过程；
其中，P1，0＝ρwgh0；
Figure BDA0003222017430000081
式中，ρw—地层水密度，kg/cm3；
h0—地史时期ρ＝ρA时地层埋深，m；
ht、ht-1—t时刻和t-1时刻的地层埋藏深度，m；
ρ1，t、ρ1，t-1—t时刻和t-1时刻地层密度，kg/cm3。
图4是计算出的X井超压段地层2150m和2500m深度泥岩地层欠压实超压演化成果图。埋藏深度为2150m和2500m深度泥岩分别在距今1.6Ma、1.2Ma形成欠压实，计算结果显示该方法效果良好。
本申请提出一种计算地层欠压实超压贡献率的方法，新方法采用伊顿法和等效深度法对地层压力量化，该方法相比于传统的Bowers和有效应力关系法更加简便直观，预测精度更高；同时也创造性提出一种新的欠压实超压演化研究方法，对进一步研究油气成藏过程具有良好的实用性，能为海洋或陆地油气勘探和钻井作业提供一定技术指导，提高钻井作业的安全性和实效性。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
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 (6)

1.一种计算地层欠压实超压贡献率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
判断超压成因机制：选择泥岩段泥岩声波时差和体积密度数据，建立声波速度-密度关系图版，识别超压成因机制，当数据点位于加载曲线趋势线，则超压成因为欠压实作用，若数据点偏离加载曲线位于卸载曲线附近，则超压的形成包含非欠压实作用；
计算所述泥岩段的地层压力总量P：对正常压实段声波时差数据拟合正常声波时差趋势线，采用伊顿法计算地层压力总量P，并用实测地层压力数据进行标定；
计算所述泥岩段欠压实地层压力分量P1：对正常压实段泥岩体积密度数据拟合正常密度趋势线，采用等效深度法计算欠压实地层压力分量P1；
计算所述泥岩段欠压实超压贡献率；计算地层剩余压力ΔP＝P-Ph，计算欠压实超压量ΔP1＝P1-Ph，其中Ph为静水压力，进而求取欠压实超压贡献率
Figure FDA0003222017420000011
2.如权利要求1所述的一种计算地层欠压实超压贡献率的方法，其特征在于：所述泥岩段的声波速度-密度关系图版建立的具体方法为：
结合综合录井数据以及GR曲线值，在测井曲线上识别出泥岩段；
在测井曲线上读取出泥岩声波时差、地层密度值，并剔除因岩性变化、井眼条件因素造成的异常值；
将筛选出的声波时差转化为声波速度V，声波速度V＝1000/3.28AC，3.28为单位换算系数，以泥岩密度为横坐标，声波速度为纵坐标，绘制声波速度-密度关系图版，根据波速度-密度关系图判断出所述泥岩段的超压成因是否包括非欠压实作用。
3.如权利要求1所述的一种计算地层欠压实超压贡献率的方法，其特征在于：所述泥岩段地层压力总量P的具体计算方法如下：
正常压实段声波时差AC与埋深h呈指数关系，其表达式为AC＝aeb·h，a和b为拟合参数；所述泥岩段地层压力总量P的计算公式为：
Figure FDA0003222017420000021
式中，P0—上覆岩层压力，MPa；
Ph—静水压力，MPa；
Δtn—正常压实趋势声波时差，μs/ft；
Δt—实测声波时差，μs/ft；
N—Eaton指数。
4.如权利要求1所述的一种计算地层欠压实超压贡献率的方法，其特征在于：所述泥岩段欠压实地层压力分量P1的计算方法如下：
正常压实段泥岩密度与埋深h呈线性关系，其表达式为h＝c·ρ+d，c和d为拟合参数；所述泥岩段欠压实地层压力分量P1的计算公式为：
P1＝ρg(DA-DB)+ρwgDB
式中，ρ—岩层平均密度，kg/cm3；
ρw—地层水密度，kg/cm3；
DA—实测深度点埋深，m；
DB—实测深度点A的等效深度，m。
5.一种计算地层欠压实超压演化的方法，其特征在于，包括：运用盆地模拟软件模拟地层埋藏史，并输出地层埋藏史和体积密度演化数据，基于欠压实超压形成机理，欠压实形成后地层完全封闭，孔隙体积保持不变，孔隙流体承担原本属于骨架承担的上覆负荷，采用等效深度法结合地层埋藏过程计算欠压实超压演化过程。
6.如权利要求5所述的一种计算地层欠压实超压演化的方法，其特征在于，采用等效深度法结合地层埋藏过程计算欠压实超压演化过程的具体方法如下：
通过计算超压段任意深度点A的任意时间t的欠压实地层压力P1，t确定欠压实超压演化过程；
其中，P1，0＝ρwgh0；
Figure FDA0003222017420000031
式中，ρw—地层水密度，kg/cm3；
h0—地史时期ρ＝ρA时地层埋深，m；
ht、ht-1—t时刻和t-1时刻的地层埋藏深度，m；
ρ1，t、ρ1，t-1—t时刻和t-1时刻地层密度，kg/cm3。
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