CN113868979A - 浅层气钻井风险的确定方法、装置和服务器 - Google Patents

浅层气钻井风险的确定方法、装置和服务器 Download PDF

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Abstract

本说明书提供了浅层气钻井风险的确定方法、装置和服务器。基于该方法,具体实施前,可以先根据实验测试数据,构建浅层气压力和纵波速度的定量预测图版;再利用上述浅层气压力和纵波速度的定量预测图版,通过数值模拟,构建得到效果较好、精度较高的预设的浅层气风险等级评价图版;具体实施时,可以先获取目标区域的深度数据;同时向目标区域发射声波信号,以采集得到相应的纵波速度;再根据纵波速度、深度数据,和预设的浅层气风险等级评价图版,确定出目标区域的浅层气钻井风险等级。从而能够精准、高效地确定出目标区域的浅层气钻井风险等级,减少确定误差。

Description

浅层气钻井风险的确定方法、装置和服务器
技术领域
本说明书属于油气勘探开发技术领域,尤其涉及浅层气钻井风险的确定方法、装置和服务器。
背景技术
在诸如极地冷海等环境区域中进行钻井作业时,容易出现浅层气地质灾害事故,影响钻井作业的施工安全。
基于现有方法,大多是通过获取并根据三维地震数据进行浅层气地质灾害的定性识别。但是,基于上述方法具体实施时往往存在误差大、效率低,不够精细等问题。
针对上述问题,目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本说明书实施例提供了一种浅层气钻井风险的确定方法、装置和服务器,能够准确、高效地确定出目标区域的浅层气钻井风险等级,减少确定误差。
本说明书实施例提供了一种浅层气钻井风险的确定方法,包括:
获取目标区域的深度数据;
向目标区域发射声波信号,以采集得到相应的纵波速度;
根据所述纵波速度、所述深度数据,和预设的浅层气风险等级评价图版,确定出目标区域的浅层气钻井风险等级。
在一些实施例中,所述预设的浅层气风险等级评价图版按照以下方式建立:
根据实验测试数据,构建浅层气压力和纵波速度的定量预测图版;
建立含浅层气地层的地质模型,并基于所述地质模型进行浅层气喷发数值模拟,得到多个模拟结果;
根据所述多个模拟结果,建立浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系;
根据浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系、浅层气压力和纵波速度的定量预测图版,构建得到预设的浅层气风险等级评价图版。
在一些实施例中,根据实验测试数据,构建浅层气压力和纵波速度的定量预测图版,包括:
根据所述实验测试数据,采用最小二乘法对不同围压条件下的浅层气压力的和纵波速度进行拟合,以得到包含有浅层气压力和纵波速度之间关联关系的第一关系模型;
构建目标环境下的含浅层气地层的上覆压力计算模型;
根据所述第一关系模型、所述上覆压力计算模型,建立包含有纵波波速随浅层气压力变化关系的第二关系模型;
根据所述第二关系模型,确定出浅层气压力和纵波速度的定量预测图版。
在一些实施例中,根据所述第一关系模型、所述上覆压力计算模型,建立包含有纵波波速随浅层气压力变化关系的第二关系模型,包括:
按照以下算式,建立第二关系模型:
Figure BDA0003286626760000021
式中:Vp为纵波波速,H1为转盘面到海平面的高度,H2为海平面到水下泥面的深度,H3为泥面以下到计算点处的深度,ρw为海水密度,ρr为岩层密度,g为重力加速度,ρ0为泥面处土质密度,z为泥面以下的深度,ρs为浅层气压力当量密度。
在一些实施例中,根据所述第二关系模型,确定出浅层气压力和纵波速度的定量预测图版,包括:
将纵波速度作为图版的横轴、深度作为图版的纵轴,并利用所述第二关系模型,在图版上绘制出对应多个浅层气压力当量密度的曲线,以得到所述浅层气压力和纵波速度的定量预测图版。
在一些实施例中,基于所述地质模型进行浅层气喷发数值模拟,得到多个模拟结果,包括:
根据目标环境下的地质参数,设置初始条件和边界条件;
根据数值模拟控制方程,通过调整所述地质模型中的厚度参数和压力参数,进行浅层气喷发数值模拟,得到多个模拟结果;其中,所述数值模拟控制方程为包含有气固两相的连续相孔隙度的控制方程。
在一些实施例中,在确定出目标区域的浅层气钻井风险等级之后,所述方法还包括:
查询预设的处理策略集,找到与目标区域的浅层气钻井风险等级相匹配的预设的处理策略作为目标处理策略;
根据目标处理策略,对所述目标区域进行相应的风险处理。
本说明书实施例还提供了一种浅层气风险等级评价图版的建立方法,包括:
根据实验测试数据,构建浅层气压力和纵波速度的定量预测图版;
建立含浅层气地层的地质模型,并基于所述地质模型进行浅层气喷发数值模拟,得到多个模拟结果;
根据所述多个模拟结果,建立浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系;
根据浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系、浅层气压力和纵波速度的定量预测图版,构建得到预设的浅层气风险等级评价图版。
本说明书实施例还提供了一种浅层气钻井风险的确定装置,包括:
获取模块,用于获取目标区域的深度数据;
采集模块,用于向目标区域发射声波信号,以采集得到相应的纵波速度;
确定模块,用于根据所述纵波速度、所述深度数据,和预设的浅层气风险等级评价图版,确定出目标区域的浅层气钻井风险等级。
本说明书实施例还提供了一种服务器,包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器,所述处理器执行所述指令时实现所述浅层气钻井风险的确定方法,或所述浅层气风险等级评价图版的建立方法的相关步骤。
本说明书实施例提供了一种浅层气钻井风险的确定方法、装置和服务器,具体实施前,可以先根据实验测试数据,构建浅层气压力和纵波速度的定量预测图版;再利用上述浅层气压力和纵波速度的定量预测图版,通过数值模拟,构建得到效果较好、精度较高的预设的浅层气风险等级评价图版;具体实施时,可以先获取目标区域的深度数据;同时向目标区域发射声波信号,以采集得到相应的纵波速度;再根据纵波速度、深度数据,和预设的浅层气风险等级评价图版,以量化的方式确定出目标区域的浅层气钻井风险等级。从而能够精准、高效地确定出目标区域的浅层气钻井风险等级,减少确定误差,解决了基于现有方法在检测识别浅层气地质灾害风险时所存在的误差大、效率低,不够精细的技术问题。进一步,还可以根据目标区域的浅层气钻井风险等级,从预设的处理策略集中,确定出相匹配的目标处理策略;再根据该目标处理策略,对目标区域进行有针对性的风险处理,从而可以获得较好的风险处理效果,有效地降低浅层气钻井风险,保护钻井作业的施工安全。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本说明书的一个实施例提供的浅层气钻井风险的确定方法的流程示意图;
图2是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的浅层气钻井风险的确定方法的一种实施例的示意图;
图3是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的浅层气钻井风险的确定方法的一种实施例的示意图;
图4是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的浅层气钻井风险的确定方法的一种实施例的示意图;
图5是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的浅层气钻井风险的确定方法的一种实施例的示意图;
图6是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的浅层气钻井风险的确定方法的一种实施例的示意图;
图7是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的浅层气钻井风险的确定方法的一种实施例的示意图;
图8是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的浅层气钻井风险的确定方法的一种实施例的示意图;
图9是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的浅层气钻井风险的确定方法的一种实施例的示意图;
图10是本说明书的一个实施例提供的服务器的结构组成示意图;
图11是本说明书的一个实施例提供的浅层气钻井风险的确定装置的结构组成示意图;
图12是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的浅层气钻井风险的确定方法的一种实施例的示意图;
图13是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的浅层气钻井风险的确定方法的一种实施例的示意图;
图14是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的浅层气钻井风险的确定方法的一种实施例的示意图;
图15是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的浅层气钻井风险的确定方法的一种实施例的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案,下面将结合本说明书实施例中的附图,对本说明书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说明书一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本说明书保护的范围。
参阅图1所示,本说明书实施例提供了一种浅层气钻井风险的确定方法。其中,该方法具体实施时,可以包括以下内容。
S101:获取目标区域的深度数据;
S102:向目标区域发射声波信号,以采集得到相应的纵波速度;
S103:根据所述纵波速度、所述深度数据,和预设的浅层气风险等级评价图版,确定出目标区域的浅层气钻井风险等级。
通过上述实施例,可以不需要获取并依赖三维地震数据,而是通过采集并根据目标区域的纵波波速和深度数据,结合预设的浅层气风险等级评价图版,就能够精准、高效地确定出目标区域的浅层气钻井风险等级,进而可以根据目标区域的浅层气钻井风险等级,采用相匹配的目标处理策略,有针对性地对目标区域进行相应的风险处理,有效地降低浅层气钻井风险,保护钻井施工作业安全。
在一些实施例中,上述浅层气具体可以是指在陆地和海底泥面以下数十米至数百米地层内所聚集的气体。考虑到浅层气与正常地层之间的力学参数差异主要体现在密度、孔隙度等地质参数上。具体的,当纵波在浅层气地层中传播时,由于地层力学性质的变化,会造成纵波速度的变化。如果地层中未含有浅层气,它的密度、孔隙度等力学参数值较为稳定。相对的,如果地层中出现浅层气,则该区域地层力学参数会发生明显变化,而这种变化又会在纵波速度上体现出来。因此,考虑可以基于上述性质,利用纵波速度来判断区域中是否存在浅层气,以及进一步判断浅层气钻井风险等级。
在一些实施例中,上述目标区域具体可以理解为需要进行钻井作业施工,待确定相关的浅层气钻井风险的区域。上述目标区域中可能存在有浅层气。
具体的,上述目标区域可以是诸如极地冷海等环境较为恶劣的区域。
上述极地冷海区域通常油气储量丰富、开采潜力大、战略价值高;同时,又会存在大量的浅层气,导致在钻井作业时容易出现大量气体的聚集喷发,严重的会出现诸如井喷、爆炸等浅层地质灾害事故。
在一些实施例中,具体实施时,可以先利用声波信号作为一种激励信号发射到目标区域中,以采集得到相应的纵波波速(或者称纵波速度);同时,对目标区域的泥线以下的深度(或埋深)进行测量,以得到目标区域的深度数据。
上述预设的浅层气风险等级评价图版具体可以理解为预先构建得到的能够基于深度数据和纵波波速,快速地查询确定相对应的浅层气钻井风险等级的图版。
具体的,可以参阅图2所示。上述预设的浅层气风险等级评价图版具体可以是一种以纵波波速为横轴,以深度数据为纵轴的图版;并且,在该图版上还是使用多种不同颜色(或不同的灰度)来表征不同的浅层气钻井风险等级。
例如,在上述预设的浅层气风险等级评价图版中,可以使用五种不同的颜色来表征出五种不同的浅层气钻井风险等级。具体的,可以使用深蓝色表示:“无风险、连续钻进”(对应第一风险等级);使用淡蓝色表示“低风险、重泥浆”(对应第二风险等级);使用黄色表示“中风险、钻领眼”(对应第三风险等级);使用橘色表示“高风险、钻导眼”(对应第四风险等级);使用红色表示“极高风险、定向井”(对应第五风险等级)。
在一些实施例中,上述根据所述纵波速度、所述深度数据,和预设的浅层气风险等级评价图版,确定出目标区域的浅层气钻井风险等级,具体实施时,可以包括以下内容:根据纵波速度和深度数据,在预设的浅层气风险等级评价图版中定位出对应的位置点;确定该位置点的颜色;根据该位置点的颜色,确定出目标区域的浅层气钻井风险等级。从而可以快速、精细以量化的方式确定出目标区域的浅层气钻井风险等级。
在一些实施例中,具体实施前,可以按照以下方式构建得到预设的浅层气风险等级评价图版:
S1:根据实验测试数据,构建浅层气压力和纵波速度的定量预测图版;
S2:建立含浅层气地层的地质模型,并基于所述地质模型进行浅层气喷发数值模拟,得到多个模拟结果;
S3:根据所述多个模拟结果,建立浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系;
S4:根据浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系、浅层气压力和纵波速度的定量预测图版,构建得到预设的浅层气风险等级评价图版。
通过上述实施例,可以有效地利用实验测试数据,同时结合相关的数值模拟结果,构建得到精度较高、效果较好,使用较为便捷的预设的浅层气风险等级评价图版。
在一些实施例中,上述实验测试数据具体可以是预先模拟目标环境下的地层,并在地层埋置充有一定压力气体的气囊,以模拟地层中的浅层气,得到含浅层气的模拟地层;再对上述含浅层气的模拟地层进行实验测试,所采集得到的实验测试数据。
在一些实施例中,上述根据实验测试数据,构建浅层气压力和纵波速度的定量预测图版,具体实施时,可以包括以下内容:
S1:根据所述实验测试数据,采用最小二乘法对不同围压条件下的浅层气压力的和纵波速度进行拟合,以得到包含有浅层气压力和纵波速度之间关联关系的第一关系模型;
S2:构建目标环境下的含浅层气地层的上覆压力计算模型;
S3:根据所述第一关系模型、所述上覆压力计算模型,建立包含有纵波波速随浅层气压力变化关系的第二关系模型;
S4:根据所述第二关系模型,确定出浅层气压力和纵波速度的定量预测图版。
其中,上述浅层气压力和纵波速度的定量预测图版具体可以理解为一种用于表征压力、纵波速度(或者称纵波波速)、深度数据(或者称埋深)之间的相互关系的图版。具体可以参阅图3所示。基于该图版,可以快速地查询并确定出与某个压力当量密度和某个深度数据所对应的纵波速度。
通过上述实施例,可以有效地利用实验测试数据,通过数据拟合的方式,构建得到精度较高、效果较好,使用较为便携的浅层气压力和纵波速度的定量预测图版。
在一些实施例中,上述实验测试数据具体可以是通过进行预设的模拟实验,所采集得到的实验数据。
具体进行预设的模拟实验时,可以先根据目标环境下的地质参数,制备较为准确、参考价值较高的含浅层气地层。
具体的,分析目标环境下海底浅层气可知主要成分多以CH4、CO2、N2、H2S和空气等混合气体为主。可以参阅表1。但是,考虑到由于传统的钻探取样技术存在卸荷过程中,沉积物土体中的气体易脱溶、膨胀,对原生结构造成不可逆的破坏。因此,海底含气沉积物的原状含气土样往往很难获取。虽然,可以采用保压取土装置可获取含气原状土样,但在海洋复杂环境下仍然不易实现,且费用高昂。基于上述原因需要另外制备所需要的含浅层气地层。
表1
Figure BDA0003286626760000071
具体制备时,又考虑到基于沸石的微孔吸附特性,可以利用水分子置换沸石微孔吸附气体,从而可以将气体引入土体来制备含气土样。这样相对能更容易地实现气体含量的定量控制,制备出更加真实、效果更好的含浅层气地层。
基于上述考虑,具体制备含浅层气地层时,可以包括以下内容。
S1:获取目标环境下的海底土样(也可以是目标区域的海底土样)。
S2:对土样充分晒干、碾碎,并筛去砂王中粒径大于2mm的颗粒和杂质,例如石子、贝壳;再过0.08mm筛,并将粒径小于80um的土颗粒混合均匀。其中,处理后的土样的软土基本物理性质可以参阅表2。
表2
Figure BDA0003286626760000081
S3:根据表1的浅层土成分特性,采用98%CH4含量的气体来制备含气土样。
S4:取沸石粉末置于100℃烘箱中烘烤30h后,将沸石粉末放置于零下100kPa的压力室中保存30h;再向压力室通入100kPa的CH4气体,保存30h。
S5:称取200g土样放入实验器皿中,并控制环境温度为20℃,加入20℃蒸馏水500g,以充分搅拌均匀后,静置。
S6:取出沸石粉末、与土样泥浆进行混合、搅拌,配置均匀后在有机玻璃容器中密封、沉降、静置。
S7:静置48h后,通过高分辨率显微工业CT扫描仪对土样进行扫描。扫描结果可以参阅图12所示,图中可以观察到:黑点部分为气泡,白色区域为饱水土骨架;还可以观察到:土样中分布均匀,气泡大小适中,能够较好地模拟含气土样。
在制备得到上述含浅层气地层后,可以利用上述含浅层气地层进行具体的浅层气声学响应特征模拟实验,以获取不同测试压力下的纵波速度数据作为上述实验测试数据。
具体进行浅层气声学响应特征模拟实验时,可以包括以下步骤。
S1:基于相似性原理,根据目标环境下的地质参数,模拟浅层气地层环境的土质条件。
S2:基于上述含浅层气地层模拟目标环境下具体的海底高压浅层气地层。
具体的,可以采用一种密封可加压的容器腔体,内部充填满制备好的浅层气地层。其中,该容器腔体可以采用一种特殊材质,对声波速度没有干扰。此外,容器腔体与高压注气装置连接,可以通过控制注入不同体积分数的CH4气体,形成不同压力等级的底高压浅层气地层,并通过压力监测器来观察压力变化。具体的实验连接可以参阅图13所示。
S3:可以制备20个压力等级的海底高压浅层气地层模拟腔体,分别为:0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa、1.0MPa、1.1MPa、1.2MPa、1.3MPa、1.4MPa、1.5MPa、1.6MPa、1.7MPa、1.8MPa、1.9MPa、2.0MPa。以便后续可以对上述20个不同压力等级下的海底高压浅层气地层分别进行实验测试。
S4:在上述海底高压浅层气地层模拟腔体中模拟海底土层环境。
具体的,为了能够模拟真实的海底环境,可以选取目标环境下的海底土样作为海底高压浅层气地层的盖层和地层;同时为了满足声波测速的精度,还对各土层的高度作相应设置。具体设置参数可以参阅图14。
S5:为了消除实验环境带来的误差,还可以配置一组对比实验。对比实验中各土层的高度设置可以参阅图15。
S6:通过使用声波测试仪(例如,TH206型声波测试仪)对不同压力等级下的海底高压浅层气地层发射声波测试信号,以获取不同测试压力下的纵波速度数据作为上述实验测试数据。
其中,TH206型声波测试仪可发出16道测试信号,且还内置于测试仪的数据采集系统。通过数据采集系统能够测量和记录实验所需波形和数据。
在一些实施例中,在具体计算纵波速度时,考虑到纵波速度计算是否准确往往取决于对声波信号的初至波的识别是否准确。其中,初至波的到达时间具体可以是指声波信号到达声波测试仪的接收换能器的时间。
通常当声波信号没有达到接收换能器时,在声波测试仪上显示的声波信号显示为平滑状态。当声波信号被接收换能器接收的一瞬间,在声波测试仪上显示的声波信号的幅值会突然发生剧烈变化,例如,波形的剧烈变化,这说明所发射的声波信号已经穿过海底高压浅层气地层到达了接收换能器。发生剧烈变化的时间点可以理解为初至波的到达时间。
考虑到现有方法往往通过人工肉眼读取初至波的到达时间,这样很容易产生较大的误差。
进一步,又考虑到小波分析在检测初至波的到达时间方面相对于现有方法具有较明显的优势。其中,小波分析可以理解为一种时间窗和频率窗都可改变的时频局部化分析方法。
为了能够准确地识别确定声波信号的初至波的到达时间,可以通过进行小波分析来精准地确定出初至波的到达时间。
具体的,当声波信号到达接受换能器时,波形会发生突变,形成一个突变点。突变点处的小波变换系数是具有模极大值的。因此,可以基于小波分析,通过对声波信号进行多尺度分析,对声波信号进行模极大值的检测;从而可以通过检测模极大值,确定出突变点的具体位置;再读取该突变点所对应的时间值,得到较为准确的初至波的达到时间。
在一些实施例中,上述基于小波分析,确定关于所述声波信号的初至波的到达时间,具体实施时,可以包括:按照以下算式,通过进行相应变换,以得到初至波的到达时间t。
Figure BDA0003286626760000091
Figure BDA0003286626760000092
其中,t为待求的初至波的到达时间;ψ(t)为小波母函数;
Figure BDA0003286626760000093
为ψ(t)的共轭函数;u为小波变换中平移参数;s为小波变换中尺度参数。
在一些实施例中,可以根据所述初至波的到达时间、海底高压浅层气地层的地层厚度,计算得到与某个浅层气压力对应的纵波速度,具体实施时,可以包括:
按照以下算式计算出与某个浅层气压力对应的纵波速度:
Figure BDA0003286626760000101
其中,h为海底高压浅层气地层的厚度,单位为m;t为初至波的到达时间(即声波在海底高压浅层气地层中传播时间),单位为:μs;VP与某个浅层气压力对应的纵波速度。
通过上述方式,可以获取得到多个不同测试压力下的纵波速度数据。
具体实施时,对于每一个测试压力可以分别进行实验并测量30组纵波速度数据,再取平均值,从而可以得到数据较为丰富、可靠性较好的实验测试数据。
在一些实施例中,具体实施时,可以根据上述实验测试数据,通过分析浅层气纵波速度与测试压力之间的变化关系,来构建第一关系模型。
具体的,根据上述实验测试数据,通过分析浅层气纵波速度与测试压力之间的变化关系,可知:随着浅层气压力(对应测试压力)的增加,纵波传播速度随之增加。且纵波速度和浅层气压力之间的数学关系呈线性关系。分析原因为:实验在注气增压的过程中模拟了浅层气地层演化过程,地层中气体不断进入圈闭层的状态。当浅层气地层体积变化极小的情况下(浅层气地质灾害往往被盖层密封在地层中),浅层气含气量越多,浅层气地层密度越大,地层“憋压”程度越高。由于密度的增加,纵波速度随之增加。
在一些实施例中,上述第一关系模型具体可以理解为一种能够表征出浅层气压力和纵波速度之间关联关系的数据拟合模型。
在一些实施例中,上述根据所述实验测试数据,采用最小二乘法对不同围压条件下的浅层气压力的和纵波速度进行拟合,以得到包含有浅层气压力和纵波速度之间关联关系的第一关系模型,具体实施时,可以包括:
按照以下算式构建第一关系模型:
Vp=19.6(P0+P)+832.1
其中,Vp为纵波波速,单位为:m/s;P为围压,单位为:MPa;P0为实验中埋置于地层用于模拟浅层气的气囊中的超压,单位为:MPa。
在一些实施例中,具体实施时,还可以根据目标环境下的地质参数,构建得到较为精准的含浅层气地层的上覆压力计算模型。
具体的,例如,在目标环境为极地冷海环境的情况下,可以按照以下算式构建针对极地冷海环境下的含浅层气地层的上覆压力计算模型:
Figure BDA0003286626760000111
其中,σv为浅层气上覆压力,单位为:MPa;H1为转盘面到海平面的高度,单位为:m;H2为海平面到水下泥面处的深度,单位为:m;H3为泥面以下到计算点处的深度,单位为:m;ρw为海水密度,ρr为岩层密度,g为重力加速度。
在一些实施例中,根据所述第一关系模型、所述上覆压力计算模型,建立包含有纵波波速随浅层气压力变化关系的第二关系模型,具体实施时,可以包括以下内容:根据目标环境下的地质参数,确定目标环境下的岩层密度和土层密度的拟合关系;将所述上覆压力计算模型和岩层密度和土层密度的拟合关系代入到第一关系模型中,得到包含有纵波波速随浅层气压力变化关系的第二关系模型。
具体的,例如,在目标环境为极地冷海环境的情况下,可以确定目标环境下的岩层密度和土层密度的拟合关系表示为:
ρr=ρ0+0.001ρ0z
其中,ρ0为泥面处土质密度,单位为:g/cm3;z为泥面以下的深度,单位为:m。
在一些实施例中,上述第二关系模型具体可以理解为一种能够表征出纵波速度随浅层气压力变化关系的数据拟合模型。
在一些实施例中,上述根据所述第一关系模型、所述上覆压力计算模型,建立包含有纵波波速随浅层气压力变化关系的第二关系模型,具体实施时,可以包括以下内容:
按照以下算式,建立第二关系模型:
Figure BDA0003286626760000112
式中:Vp为纵波波速,H1为转盘面到海平面的高度,H2为海平面到水下泥面的深度,H3为泥面以下到计算点处的深度,ρw为海水密度,ρr为岩层密度,g为重力加速度,ρ0为泥面处土质密度,z为泥面以下的深度,ρs为浅层气压力当量密度。
在一些实施例中,上述根据所述第二关系模型,确定出浅层气压力和纵波速度的定量预测图版,具体实施时,可以包括以下内容:将纵波速度作为图版的横轴、深度作为图版的纵轴,并利用所述第二关系模型,在图版上绘制出对应多个浅层气压力当量密度的曲线,以得到所述浅层气压力和纵波速度的定量预测图版。
在本实施例中,所使用的多个浅层气压力当量密度具体可以根据目标环境下的浅层气压力特点确定。具体的,例如,参阅图3所示,所使用的多个浅层气压力当量密度具体可以包括:1.1g/cm3、1.3g/cm3、1.5g/cm3、1.7g/cm3等。
在一些实施例中,参阅图3所示,根据述浅层气压力和纵波速度的定量预测图版可知:当浅层气埋深相同时,浅层气纵波速度随着压力的增加而增大;当压力相同时,浅层气纵波速度随着埋深的增加而增大,纵波速度对埋深的增加会表现得更为敏感,压力当量密度每增加0.2g/cm3,同等埋深的浅层气纵波传播速度增加范围为0.285%~1%;当埋深在100米以内时,压力当量密度每增加0.2g/cm3,纵波速度增幅为0.285%;当埋深为500m时,压力当量密度每增加0.2g/cm3,纵波速度增幅为0.5419%;当埋深为800m时,压力当量密度每增加0.2g/cm3,纵波速度增幅为1%;当压力不变,纵波速度随着埋深的增加,增幅范围在2.13%~6.19%。
在一些实施例中,还可以通过离散元模拟法,结合目标环境下的地质参数,通过数值模拟建立含浅层气地层的地质模型;再根据目标环境下的历史灾害事故处理记录、目标环境下的施工作业特点,基于上述地质模型通过数值模拟,进一步更加精细划分出多个浅层气风险等级,并建立出浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系;进而可以根据浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系、浅层气压力和纵波速度的定量预测图版,构建得到预设的浅层气风险等级评价图版。
此外,还可以根据目标环境下的历史灾害事故处理记录、目标环境下的施工作业特点,以及相应的模拟结果,针对各个浅层气风险等级配置好相匹配的包含有一个或多个针对性较强的处理措施的预设的处理策略,得到预设的处理策略集。
具体的,例如,针对极地冷海环境下的钻井施工作业,通过基于所建立的含浅层气地层的地质模型,对浅层气自井筒至海水喷发过程数值模拟,可以得到浅层气的最大瞬时喷发速度、喷发量、喷发消耗时间同浅层气压力、体积等因素之间的定量关系;再结合极地冷海钻井设备、施工过程及作业应急能力的具体特征,创建了浅层气风险分级防控策略(预设的处理策略集),并针对所划分出了五种不同的浅层气风险等级:“无风险、连续钻进”、“低风险、重泥浆”、“中风险、钻领眼”、“高风险、钻导眼”、“极高风险、定向井”配置好相对应的五级控制措施(预设的处理策略),从而可以实现由原本的“定性判断、被动躲避”到“定量计算、五级控制”,更好地对环境较为恶劣的极地冷海的钻井施工作业进行风险管理,以有效地降低浅层气钻井风险,保护钻井施工安全。
在一些实施例中,具体分析划分为极地冷海环境下的钻井施工的浅层气钻井风险等级时,首先,考虑到极地冷海钻井施工作业特点,将极地冷海浅层气导致的钻井作业风险分为井筒内和井筒外。其中,井筒内风险主要为浅层气导致的井涌、井喷等井控风险;井筒外风险主要为浅层气顺着地层裂缝渗透溢出泥线,由于极地冷海海底的低温高压环境,在水下井口、防喷器(BOP)及海底管汇处形成水合物,导致装备失控和管路堵塞。
其次,又考虑到由于浅层气地层中含有大量超压气体,钻开上覆地层后气体侵入井眼并产生聚集形成气柱,且密度低于钻井液,气体逐步向上移动的过程中,受到的静水压力越来越小,这将导致气柱快速膨胀,在井口处变成井喷,由于极地冷海浅层钻井的施工工艺特点,浅层钻井阶段通常为开路钻进,没有安装防喷器(BOP)系统,平台的井控手段有限。同时浅层气埋深浅,因此一旦发生井喷,施工作业人员往往来不及实施措施井控措施浅层气就已经到达水下井口,导致极易发生灾难性的事故。
进一步,还考虑并分析了在极地冷海浅层钻井施工作业过程中,导致发生浅层气地质灾害事故(例如,井喷事故)的以下的五个主要原因。
原因(1)地质预测结果不准确。
在极地冷海浅层钻井施工作业过程中,由于无法安全操作防喷器控制系统,难以应对钻遇高压浅层气地层时的井涌、井喷等事故。因此,当地质预测该区域存在浅层气的风险超过一定水平,必须更改井位。即使该区域存在浅层气的风险很低,也要在井身结构设计和作业流程设计中加入必要的安全保障措施,应对可能存在的风险。如果地质预测浅层气区域位置不准确,或对浅层气存在的风险等级出现了评估失误,会导致井身结构设计和施工流程中没有相应的浅层气风险控制措施。一旦施工时钻遇浅层气,会造成浅层气井喷事故的发生。
原因(2)固井作业失效。
在极地冷海浅层钻井施工作业过程中,由于极地冷海浅部地质固井作业本身面临着冻土层等未知因素,固井作业难度较大,水泥“失重”概率较高。如果在固井侯凝过程中发生“失重”现象,导致环空液柱压力降低,浅层气有可能通过水泥环缝隙流出而发生井喷事故。如果出现设计错误、固井水泥质量较差,也会造成固井作业失效,导致浅层气事故的发生。
原因(3)动态压井作业失效。
在极地冷海浅层钻井施工作业过程中,动态压井是常用的浅层气地层钻井作业手段,通过MWD&PWD装置实时监测井底压力,根据监测情况使用动态压井装置DKD,快速配比所需要的钻井液密度和排量,通过钻井泵送入井底以平衡浅层气地层压力,实现浅层气地层井控作业。如果在这个过程中发生MWD&PWD装置失效,未能及时监测井涌,或者DKD装置失效,无法及时产生钻井液,都将导致事故发生。在压井过程中,如果起钻过快、起钻灌浆不及时等因素,将会导致井下形成抽吸作用,使地层流体进入井筒,造成井涌或井喷事故。
原因(4)水下设备控制系统失效。
在极地冷海浅层钻井施工作业过程中,浅层气如果从泥线处溢出,容易在水下井口、水下机盘、BOP系统空隙和井口连接器空隙、控制管汇处生成水合物。造成空隙堵满水合物,或控制管汇内控制液被冻住,导致水下设备控制系统失效、井口连接器被冻住无法解脱等风险。
原因(5)人为因素。
在极地冷海浅层钻井施工作业过程中,如果出现人员操作失误,比如未按照规定流程操作、指挥不当、设备安装错误等,都会导致风险控制措施失效,也会造成事故的发生。
综合上述多种考虑方,基于所建立的含浅层气地层的地质模型,结合历史灾害事故处理记录,构建得到了浅层气井喷的风险事故树,可以参阅图4所示。基于上述浅层气井喷的风险事故树可以总结得到:造成浅层气井喷的主要原因包括:钻前预测不准确和浅层动态压井失效。进而可以指导后续通过离散元方法,对浅层气自井筒至海水喷发过程进行数值模拟,建立含浅层气地层的地质模型,并分析不同压力、体积的浅层气井喷风险,对浅层气钻井风险进行精细分级。
在一些实施例中,上述基于所述地质模型进行浅层气喷发数值模拟,得到多个模拟结果,具体实施时,可以包括以下内容:
S1:根据目标环境下的地质参数,设置初始条件和边界条件;
S2:根据数值模拟控制方程,通过调整所述地质模型中的厚度参数和压力参数,进行浅层气喷发数值模拟,得到多个模拟结果;其中,所述数值模拟控制方程为包含有气固两相的连续相孔隙度的控制方程。
在一些实施例中,考虑到上述含浅层气地层的地质模型中含有浅层气地层是由盖层、泥砂、流体和气体组成的多相混合体,可以采用离散元模拟方法进行建模。该方法可以使用拉格朗日法描述颗粒相运动,采用颗粒相压力梯度力取代颗粒碰撞来表征颗粒间相互作用力,并采用计算粒子来表征具有相同动力学特性的颗粒群。因此,能极大地降低粒子模拟的计算量,适于快速处理大规模粒子系统。
又考虑到上述含浅层气地层的地质模型是使用粒径均匀的石英颗粒来模拟的,颗粒数目规模较大,颗粒间相互作用复杂,因此更适合采用欧拉-拉格朗日模型进行模拟。
基于上述考虑可以引入气固两相的连续相孔隙度来构建用数值模拟的数值模拟控制方程。
在一些实施例中,具体实施时,可以引入气固两相的连续相孔隙度,来定义控制体中连续相孔隙度,得到以下所示的数值模拟控制方程:
Figure BDA0003286626760000141
其中,Vk,p为控制体中第k(k=1,2)相颗粒的总体积;V为控制体的体积。
相应的连续性方程可以表示为:
Figure BDA0003286626760000151
动量方程可以表示为:
Figure BDA0003286626760000152
其中,ρf为气相的压力,单位为:MPa;
Figure BDA0003286626760000153
为气相的真实速度,单位为:m/s;
Figure BDA0003286626760000154
为固相的真实速度,单位为:m/s;nT为单元格中总的计算粒子数;np为计算粒子中的真实颗粒数;Vp和Vc分别为颗粒和流体单元格的体积;β为曳力系数;Uf和Up分别为气体和计算粒子的速度;τg为气相应力。
相应的,固相运动方程可以表示为:
Figure BDA0003286626760000155
Figure BDA0003286626760000156
其中,ps为固相压力,γ为模型参数,αs,max为最大固体相的堆积分数,取值为0.63。
在一些实施例中,在基于所述地质模型进行浅层气喷发数值模拟之前,还需要根据目标环境下的地质参数,设置初始条件和边界条件。
具体的,可以先根据地质模型建立相对应的用于数值拟合的几何模型。
具体可以按照以下方式建立几何模型:浅层气藏位于泥线下100m,面积2000m2,作业水深200m,孔隙度0.5、渗透率2000mD,厚度分别取5m、10m、15m、20m,压力系数分别取1.1g/cm3、1.3g/cm3、1.5g/cm3、1.7g/cm3四个等级。所建立的几何模型可以参阅图5所示。并对该几何模型按照以下方式进行网格划分:网格数设置为118×100,时间步长设置为0.0001s。进而后续可以根据上述算式并结合相应的边界条件、初始条件,在该模型进行离散元的数值模拟,以得到所需要的模拟结果。
在构建后相对应的几何模型之后,可以结合地质模型,分别设置具体的初始条件和边界条件。
具体设置初始条件时,可以取浅层气的初始颗粒孔隙率为0.37,底部3~25cm为砂土,其余空间为空气。
具体设置边界条件时,可以将几何模型的下端和两边密封,上端开口为井眼压力出口,设置为井筒内液柱压力;并且,气相采用壁面无滑移条件,固相与壁面作用采用不完全弹性碰撞。
在完成上述处理之后,可以根据数值模拟控制方程,通过调整所述地质模型中的厚度参数和压力参数;并运行与地质模型相对应的几何模型,进行浅层气喷发数值模拟,以得到多个模拟结果。
具体的模拟结果可以参阅图6所示。其中,图6中的图(a)表示在浅层气喷发的初始阶段,气体速度较低,颗粒尚未被流化,气体的通过只能使颗粒之间的孔隙发生变化,并在颗粒空隙间形成一定的孔隙气压力,气体只能从颗粒缝隙中渗流而不能形成气泡。当气体的流量增加时,孔隙气压力也不断增加,当孔隙气压力达到上覆土颗粒的重力时,土体内部由下而上开始发生扰动,表现的特征是:土体由于先前气体的渗入以及气体的运动,部分土颗粒会随着气体发生流动,致使靠近进气口的土颗粒先发生流动,产生类似于砂土液化的现象,称之为“砂土流化”,砂土流动性增强,气体易在内部形成气泡。当气泡形成时,气体的速度和压力达到最大临界值。随着砂土流动性质的产生,流塑性增强,气体在砂床中的运移变得相当容易。
因此从图6中的图(b)中可以看出,气体在很短的时间内运动至土层表面,随着后续气体的不断补充,气泡逐渐推开上覆砂土,形成一个上下贯通的通道,孔隙间的压力也随着气体的释放开始下降。在实际情形中,当储气层内的气体溢出结束后,推开的上覆砂土会在重力的作用下在通道内重新沉积,填满通道。
而图6中的图(c)表示气体形成和运移阶段,这一阶段由于各相土性相同,气体在土层中形成的孔隙气压力分布由内而外近似成圆形分布;但由于土层厚度比箱体宽度小很多,因此在远离喷气口处孔隙气压力的分布近似椭圆形。
图6中的图(d)表示溢出通道形成之后的阶段,超压气团推开上覆土体,气体释放,通道处的气压逐渐恢复为大气压,然后通道周围土颗粒中的空隙气压力未及时释放,会比通道处的气压高,反映到实际工况中,坑内的土是释放完空隙间的气压力之后,在重力的作用下,重新固结。
在一些实施例中,所得到的模拟结果还可以包括浅层气喷发过程中的气体速度矢量图。参阅图7所示,从图中可以看到气相在颗粒中渗透、运移的方向。在图7中的左侧图中,气体以渗透的形式进入土体,由于土体中各向性质相同,因此,速度呈放射状,离井眼越近,气体速度越快,离进气口越远,土颗粒间的孔隙气压力,受进气口气体影响较小,因此速度几乎为0。图7中的右侧图则表示喷发通道形成后的状态,在通道底部,除了少部分气体仍然以渗透的形式进入土体中,大部分气体则以较高的速度从通道中喷出;通道与外界连通,而通道周围土颗粒中的孔隙气压力未及时释放,孔隙气压力大于井筒内压力,因此,在通道上半部分通道周围土层中的气体有向通道内运移的趋势。
在一些实施例中,综合上述模拟结果,还可以进一步确定出不同厚度浅层气瞬时喷发速度的变化情况(参阅图8),以及不同压力浅层气喷发量及瞬时喷发速度的变化情况(参阅图9)。基于上述变化情况,可以总结得到以下结论:当浅层气厚度仅有5m、地层压力系数1.1时,瞬时速度最高能够达到427.8m3/s,该速度的含砂气体已经会对井筒造成冲击,具有一定的风险;而当压力系数升高为1.3时,即使浅层气厚度为5m,浅层气的瞬时冲击速度能够达到1126m3/s,会对井筒造成很大风险,厚度每增加5m,瞬间喷发速度增加168m3/s,地层压力系数增加0.1,瞬时喷发速度增加316m3/s。由计算结果分析得到,浅层气瞬时喷发速度对浅层气地层压力的变化更加敏感。
进而可以根据多个模拟结果,结合上述分析和结论,按照以下方式精细地划分出以下五种不同的浅层气钻井风险等级:将浅层气压力系数小于等于1.1的确定为无风险浅层气地质灾害,即无风险、连续钻进,第一风险等级;将浅层气压力系数大于1.1且小于等于1.3的确定为低风险浅层气地质灾害,即低风险、重泥浆,第二风险等级;将浅层气地层压力系数大于1.3且小于等于1.5的确定为中等风险浅层气地质灾害,即中风险、钻领眼,第三风险等级;将浅层气地层压力系数大于1.5且小于等于1.7的确定为高风险浅层气地质灾害,即高风险、钻导眼,第四风险等级;将浅层气压力系数大于1.7的确定为极高风险浅层气地质灾害,即极高风险、定向井,第五风险等级。从而得到了浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系。
在根据上述浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系,根据压力当量密度在浅层气压力和纵波速度的定量预测图版中确定出与各个浅层气风险等级分别对应的区域范围;并在上述区域范围中,标记上相应的颜色(或灰度),从而可以得到预设的浅层气风险等级评价图版。
在一些实施例中,具体实施前,还可以根据历史灾害事故记录、目标环境下的钻井施工作业特点,结合所划分出的五种浅层气钻井风险等级,确定出适合于各个浅层气钻井风险等级的灾害事故处理措施或预防措施,以组合得到与各个浅层气钻井风险等级分别对应匹配的预设的处理策略;再组合多个预设的处理策略,得到预设的处理策略集。
具体的,可以构建得到表3所示的预设的处理策略集。
表3
Figure BDA0003286626760000171
Figure BDA0003286626760000181
在一些实施例中,在确定出目标区域的浅层气钻井风险等级之后,所述方法具体实施时,还可以包括:查询预设的处理策略集,找到与目标区域的浅层气钻井风险等级相匹配的预设的处理策略作为目标处理策略;根据目标处理策略,对所述目标区域进行相应的风险处理。从而可以根据目标区域的浅层气钻井风险等级,从预设的处理策略集中,确定出相匹配的目标处理策略;进而可以根据目标处理策略,有针对性地对目标区域进行相应的风险处理,从而可以获得较好的处理效果,有效地降低浅层气钻井风险,保护施工作业安全。
由上可见,基于本说明书实施例提供的浅层气钻井风险的确定方法,具体实施前,可以先根据实验测试数据,构建浅层气压力和纵波速度的定量预测图版;再利用上述浅层气压力和纵波速度的定量预测图版,构建得到效果较好、精度较高的预设的浅层气风险等级评价图版;具体实施时,可以先获取目标区域的深度数据;同时向目标区域发射声波信号,以采集得到相应的纵波速度;再根据纵波速度、深度数据,和预设的浅层气风险等级评价图版,确定出目标区域的浅层气钻井风险等级。从而能够精准、高效地确定出目标区域的浅层气钻井风险等级,减少确定误差。解决了基于现有方法在检测识别浅层气地质灾害风险时所存在的误差大、效率低,不够精细的技术问题。进一步,还可以根据目标区域的浅层气钻井风险等级,从预设的处理策略集中,确定出相匹配的目标处理策略;进而可以根据目标处理策略,有针对性地对目标区域进行相应的风险处理,从而可以获得较好的处理效果,有效地降低浅层气钻井风险,保护施工作业安全。
本说明书实施例还提供了一种浅层气风险等级评价图版的建立方法,具体实施时,可以包括以下内容:
S1:根据实验测试数据,构建浅层气压力和纵波速度的定量预测图版;
S2:建立含浅层气地层的地质模型,并基于所述地质模型进行浅层气喷发数值模拟,得到多个模拟结果;
S3:根据所述多个模拟结果,建立浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系;
S4:根据浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系、浅层气压力和纵波速度的定量预测图版,构建得到预设的浅层气风险等级评价图版。
通过上述实施例,可以通过先根据实验测试数据,构建浅层气压力和纵波速度的定量预测图版;再利用上述浅层气压力和纵波速度的定量预测图版,结合数值模拟,构建得到效果较好、精度较高的预设的浅层气风险等级评价图版。
本说明书实施例还提供了一种服务器,包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器,所述处理器具体实施时可以根据指令执行以下步骤:获取目标区域的深度数据;向目标区域发射声波信号,以采集得到相应的纵波速度;根据所述纵波速度、所述深度数据,和预设的浅层气风险等级评价图版,确定出目标区域的浅层气钻井风险等级。
为了能够更加准确地完成上述指令,参阅图10所示,本说明书实施例还提供了另一种具体的服务器,其中,所述服务器包括网络通信端口1001、处理器1002以及存储器1003,上述结构通过内部线缆相连,以便各个结构可以进行具体的数据交互。
其中,所述网络通信端口1001,具体可以用于获取目标区域的深度数据;以及向目标区域发射声波信号所采集得到的相应的纵波速度;
所述处理器1002,具体可以用于根据所述纵波速度、所述深度数据,和预设的浅层气风险等级评价图版,确定出目标区域的浅层气钻井风险等级。
所述存储器1003,具体可以用于存储相应的指令程序。
在本实施例中,所述网络通信端口1001可以是与不同的通信协议进行绑定,从而可以发送或接收不同数据的虚拟端口。例如,所述网络通信端口可以是负责进行web数据通信的端口,也可以是负责进行FTP数据通信的端口,还可以是负责进行邮件数据通信的端口。此外,所述网络通信端口还可以是实体的通信接口或者通信芯片。例如,其可以为无线移动网络通信芯片,如GSM、CDMA等;其还可以为Wifi芯片;其还可以为蓝牙芯片。
在本实施例中,所述处理器1002可以按任何适当的方式实现。例如,处理器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit,ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式等等。本说明书并不作限定。
在本实施例中,所述存储器1003可以包括多个层次,在数字系统中,只要能保存二进制数据的都可以是存储器;在集成电路中,一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器,如RAM、FIFO等;在系统中,具有实物形式的存储设备也叫存储器,如内存条、TF卡等。
本说明书实施例还提供了一种服务器,包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器,所述处理器具体实施时可以根据指令执行以下步骤:根据实验测试数据,构建浅层气压力和纵波速度的定量预测图版;建立含浅层气地层的地质模型,并基于所述地质模型进行浅层气喷发数值模拟,得到多个模拟结果;根据所述多个模拟结果,建立浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系;根据浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系、浅层气压力和纵波速度的定量预测图版,构建得到预设的浅层气风险等级评价图版。
本说明书实施例还提供了一种基于上述浅层气钻井风险的确定方法的计算机存储介质,所述计算机存储介质存储有计算机程序指令,在所述计算机程序指令被执行时实现:获取目标区域的深度数据;向目标区域发射声波信号,以采集得到相应的纵波速度;根据所述纵波速度、所述深度数据,和预设的浅层气风险等级评价图版,确定出目标区域的浅层气钻井风险等级。
本说明书实施例还提供了一种基于上述浅层气风险等级评价图版的建立方法的计算机存储介质,所述计算机存储介质存储有计算机程序指令,在所述计算机程序指令被执行时实现:根据实验测试数据,构建浅层气压力和纵波速度的定量预测图版;建立含浅层气地层的地质模型,并基于所述地质模型进行浅层气喷发数值模拟,得到多个模拟结果;根据所述多个模拟结果,建立浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系;根据浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系、浅层气压力和纵波速度的定量预测图版,构建得到预设的浅层气风险等级评价图版。
在本实施例中,上述存储介质包括但不限于随机存取存储器(Random AccessMemory,RAM)、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、缓存(Cache)、硬盘(Hard DiskDrive,HDD)或者存储卡(Memory Card)。所述存储器可以用于存储计算机程序指令。网络通信单元可以是依照通信协议规定的标准设置的,用于进行网络连接通信的接口。
在本实施例中,该计算机存储介质存储的程序指令具体实现的功能和效果,可以与其它实施方式对照解释,在此不再赘述。
参阅图11所示,在软件层面上,本说明书实施例还提供了一种浅层气钻井风险的确定装置,该装置具体可以包括以下的结构模块:
获取模块1101,具体可以用于获取目标区域的深度数据;
采集模块1102,具体可以用于向目标区域发射声波信号,以采集得到相应的纵波速度;
确定模块1103,具体可以用于根据所述纵波速度、所述深度数据,和预设的浅层气风险等级评价图版,确定出目标区域的浅层气钻井风险等级。
本说明书实施例还提供了一种浅层气风险等级评价图版的建立装置,具体可以包括:
第一构建模块,具体可以用于根据实验测试数据,构建浅层气压力和纵波速度的定量预测图版;
模拟模块,具体可以用于建立含浅层气地层的地质模型,并基于所述地质模型进行浅层气喷发数值模拟,得到多个模拟结果;
第二构建模块,具体可以用于根据所述多个模拟结果,建立浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系;
第三构建模块,具体可以用于根据浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系、浅层气压力和纵波速度的定量预测图版,构建得到预设的浅层气风险等级评价图版。
需要说明的是,上述实施例阐明的单元、装置或模块等,具体可以由计算机芯片或实体实现,或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便,描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然,在实施本说明书时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现,也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
由上可见,基于本说明书实施例提供的浅层气钻井风险的确定装置,能够精准、高效地确定出目标区域的浅层气钻井风险等级,减少确定误差。解决了基于现有方法在检测识别浅层气地质灾害风险时所存在的误差大、效率低,不够精细的技术问题。
虽然本说明书提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤,但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式,不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时,可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境,甚至为分布式数据处理环境)。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、产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、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。第一,第二等词语用来表示名称,而并不表示任何特定的顺序。
本领域技术人员也知道,除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外,完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件,而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至,可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述,例如程序模块。一般地,程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书,在这些分布式计算环境中,由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中,程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
通过以上的实施例的描述可知,本领域的技术人员可以清楚地了解到本说明书可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解,本说明书的技术方案本质上可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,移动终端,服务器,或者网络设备等)执行本说明书各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述,各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本说明书可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如:个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。
虽然通过实施例描绘了本说明书,本领域普通技术人员知道,本说明书有许多变形和变化而不脱离本说明书的精神,希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本说明书的精神。

Claims (10)

1.一种浅层气钻井风险的确定方法,其特征在于,包括:
获取目标区域的深度数据;
向目标区域发射声波信号,以采集得到相应的纵波速度;
根据所述纵波速度、所述深度数据,和预设的浅层气风险等级评价图版,确定出目标区域的浅层气钻井风险等级。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述预设的浅层气风险等级评价图版按照以下方式建立:
根据实验测试数据,构建浅层气压力和纵波速度的定量预测图版;
建立含浅层气地层的地质模型,并基于所述地质模型进行浅层气喷发数值模拟,得到多个模拟结果;
根据所述多个模拟结果,建立浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系;
根据浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系、浅层气压力和纵波速度的定量预测图版,构建得到预设的浅层气风险等级评价图版。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,根据实验测试数据,构建浅层气压力和纵波速度的定量预测图版,包括:
根据所述实验测试数据,采用最小二乘法对不同围压条件下的浅层气压力的和纵波速度进行拟合,以得到包含有浅层气压力和纵波速度之间关联关系的第一关系模型;
构建目标环境下的含浅层气地层的上覆压力计算模型;
根据所述第一关系模型、所述上覆压力计算模型,建立包含有纵波波速随浅层气压力变化关系的第二关系模型;
根据所述第二关系模型,确定出浅层气压力和纵波速度的定量预测图版。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,根据所述第一关系模型、所述上覆压力计算模型,建立包含有纵波速度随浅层气压力变化关系的第二关系模型,包括:
按照以下算式,建立第二关系模型:
Figure FDA0003286626750000011
式中:Vp为纵波波速,H1为转盘面到海平面的高度,H2为海平面到水下泥面的深度,H3为泥面以下到计算点处的深度,ρw为海水密度,ρr为岩层密度,g为重力加速度,ρ0为泥面处土质密度,z为泥面以下的深度,ρs为浅层气压力当量密度。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,根据所述第二关系模型,确定出浅层气压力和纵波速度的定量预测图版,包括:
将纵波速度作为图版的横轴、深度作为图版的纵轴,并利用所述第二关系模型,在图版上绘制出对应多个浅层气压力当量密度的曲线,以得到所述浅层气压力和纵波速度的定量预测图版。
6.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,基于所述地质模型进行浅层气喷发数值模拟,得到多个模拟结果,包括:
根据目标环境下的地质参数,设置初始条件和边界条件;
根据数值模拟控制方程,通过调整所述地质模型中的厚度参数和压力参数,进行浅层气喷发数值模拟,得到多个模拟结果;其中,所述数值模拟控制方程为包含有气固两相的连续相孔隙度的控制方程。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在确定出目标区域的浅层气钻井风险等级之后,所述方法还包括:
查询预设的处理策略集,找到与目标区域的浅层气钻井风险等级相匹配的预设的处理策略作为目标处理策略;
根据目标处理策略,对所述目标区域进行相应的风险处理。
8.一种浅层气风险等级评价图版的建立方法,其特征在于,包括:
根据实验测试数据,构建浅层气压力和纵波速度的定量预测图版;
建立含浅层气地层的地质模型,并基于所述地质模型进行浅层气喷发数值模拟,得到多个模拟结果;
根据所述多个模拟结果,建立浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系;
根据浅层气压力与浅层气风险等级的对应关系、浅层气压力和纵波速度的定量预测图版,构建得到预设的浅层气风险等级评价图版。
9.一种浅层气钻井风险的确定装置,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取目标区域的深度数据;
采集模块,用于向目标区域发射声波信号,以采集得到相应的纵波速度;
确定模块,用于根据所述纵波速度、所述深度数据,和预设的浅层气风险等级评价图版,确定出目标区域的浅层气钻井风险等级。
10.一种服务器,其特征在于,包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器,所述处理器执行所述指令时实现权利要求1至7,或8中任一项所述方法的步骤。
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