一種利用測井資料預測碳酸鹽巖地層孔隙壓力的方法
2023-08-10 01:47:56
專利名稱：一種利用測井資料預測碳酸鹽巖地層孔隙壓力的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用測井資料預測碳酸鹽巖地層孔隙壓力的方法，更具體地說， 涉及一種基於有效應力定理，考慮骨架和孔隙流體縱波速度，利用測井資料來預測碳酸鹽 巖地層孔隙壓力的方法。
背景技術：
古潛山碳酸鹽巖地層中有大量未開發的油氣，這是油田未來穩產的新探區。碳酸 鹽巖分布範圍廣泛，大港、塔裡木、江漢、四川、勝利、中原、華北、新疆、青海、長慶等油田都 在開發碳酸鹽巖油氣藏。碳酸鹽巖地層具有的孔隙空間結構複雜，如裂縫和孔洞，且它的各 向異性、非均質性等因素加劇了碳酸鹽巖沉積過程的複雜性，導致不能準確的確定碳酸鹽 巖地層異常孔隙高壓的形成機理，從而很難找到合理的解釋模型。鑽遇碳酸鹽巖地層，由於 異常壓力預測困難，常會造成井壁坍塌、井漏，甚至井噴等井下複雜事故。若能夠準確預測 碳酸鹽巖地層孔隙壓力，就可為確定安全鑽井液密度窗口提供科學依據，以有效阻止碳酸 鹽巖地層井下複雜事故的發生。為此本發明中的創作人憑藉其多年從事相關行業的經驗與實踐，並經潛心研究與 開發，終於創造出一種利用利用測井資料預測碳酸鹽巖地層孔隙壓力的方法。
發明內容
本發明的目的在於提供一種利用測井資料預測碳酸鹽巖地層孔隙壓力的方法，利 用該方法可以預測碳酸鹽巖地層孔隙壓力，以便在鑽井設計時為確定安全鑽井液密度提供 科學依據，保護碳酸鹽巖油氣藏，以有效阻止碳酸鹽巖井下複雜事故的發生。本發明中利用測井資料預測碳酸鹽巖地層孔隙壓力的方法，包括有下列步驟1)鑽井過程中，利用巖屑錄井確定碳酸鹽巖層段，取芯並測試巖樣的有效應力pe、 體積壓縮係數Cma、圍壓P與聲波速度Vma，得到巖樣的巖石力學參數特徵數據系列{Cma(i)，
P⑴}，W^O ；2)試油過程中，記錄油樣的成分χ、飽和狀態y、溫度T、壓力ρ、密度P，測量油樣 的聲波速度Vf，得到油樣的特徵數據系列{χ⑴，y⑴，T⑴，ρ⑴，P(i),vf(i)}；3)根據巖樣的特徵數據系列，通過多元非線性回歸方法，建立骨架縱波速度方程 為vma = f (Cma； Pe)；4)根據油樣的特徵數據系列，通過多元非線性回歸方法，建立地層孔隙流體的縱 波速度方程為vf = f(P，p，T)；5)通過經驗公式，建立碳酸鹽巖地層的聲波速度方程為v = f(vf, Vffla, Φ)；6)根據有效應力定理，將骨架縱波速度和地層孔隙流體的縱波速度方程代入聲波 速度方程，建立地層孔隙壓力預測方程，Pp = f (P f，T，Cma，V, P0, Φ)；7)孔隙壓力檢測(A)地層為碳酸鹽巖，
(B)建立骨架縱波速度方程，(C)建立地層孔隙流體縱波速度方程，(D)建立地層孔隙壓力預測方程，(E)將不同深度處的碳酸鹽巖聲波速度、體積壓縮係數、上覆巖層壓力、油樣的溫 度、壓力、密度、孔隙度代入Pp = f(Pf，T，Cma，ν，ρ0，Φ)，得到不同深度處的地層孔隙壓力。所述步驟1)中的方法是進行巖石力學參數實驗，建立起有效應力P。體積壓縮系 數Cma，圍壓P與聲波速度Vma數據系列ICma⑴，P⑴}，{pe⑴，Vma⑴}。所述步驟2)中的方法是現場記錄油樣數據，並加以實驗室實驗，建立起油樣的成 分X、飽和狀態y、溫度T、壓力P、密度P，聲波速度Vf數據系列Ix⑴，y(i), Τω，ρω，P (i),
vf ω} ο所述步驟3)中的方法是通過對有序序列{Cma(i)，p(i)}，{pe(i),vffla(i)}進行多元非線 性回歸，得到體積壓縮係數與圍壓、有效應力與骨架聲波速度間的關係，建立骨架縱波速度 方程為Vma = f(Cma，Pe) O所述步驟4)中的方法是通過對有序序列{ν ω，χω，Υω，Τω，ρω，P (i)}進行多元 非線性回歸，得到油樣聲波速度與溫度、壓力和密度間的關係，建立地層孔隙流體的縱波速 度方程為Vf = f(p，Ρ，Τ)。所述步驟5)中的方法是利用碳酸鹽巖地層的特性，考慮孔隙度，建立碳酸鹽巖聲 波速度與骨架速度和孔隙流體速度間的方程V = f(vf, Vffla, Φ)。所述步驟6)中的方法是根據有效應力定理，建立地層孔隙壓力預測方程，Pp = f(P f, Τ, Cma, V, P0, Φ)。所述步驟7)中的方法是首先確認碳酸鹽巖特徵，通過非線性回歸方法，建立骨架 縱波速度方程Vma = f (Cffla, Pe)和地層孔隙流體縱波速度方程Vf = f ( ρ，p，T)，根據有效應 力定理，建立地層孔隙壓力預測方程Pp = f(Pf，Τ, Cma，ν, ρ0, Φ)，將不同深度處的碳酸鹽 巖聲波速度、體積壓縮係數、上覆巖層壓力、油樣的溫度、壓力、密度、孔隙度代入地層孔隙 壓力預測方程，得到不同深度處的地層孔隙壓力。本發明中利用測井資料預測碳酸鹽巖地層孔隙壓力的方法是基於有效應力定理， 通過建立骨架縱波速度和孔隙流體縱波速度方程，以此建立碳酸鹽巖地層孔隙壓力方程， 從而根據測得的測井數據檢測碳酸鹽巖地層孔隙壓力，以便在鑽井設計時為確定安全鑽井 液密度提供科學依據，以有效阻止施工過程中碳酸鹽巖地層井下複雜事故的發生。
圖1是碳酸鹽巖地層測井響應特徵圖；圖2是利用測井資料檢測的碳酸鹽巖地層孔隙壓力結果圖。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發明中的具體實例作進一步詳細說明。根據有效應力定理，上覆巖層壓力由骨架應力和孔隙流體壓力共同承擔，正常排 水固結過程中巖石孔隙度隨總應力(上覆巖層壓力)增加變小。碳酸鹽巖地層的沉積機理 不同於碎屑巖地層。依據彈性波傳播理論，聲波在地層中傳播，必然會通過巖石骨架及孔隙流體，聲速可以反映巖石骨架及孔隙流體組成情況，並且認為聲速是由骨架速度和孔隙流 體速度兩部分組成的，聲速與有效應力、體積彈性模量、孔隙流體密度、地層孔隙壓力、孔隙 流體溫度等因素有關。因此利用測井資料響應特徵可以預測碳酸鹽巖地層孔隙壓力情況。本發明中利用測井資料預測碳酸鹽巖地層孔隙壓力的方法包括下列步驟1.確定碳酸鹽巖層段通過巖屑錄井資料確定碳酸鹽巖層段，並在碳酸鹽巖地層取心；在實驗室內進行 巖樣取心，將其加工成標準巖心，進行巖石力學參數測試實驗，得到巖樣的巖石力學特徵數 據系列{c
⑴
Cma 0 10 15 20 30 40 50 60 70 80
P⑴}，{pe⑴
Pe
0.000184 0.000452 0.000393 0.000376 0.00034 0.000304 0.000299 0.000285 0.000271 0.00025
1叫，如下
Pe 10 20 30 40 50 60 70 80
^ma
5.62 5.68 5.74 5.79 5.84 5.86 5.88 5.912.在試油過程中，記錄油樣的成分χ、飽和狀態y、溫度T、壓力ρ、密度P，測量油 樣的縱波速度vf，並且進行實驗室實驗，得到油樣的特徵數據。3.通過對巖樣的巖石力學特徵數據進行多元非線性回歸，得到體積壓縮係數 與圍壓是指數關係，圍壓可以用有效應力來表示，則認為體積壓縮係數與有效應力成 指數關係；有效應力與縱波速度呈線性關係。由此可建立巖樣骨架的縱波速度方程為4.通過對有序序列Ivf「)，x(i), y⑴，T⑴，ρω，P ")}進行多元非線性回歸，得到油 樣的縱波速度與密度、溫度和壓力分別呈線性關係，與溫度和壓力的乘積呈線性關係。建立 油樣的縱波速度方程為U f = bi P f-b2 · T+b3 · Pp+b4 -T-Pp05.根據經驗公式，建立碳酸鹽巖地層的縱波速度方
程為
1
\Φ
ψ-Φ)
νν/ ；…J6.基於有效應力定理有P 上=Pp+Pe將骨架縱波速度和地層孔隙流體的縱波速度方程代入聲波速度方程，建立地層孔 隙壓力預測方程，有
1
V
^pf -b2 T + b3·pp+b4 T·pp
1
、(w)
Ch +a2eCma +a3pe
7.利用聲波測井數據，根據實測的地層孔隙壓力數據，回歸出地層孔隙壓力預測
6方程中模型參數，即B1 = 0. 14387，a2 = 2. 51628，a3 = 0. 15674bi = 0. 25146，b2 = 0. 04715，b3 = 0. 02843，b4 = 0. 10913由此可以利用此模型預測碳酸鹽巖地層孔隙壓力。
權利要求
一種利用測井資料預測碳酸鹽巖地層孔隙壓力的方法，包括有下列步驟1)鑽井過程中，利用巖屑錄井確定碳酸鹽巖層段，取芯並測試巖樣的有效應力pe、體積壓縮係數Cma、圍壓p與聲波速度vma，得到巖樣的巖石力學參數特徵數據系列{Cma(i)，p(i)}，{pe(i)，vma(i)}；2)試油過程中，記錄油樣的成分x、飽和狀態y、溫度T、壓力p、密度ρ，測量油樣的聲波速度vf，得到油樣的特徵數據系列{x(i)，y(i)，T(i)，p(i)，ρ(i)，vf(i)}；3)根據巖樣的特徵數據系列，通過多元非線性回歸方法，建立骨架縱波速度方程為vma＝f(Cma，Pe)；4)根據油樣的特徵數據系列，通過多元非線性回歸方法，建立地層孔隙流體的縱波速度方程為vf＝f(ρ，p，T)；5)通過經驗公式，建立碳酸鹽巖地層的聲波速度方程為v＝f(vf，vma，φ)；6)根據有效應力定理，將骨架縱波速度和地層孔隙流體的縱波速度方程代入聲波速度方程，建立地層孔隙壓力預測方程，pp＝f(ρf，T，Cma，v，p0，φ)；7)孔隙壓力檢測(A)地層為碳酸鹽巖，(B)建立骨架縱波速度方程，(C)建立地層孔隙流體縱波速度方程，(D)建立地層孔隙壓力預測方程，(E)將不同深度處的碳酸鹽巖聲波速度、體積壓縮係數、上覆巖層壓力、油樣的溫度、壓力、密度、孔隙度代入pp＝f(ρf，T，Cma，v，p0，φ)，得到不同深度處的地層孔隙壓力。
2.根據權利要求1中所述的利用測井資料預測碳酸鹽巖地層孔隙壓力的方法，其特徵 在於所述步驟1)中的方法是進行巖石力學參數測試實驗，建立起有效應力P。體積壓縮 係數Cma、圍壓ρ與聲波速度Vma數據系列ICma⑴，ρ⑴}，{pe⑴，Vma⑴}。
3.根據權利要求1中所述的利用測井資料預測碳酸鹽巖地層孔隙壓力的方法，其特徵 在於所述步驟2)中的方法是現場記錄油樣數據，並加以實驗室實驗，建立起油樣的成分 χ、飽和狀態y、溫度T、壓力ρ、密度Ρ，聲波速度Vf數據系列{χω，γω，Τω，ρω，Ρ (i),vf(i)}0
4.根據權利要求1中所述的利用測井資料預測碳酸鹽巖地層孔隙壓力的方法，其特徵 在於所述步驟3)中的方法是通過對有序序列{Cma(i)，p(i)}，{pe(i), vffla(i)}進行多元非線性 回歸，得到體積壓縮係數與圍壓、有效應力與骨架聲波速度間的關係，建立骨架縱波速度方 程為vma = f(Cma，Pe).
5.根據權利要求1中所述的利用測井資料預測碳酸鹽巖地層孔隙壓力的方法，其特徵 在於所述步驟4)中的方法是通過對有序序列{ν ω，Χα)，γω，Τα)，ρω，Ρω}進行多元非 線性回歸，得到油樣聲波速度與溫度、密度、壓力間的關係，建立地層孔隙流體的縱波速度 方程為vf = f(P，p，T)。
6.根據權利要求1中所述的利用測井資料預測碳酸鹽巖地層孔隙壓力的方法，其特徵 在於所述步驟5)中的方法是利用碳酸鹽巖地層的特性，考慮孔隙度，建立碳酸鹽巖聲波 速度與骨架速度和孔隙流體速度間的方程ν = f(vf, Vffla, Φ)。
7.根據權利要求1中所述的利用測井資料預測碳酸鹽巖地層孔隙壓力的方法，所述步 驟6)中的方法是根據有效應力定理，建立地層孔隙壓力預測方程，pp = f(pf，T，Cma，v，pQ，Φ)。
8.根據權利要求1中所述的利用測井資料預測碳酸鹽巖地層孔隙壓力的方法，其特徵 在於所述步驟7)中的方法是首先確認碳酸鹽巖特徵，通過非線性回歸方法，建立骨架縱 波速度方程Vma = f (Cffla, Pe)和地層孔隙流體縱波速度方程Vf = f ( ρ，p，T)，根據有效應力 定理，建立地層孔隙壓力預測方程Pp = f(Pf，Τ, Cma，ν, ρ0, Φ)，將不同深度處的碳酸鹽巖 聲波速度、體積壓縮係數、上覆巖層壓力、油樣的溫度、壓力、密度、孔隙度代入地層孔隙壓 力預測方程，得到不同深度處的地層孔隙壓力。
全文摘要
本發明公開了一種利用測井資料預測碳酸鹽巖地層孔隙壓力的方法，該方法利用測井資料預測碳酸鹽巖地層孔隙壓力的方法是基於有效應力定理，通過建立骨架縱波速度和孔隙流體縱波速度方程，以此建立碳酸鹽巖地層孔隙壓力方程，從而根據測得的測井數據檢測碳酸鹽巖地層孔隙壓力，以便在鑽井設計時為確定安全鑽井液密度提供科學依據，以有效阻止施工過程中碳酸鹽巖地層井下複雜事故的發生。
文檔編號E21B47/14GK101963056SQ20101025717
公開日2011年2月2日 申請日期2010年8月19日 優先權日2010年8月19日
發明者餘夫, 侯冰, 盧運虎, 金衍, 陳勉 申請人:中國石油大學(北京)