利用地震纵波传播时间预测地层孔隙压力的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用地震纵波传播时间预测地层孔隙压力的方法，按照先后顺序包括以下步骤：测量已钻井在不同地层深度下的岩石体积密度，并结合地层测井数据计算上覆地层压力；测量地震纵波在目的井地层中的传播时间，并结合正常压实地层的孔隙度趋势线计算压实常数；测量不同岩芯的粘土含量；测量不同岩芯的孔隙压力和孔隙度，并确定不同岩芯的有效压力系数；建立岩芯有效压力系数与岩芯粘土含量之间的关系图版；利用关系图版，确定目的井地层的有效压力系数，并利用预测模型计算目的井地层的孔隙压力。本发明专利技术的预测方法，适用范围广且不受钻井影响，可通过室内试验对有效压力系数进行定量分析，从而提高预测结果的准确性。

【技术实现步骤摘要】
利用地震纵波传播时间预测地层孔隙压力的方法
本专利技术属于油气勘探工程
，涉及一种预测地层孔隙压力的方法，尤其涉及一种利用地震纵波传播时间预测地层孔隙压力的方法。
技术介绍
地层孔隙压力从正常孔隙压力到异常高压不断变化，异常高压有时可达到正常孔隙压力的两倍。异常高压通常存在于世界上的许多盆地中，若钻井前不能准确的预测异常高压，则钻井过程中便会提高各种风险和事故的发生率。例如在莫斯科海湾深海，由孔隙压力和井底不稳定性产生的事故占据了非基性岩地层钻井时间的5.6％，占据了基性岩地层钻井时间的12.6％。异常高的孔隙压力可导致严重的钻井事故，例如井涌、井喷和井壁坍塌等，也可引发地质灾害，例如断层脆弱和泥火山等。因此，在油气勘探工程领域中，准确预测地层孔隙压力对钻井和作业至关重要。异常高压产生的主要原因是地层的欠平衡压实。当沉积物正常压实时，孔隙度随流体排出而降低，在埋藏阶段，不断增加的上覆地层压力是流体排出的动力，若沉积过程较慢，则属于正常压实，上覆地层压力的增加和流体的排出是平衡的；当沉积物快速沉积或者地层的渗透率较低时，孔隙中的流体只能部分排出，剩余流体需要支撑全部或者部分上覆地层的压力，从而导致地层孔隙压力异常高。目前，预测地层孔隙压力的方法有很多种。Hottman和Johnson方法，研究者利用测井数据得到的泥页岩特性预测地层孔隙压力，通过分析地震纵波在泥页岩中的传播时间，认为孔隙度随地层深度的增大而降低，这一孔隙度与地层深度之间的关系代表正常压实情况，若有异常压实地层出现，则孔隙度或者地震纵波传播时间偏离正常趋势线，通过分析数据，提出孔隙压力的计算公式为pf＝σv-(αv-β)(A1-B1lnΔt)3/z2。Eaton方法，研究者在前人研究的基础上提出了预测孔隙压力梯度的经验公式为ppg＝OBG-(OBG-png)(Δtn/Δt)3，若利用该方法，则必须确定正常压实情况下，地震纵波在泥页岩中的传播时间。通常预测孔隙压力的方法是基于泥页岩的岩石特性，通过这些方法得到的孔隙压力是在泥页岩中的压力，但是对于在砂岩地层、碳酸盐地层以及其它渗透性地层中的孔隙压力，要么假设泥页岩中的压力与砂岩中的压力相等，要么利用流体流动模型计算，然而这些方法均不准确。此外由于钻井干扰使井眼附近压力重新分布，这同样对地层孔隙压力产生影响。因此，急需开发一种适用范围广且不受钻井影响的预测地层孔隙压力的方法。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种利用地震纵波传播时间预测地层孔隙压力的方法，其目的在于：在钻井前能够准确预测不同地层深度的孔隙压力，尤其对异常高压能够做出精准预测，从而避免井涌、井喷和井壁失稳等异常事故的发生。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种利用地震纵波传播时间预测地层孔隙压力的方法，其按照先后顺序包括以下步骤：步骤一：在同一区块选取目的井和已钻井；步骤二：利用地层密度测井试验测量已钻井在不同地层深度下的岩石体积密度，并结合地层测井数据计算上覆地层压力；步骤三：利用地震资料采集试验测量地震纵波在目的井地层中的传播时间，并结合正常压实地层的孔隙度趋势线计算压实常数；步骤四：在已钻井中钻取岩芯，并测量不同岩芯的粘土含量；步骤五：利用孔隙度应力敏感试验，测量不同岩芯的孔隙压力和孔隙度，并确定不同岩芯的有效压力系数；步骤六：建立岩芯有效压力系数与岩芯粘土含量之间的关系图版；步骤七：利用岩芯有效压力系数与岩芯粘土含量之间的关系图版，并结合已钻井测井资料和目的井地震资料确定目的井地层有效压力系数，计算目的井地层孔隙压力。异常孔隙压力，通常为异常高压，主要由地层的欠平衡压实导致，其主要特征是地层孔隙度在某一地层深度偏离了正常趋势，且比正常值高。基于这一理论，本专利技术推导出了一个可同时满足正常压实情况和异常压实情况的新的孔隙度与地层深度之间关系的曲线模型，为在已有模型的基础上，考虑粘土含量与有效压力系数之间的关系，确定相应的有效压力系数，从而进行孔隙压力的预测。运用这一新的曲线模型，并结合地层孔隙度和地震纵波传播速度等参数计算有效压力和地层孔隙压力。利用已经存在的模型(孔隙度与地震纵波传播时间的关系模型)衍生出新的地震纵波传播时间与地层深度之间的关系模型，最终得到地震纵波传播时间与有效压力之间的指数关系模型，为其中σe＝σv-αp。本专利技术将室内试验、地层测井数据和理论计算相结合，建立了一套可快速、准确预测地层孔隙压力的计算模型，该计算模型可同时用于预测正常压实地层和异常压实地层的孔隙压力。所述步骤一中，可选定一口待钻井为目的井，在目的井周围选定一口邻井，该邻井为已钻井，目的井与已钻井所处的地层条件相同或者相似。优选的是，所述步骤二中，上覆地层压力的计算公式为式中，σv——上覆地层压力，MPa；ρb——岩石体积密度，kg/m3；z——地层深度，m；ρw——海水密度，kg/m3；zw——海水深度，m。在上述任一方案中优选的是，所述岩石体积密度是所述地层深度的函数。在上述任一方案中优选的是，所述步骤三中，测量地震纵波在目的井地层中的传播时间包括地震纵波在基质地层中的传播时间和地震纵波在泥质地层中的传播时间。在上述任一方案中优选的是，所述步骤三中，压实常数的计算公式为Δtn＝Δtm+(Δtml-Δtm)e-cz式中，c——压实常数，m-1；Δtn——地震纵波在正常压实地层中的传播时间，μs/m；Δtm——地震纵波在基质地层中的传播时间，μs/m；Δtml——地震纵波在泥质地层中的传播时间，μs/m；z——地层深度，m。在上述任一方案中优选的是，所述地震纵波在正常压实地层中的传播时间随着所述地层深度的变化而变化。在上述任一方案中优选的是，所述步骤四中，在已钻井中至少钻取五块岩芯。也可钻取更多岩芯，并分别对其粘土含量进行测量。每个岩芯对应一个粘土含量，测量的数据越多，趋势越明显，预测结果也越准确。本专利技术经过大量试验证明，对五块岩芯进行测量，即可获取关键数据点，同时节省时间和成本。在上述任一方案中优选的是，所述步骤五中，不同岩芯的有效压力系数的确定方法，其按照先后顺序包括以下步骤：步骤(1)：计算泥质地层孔隙度；步骤(2)：分别对不同岩芯施加围压，并分别对不同岩芯改变围压值，然后分别测量不同岩芯在不同围压下的孔隙压力和孔隙度；步骤(3)：分别计算不同岩芯在不同孔隙压力和不同孔隙度下的有效压力系数；步骤(4)：分别对不同岩芯在不同孔隙压力和不同孔隙度下的有效压力系数进行回归，最终分别确定不同岩芯的有效压力系数。在上述任一方案中优选的是，所述步骤(1)中，泥质地层孔隙度的计算公式为φ0＝(ρm-ρ0)/ρm式中，φ0——泥质地层孔隙度，％；ρm——泥质地层颗粒密度，kg/m3；ρo——泥质地层密度，kg/m3。在上述任一方案中优选的是，所述步骤(2)中，分别对不同岩芯至少设计十组围压值。也可设计更多组围压值，并分别测量不同围压下的孔隙压力和孔隙度，将所测量的数据进行回归，最终得到岩芯的有效压力系数。每个岩芯对应一个有效压力系数，测量的数据越多，趋势越明显，预测结果也越准确。本专利技术经过大量试验证明，对每块岩芯设计十组围压值，即可获得充分数据进行回归分析，所得到的有效压力系数准确，同时提高了工作效率、节省成本。在上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用地震纵波传播时间预测地层孔隙压力的方法，其按照先后顺序包括以下步骤：步骤一：在同一区块选取目的井和已钻井；步骤二：利用地层密度测井试验测量已钻井在不同地层深度下的岩石体积密度，并结合地层测井数据计算上覆地层压力；步骤三：利用地震资料采集试验测量地震纵波在目的井地层中的传播时间，并结合正常压实地层的孔隙度趋势线计算压实常数；步骤四：在已钻井中钻取岩芯，并测量不同岩芯的粘土含量；步骤五：利用孔隙度应力敏感试验，测量不同岩芯的孔隙压力和孔隙度，并确定不同岩芯的有效压力系数；步骤六：建立岩芯有效压力系数与岩芯粘土含量之间的关系图版；步骤七：利用岩芯有效压力系数与岩芯粘土含量之间的关系图版，并结合已钻井测井资料和目的井地震资料确定目的井地层有效压力系数，计算目的井地层孔隙压力。

【技术特征摘要】
1.一种利用地震纵波传播时间预测地层孔隙压力的方法，其按照先后顺序包括以下步骤：步骤一：在同一区块选取目的井和已钻井；步骤二：利用地层密度测井试验测量已钻井在不同地层深度下的岩石体积密度，并结合地层测井数据计算上覆地层压力；步骤三：利用地震资料采集试验测量地震纵波在目的井地层中的传播时间，并结合正常压实地层的孔隙度趋势线计算压实常数；步骤四：在已钻井中钻取岩芯，并测量不同岩芯的粘土含量；步骤五：利用孔隙度应力敏感试验，测量不同岩芯的孔隙压力和孔隙度，并确定不同岩芯的有效压力系数；步骤六：建立岩芯有效压力系数与岩芯粘土含量之间的关系图版；步骤七：利用岩芯有效压力系数与岩芯粘土含量之间的关系图版，并结合已钻井测井资料和目的井地震资料确定目的井地层有效压力系数，计算目的井地层孔隙压力。2.如权利要求1所述的利用地震纵波传播时间预测地层孔隙压力的方法，其特征在于：所述步骤二中，上覆地层压力的计算公式为式中，σv——上覆地层压力，MPa；ρb——岩石体积密度，kg/m3；z——地层深度，m；ρw——海水密度，kg/m3；zw——海水深度，m。3.如权利要求2所述的利用地震纵波传播时间预测地层孔隙压力的方法，其特征在于：所述岩石体积密度是所述地层深度的函数。4.如权利要求1所述的利用地震纵波传播时间预测地层孔隙压力的方法，其特征在于：所述步骤三中，测量地震纵波在目的井地层中的传播时间包括地震纵波在基质地层中的传播时间和地震纵波在泥质地层中的传播时间。5.如权利要求1所述的利用地震纵波传播时间预测地层孔隙压力的方法，其特征在于：所述步骤三中，压实常数的计算公式为Δtn＝Δtm+(Δtml-Δtm)e-cz式中，c——压实常数，m-1；Δtn——地震纵波在正常压实地层中的传播时间，μs/m；Δtm——地震纵波在基质地层中的传播时间，μs/m；Δtml——地震纵波在泥质地层中的传播时间，μs/m；z——地层深度，m。6.如权利要求5所述的利用地震纵波传播时间预测地层孔隙压力的方法，其特征在于：所述地震纵波在正常压实地层中的传播时间随着所述地层深度的变化而变化。7.如权利要求1所述的利用地震纵波传播时间预测地层孔隙压力的方法，其特征在于：所述步骤四中，在已钻井中至少钻取五块岩芯。8.如权利要求1所述的利用地震纵波传播时间预测地层孔隙压力的方法，其特征在于：所述步骤五中，不同岩芯的有效压力系数的确定方法，其按照先后顺序包括以下步骤：步骤(1)：计算泥质地层孔隙度；步骤(2)：分别对不同岩芯施加围压，并分别对不同岩芯改变围压值，然后分别测量不同岩芯在不同围压下的孔隙压力和孔隙度；步骤(3)：分别计算不同岩芯在不同孔隙压力和不同孔隙度下的有效压力系数；步骤(4)：分别对不同岩芯在不同孔隙压力和...

【专利技术属性】
技术研发人员：于海洋，朱常玉，程时清，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11