利用地震纵波传播时间预测地层孔隙压力的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于油气勘探工程技术领域，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。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 目前，预测地层孔隙压力的方法有很多种。Hottman和Johnson方法，研宄者利 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P f= 〇 Eaton方法，研宄 者在前人研宄的基础上提出了预测孔隙压力梯度的经验公式为Ppg= 〇BG-(OBG-png)(Atn/At)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。
[0005] 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。
【发明内容】
[0006] 为解决现有技术中存在的问题，本发明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。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：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：
[0008] 步骤一：在同一区块选取目的井和已钻井；
[0009] 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；
[0010] 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；
[0011] 步骤四：在已钻井中钻取岩芯，并测量不同岩芯的粘土含量；
[0012] 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；
[0013] 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；
[0014] 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。
[0015] 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，本发明推导出 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
【主权项】
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，σν--上覆地层压力，MPa; Pb一一岩石体积密度，kg/m3; z 地层株度，m ; Pw-一海水密度，kg/m3; zw 海水株度，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 Atn= Δ t m+( Δ tml-Δ tm) e_cz 式中，c--压实常数，m1; Atn一一地震纵波在正常压实地层中的传播时间，μ s/m ; Atm--地震纵波在基质地层中的传播时间，μ s/m ; Δ tml 地震纵波在泥质地层中的传播时间，U s/m ; z 地层株度，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。
9. 如权利要求8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（1)中，泥质地层孔隙度的计算公式为 φ〇= (p m-p〇)/pm 式中，Po--泥质地层孔隙度，％ ; Pm--泥质地层颗粒密度，kg/m3; P 〇--泥质地层密度，kg/m3。
10. 如权利要求8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（2)中，分别对不同岩芯至少设计十组围压值。
【专利摘要】本发明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。
【IPC分类】E21B47-06, E21B49-00
【公开号】CN104863577
【申请号】CN201510166143
【发明人】于海洋, 朱常玉, 程时清
【申请人】中国石油大学(北京)
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月9日