一种地层中欠压实作用超压的求取方法与流程

本发明涉及石油天然气勘探开发领域，具体涉及一种地层中欠压实作用超压的求取方法。

背景技术：

当地层压力超过该地层静水压力时，该地层就存在超压。含油气盆地中普遍发育超压现象，超压形成机制较多，其中欠压实作用是形成地层超压最为普遍的形成机制。目前，对地层中欠压实超压的定量评价主要运用平衡深度法和数值模拟的方法，其中数值模拟的方法获得结果的准确性与选取的模拟参数有很大关系，而模拟参数的准确获取比较困难；平衡深度法计算欠压实超压比较普遍，而该方法求解过程较为复杂，且缺少求解结果的多方法印证。因此，需要发展一种简单易行的方法来评价欠压实作用超压。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种地层中欠压实作用超压的求取方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明具有快速、简便、准确的特点，为欠压实作用超压的准确评价提供了新方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种地层中欠压实作用超压的求取方法，包括以下步骤：

步骤1：根据泥岩段平均声波时差、平均地层密度、平均中子孔隙度随平均埋深的差异变化特征确定正常压实段和欠压实作用段；

步骤2：利用正常压实段的声波速度与垂向有效应力的散点图拟合两者的指数关系式；

步骤3：欠压实作用段的垂向有效应力与其声波速度的变化点应落在正常压实作用的变化趋势线上，因此，把欠压实作用段的声波速度代入步骤2获得的指数关系式，即能求出欠压实作用段的垂向有效应力；

步骤4：结合欠压实作用段垂向有效应力和超压的关系式求解欠压实作用段中的超压值。

进一步地，步骤1具体包括：

步骤1.1：在测井曲线上识别出厚度大于5m的泥岩段；

步骤1.2：在测井曲线上读取已选出泥岩段的平均声波时差值AC、平均地层密度值DEN1、平均中子孔隙度值CNL、平均埋深H和H埋深点以上地层的平均密度DEN2；

步骤1.3：在同一个深度坐标系里，做出泥岩段平均声波时差值AC随泥岩段平均埋深H关系的散点图、泥岩段平均地层密度值DEN1随泥岩段平均埋深H关系的散点图、泥岩段平均中子孔隙度值CNL随泥岩段平均埋深H关系的散点图，并根据上述散点图确定正常压实段和欠压实作用段。

进一步地，步骤1.3确定正常压实段和欠压实作用段具体为：依据正常压实段泥岩的孔隙度与埋深具有指数变化的特征，并且测井中声波时差、中子孔隙度与地层孔隙度正相关而地层密度与地层孔隙度反相关的原理，正常压实段泥岩具有平均声波时差AC与埋深H呈指数变化、平均地层密度值DEN1随平均埋深H以及平均中子孔隙度值CNL随平均埋深H均呈线性的变化规律，另有正常压实段出现在埋深相对较浅部，以此综合确定正常压实段；

依据欠压实作用段具有平均声波时差AC、平均地层密度值DEN1、平均中子孔隙度值CNL随平均埋深H的变化均偏离对应的正常压实段的变化趋势，且具有其变化曲线与对应的正常压实段变化曲线基本平行，平均声波时差AC和平均中子孔隙度值CNL向异常大的方向偏离，而平均地层密度值DEN1向异常小的方向偏离的变化规律，以此综合确定井的欠压实作用井段。

进一步地，步骤2具体为：利用正常压实段内泥岩的垂向有效应力σv’和声波速度V做散点图，拟合两者的指数关系来获得带有a和b常数的指数方程，从而求出a和b的数值，以获得正常压实段和欠压实作用段泥岩的垂向有效应力σv’与其声波速度V的变化关系式：其中声波速度V＝1/AC×1000。

进一步地，步骤4中欠压实作用段垂向有效应力和超压的关系式如下：

σv’＝DEN2×g×H-P地层

在正常压实段，P地层等于静水压力P静；在欠压实作用段，P地层等于静水压力P静加上欠压实泥岩的超压值△P，即正常压实段的△P为0，所以有

P地层＝P静+△P

其中，P静＝ρ水×g×H，ρ水为地层水的密度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明主要基于声波时差、地层密度、中子孔隙度等测井系列资料，根据较厚泥岩段平均声波时差、平均地层密度、平均中子孔隙度随埋深的差异变化特征来确定正常压实段和欠压实作用段；再利用正常压实泥岩段的声波速度与垂向有效应力的散点图拟合两者的指数关系式；把欠压实泥岩超压段的声波速度代入获得的该指数关系式，求出欠压实超压泥岩段的垂向有效应力；结合超压段垂向有效应力和超压的关系式，求解超压段中欠压实作用增压的大小。该方法仅仅用测井资料即可获取准确的欠压实超压大小，具有快速、简便、准确的特点，提高了对欠压实超压的评价效率。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为泥岩正常压实段和欠压实作用段的综合识别示意图；

图3为欠压实作用超压的求取模式图；

图4为X井泥岩正常压实段和欠压实作用段的识别图；

图5为X井欠压实作用超压的求取过程图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细描述：

一种地层中欠压实作用超压的求取方法，其包括以下步骤：

步骤1：在测井曲线上识别出厚度大于5m的泥岩段；

步骤2：在测井曲线上读取已选出泥岩段的平均声波时差值AC(μs/m)、平均地层密度值DEN1(g/cm³)、平均中子孔隙度值CNL(％)、平均埋深H(m)和H埋深点以上地层的平均密度DEN2(g/cm³)；

步骤3：在同一个深度坐标系里，做出泥岩段平均声波时差值AC随埋深H关系的散点图、平均地层密度值DEN1随埋深H关系的散点图、平均中子孔隙度值CNL随埋深H关系的散点图，依据正常压实段泥岩的孔隙度与埋深具有指数变化的特征，并且测井中声波时差、中子孔隙度与地层孔隙度正相关而地层密度与地层孔隙度反相关的原理，正常压实泥岩段应具有平均声波时差AC与埋深H呈指数变化、平均地层密度值DEN1随埋深H和平均中子孔隙度值CNL随埋深H均呈线性的变化规律，另有正常压实段应出现在埋深相对较浅部，以此来综合确定正常压实段；依据欠压实作用段泥岩具有异常高孔隙度的特征，欠压实作用段泥岩应具有平均声波时差AC、平均地层密度值DEN1、平均中子孔隙度值CNL随埋深H的变化均偏离对应的正常压实段的变化趋势，且平均声波时差AC和平均中子孔隙度值CNL向异常大的方向偏离，而平均地层密度值DEN1向异常小的方向偏离，且具有其变化曲线与对应的正常压实段变化曲线基本平行的变化规律，具有这些特征的井段为泥岩的欠压实作用段，如图2所示；

正常压实段和欠压实作用段之间一般还有过渡带，过渡带的特征为平均声波时差AC、平均地层密度值DEN1、平均中子孔隙度值CNL随平均埋深H的变化均偏离对应的正常压实段的变化趋势，且平均声波时差AC和平均中子孔隙度值CNL向异常大的方向偏离，而平均地层密度值DEN1向异常小的方向，但其变化曲线与正常压实段变化曲线不平行。

步骤4：建立垂向有效应力σv’与平均埋深H、上覆地层的平均密度DEN2、重力加速度g和地层压力P地层的数学关系式

式1，σv’＝DEN2×g×H-P地层

在正常压实段，P地层等于静水压力P静；在欠压实作用段，P地层等于静水压力P静加上欠压实泥岩的超压值△P，所以有

式2，P地层＝P静+△P

其中，P静＝ρ水×g×H，ρ水为地层水的密度，这里正常压实段的△P为0；

步骤5：计算泥岩段的声波速度V(Km/s)

式3，V＝1/AC×1000

步骤6：正常压实段的垂向有效应力与其声波速度的变化应遵循正常压实的指数变化，而欠压实作用段的垂向有效应力与其声波速度的关系点也应落在正常压实作用的变化趋势线上，这里正常压实段和欠压实作用段泥岩的垂向有效应力σv’与其声波速度v的变化为

式4，这里a和b为常数，该常数可通过已获得的正常压实段的垂向有效应力σv’与其声波速度v的数值来拟合这种指数关系后来获取。

步骤7：利用正常压实段内泥岩的垂向有效应力σv’和声波速度V做散点图，拟合两者的指数关系来获得带有a和b常数的指数方程，从而求出a和b的数值，如图3。

步骤8：将欠压实作用段泥岩声波速度值(图3中c点)代入已获得的指数方程，来求解欠压实作用段的垂向有效应力值σv’，利用式1来求解欠压实作用段的地层压力P地层，再利用式2来求解欠压实作用段的超压值△P，该超压值即为本次求解的地层中欠压实作用段泥岩的超压大小，如图3所示，该超压值也等于图3中c点和d点之间的有效应力差。

下面结合具体实施例做进一步说明：

以准噶尔盆地某地区X井为例，说明这种地层中欠压实作用超压求解的具体技术方法：

第一步：整理X井的测井曲线，选取测井曲线里的自然伽马、自然电位、声波时差、地层密度、中子孔隙度、井径、深感应电阻等系列，把选取的测井系列曲线导入到Carbon软件的单井之中，在X井的单井图上识别出厚度大于5m的泥岩段，并读取各个泥岩段的平均声波时差值AC(μs/m)、平均地层密度值DEN1(g/cm³)、平均中子孔隙度值CNL(％)、平均埋深H(m)和H埋深点以上地层的平均密度DEN2(g/cm³)。

第二步：在Excel表格中，在同一个深度坐标系里，做出X井泥岩段的平均声波时差值AC随埋深H关系的散点图、平均地层密度值DEN1随埋深H关系的散点图、平均中子孔隙度值CNL随埋深H关系的散点图，依据正常压实段和欠压实作用段典型测井系列随埋深的差异性变化规律，即正常压实段泥岩应具有平均声波时差AC与埋深H呈指数变化、平均地层密度值DEN1随埋深H和平均中子孔隙度值CNL随埋深H均呈线性的变化规律，欠压实作用段泥岩具有异常高孔隙度的特征，表现为其平均声波时差AC、平均地层密度值DEN1、平均中子孔隙度值CNL随埋深H的变化均偏离对应的正常压实段的变化趋势，且两者的变化曲线基本平行，判断出X井在3204m深度以上是正常压实段，在3750-4158m深度为欠压实作用段，在3204-3750m是过渡带(图4)。

第三步：利用式1和式2来计算X井泥岩段的垂向有效应力σv’，利用式3来计算X井的泥岩段的声波速度V，在Excel表格中，做正常压实段垂向有效应力σv’与其声波速度v的变化关系，拟合指数关系式为(图5)，式5，

第四步：将欠压实作用段声波速度值代入已获得的指数方程，来求解欠压实作用段的垂向有效应力值，利用式1来求解欠压实作用段的地层压力，再利用式2来求解欠压实作用段的超压值(图5)，该超压值即为本次要求解的地层中欠压实作用超压大小，见表1。

表1 X井地层中欠压实作用超压大小的计算数据表

本发明主要基于声波时差、地层密度、中子孔隙度等测井系列资料，根据较厚泥岩段平均声波时差、平均地层密度、平均中子孔隙度随埋深的差异变化特征来确定正常压实段和欠压实作用段；再利用正常压实泥岩段的声波速度与垂向有效应力的散点图拟合两者的指数关系式；把欠压实作用段泥岩的声波速度代入获得的该指数关系式，求出欠压实作用段泥岩的垂向有效应力；结合欠压实作用段泥岩的垂向有效应力和超压的关系式，求解该段中欠压实作用超压的大小。该方法仅仅用测井资料即可获取准确的欠压实作用超压大小，具有快速、简便、准确的特点，提高了对欠压实作用超压的评价效率。