一种基于邻井测井数据钻前预测当前井目标地层孔隙压力的方法

本发明属于石油与天然气工程领域，涉及一种基于邻井测井数据实现钻前预测当前井目标地层孔隙压力的方法。

背景技术：

1、地层孔隙压力是油气钻井中的关键参数，通常简称为地层压力。准确预测地层孔隙压力可以极大降低井喷、井漏等钻井风险，有效缩短工程周期节省钻井成本。然而，现阶段地层孔隙压力的钻前预测体系尚不成熟，严重依赖于地震层速度数据，考虑到地震层速度分辨精度不够(远低于测井的0.1m分辨精度)，使得地层孔隙压力的钻前预测始终难以达到现场要求。在同一井场内，已钻井测井数据分辨率足够高(一般为0.1m的分辨精度)且对当前井目标地层孔隙压力的钻前预测具有重要价值，鉴于此迫切需要提出一种基于邻井测井数据钻前预测当前井目标地层孔隙压力的方法。

2、现阶段已提出不少方法预测当前井目标地层孔隙压力，如一种适用于碳酸盐岩地层的地层孔隙流体压力预测方法(cn202210040987.4)、基于地震数据的三维地层压力预测方法及装置(cn202111674358.9)、一种地层压力预测方法及岩性油藏评价方法(cn201910996100.7)、一种使用地震数据预测地层压力系数的方法、装置及设备(cn202110292026.8)、地层压力预测分析方法、装置、介质及设备(cn202110763391.2)、一种基于地震资料的地层孔隙压力预测方法(cn201510246679.7)。然而，上述方法可分成两类：一类是利用测井资料在钻后分析地层孔隙压力，显然钻后分析地层孔隙压力难以指导现场实际钻井；另一类是利用地震资料对地层孔隙压力进行钻前分析，然而这类方法未考虑地震层速度的分辨精度，因此获取的地层孔隙压力准确性存在问题。为此，提出一种基于邻井测井数据钻前预测当前井目标地层孔隙压力的方法已势在必行。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于邻井测井数据钻前预测当前井目标地层孔隙压力的方法，首先依据邻井测井数据计算邻井地层孔隙压力，然后划分当前井目标地层的深度范围，最后结合邻井与当前井的几何方位图，计算当前井目标地层各深度范围内的地层孔隙压力，并通过现场试验验证所提方法的有效性。

2、为实现上述目的，本发明第一方面提供一种基于邻井测井数据钻前预测当前井目标地层孔隙压力的方法，其操作步骤是：

3、(1)从同一井场内筛选当前井的所有有效邻井，有效邻井数目应大于等于5；

4、有效邻井的筛选应同时满足下述5个条件：

5、1)每口有效邻井应与当前井在深度方向上地层层序一致；

6、2)每口有效邻井应包含目标地层且在目标地层上具有密度测井数据和声波时差数据；

7、3)每口有效邻井的目标地层深度范围应与当前井的目标地层深度范围有交集；由于地质构造原因，有效邻井的目标地层深度范围与当前井的目标地层深度范围一般不同，每口有效邻井的目标地层深度范围应与当前井目标地层的深度范围相交，优选的，实际预测时，以相交5m及以上来预测当前井的地层孔隙压力；

8、4)所有有效邻井在目标地层上的深度范围构成一个集合，该集合的上下限应包含当前井目标地层的深度范围；

9、5)任意两口有效邻井的连线不能通过当前井，如若通过，应舍弃掉离当前井水平距离较远的有效邻井；

10、(2)有效邻井的地层孔隙压力预测

11、1)建立有效邻井正常压实趋势线

12、根据每口有效邻井的岩性确认各有效邻井的纯泥岩地层，筛选出纯泥岩地层在正常压实状态下的声波时差，即从纯泥岩地层中找出“随深度增加而声波时差降低”的各深度位置处的声波时差，然后利用matlab将筛选出的声波时差散点数据拟合成下式(1)所述的对数曲线，其中，因变量为δtn，自变量为h，建立每口有效邻井的正常压实趋势线，见下式：

13、lnδtn＝lnδt0-ch  (1)

14、式中，δtn为某深度处的声波时差，μs/m；δt0为深度为零时的声波时差，μs/m；c为压实系数，无量纲；h为深度，m；

15、2)获取每口有效邻井的地层孔隙压力

16、将密度测井数据和声波时差数据代入eaton公式，即可获取每口有效邻井的地层孔隙压力，见式(2)：

17、

18、式中：pp为地层孔隙压力，mpa；p0为上覆地层垂向压力，对密度沿深度方向积分获取，mpa；ρ为密度，由密度测井获取，g/cm3；ph为静水压力，对水密度沿深度方向积分获取，mpa；δtn为正常压实趋势线上的声波时差，通过公式(1)的正常压实趋势线方程获取，μs/m；δt为实际测井资料中的声波时差，μs/m；n为eaton指数，依托同一井场内有实测地层孔隙压力的指定井获取，将指定井的实测地层孔隙压力及相对应深度处的上覆地层垂向压力、静水压力、正常趋势线上的声波时差和实测声波时差代入下式(3)计算eaton指数：

19、

20、式中：pp'为指定井的地层孔隙压力实测值，mpa；p0'为指定井地层孔隙压力实测深度处的上覆地层垂向压力，由指定井的密度沿深度方向积分获取，mpa；ph'为静水压力，由水密度沿深度方向积分获取，mpa；δt'n为指定井正常压实趋势线上的声波时差，通过公式(1)的正常压实趋势线方程获取，μs/m；δt'为指定井地层孔隙压力实测深度处的声波时差实测值，μs/m；

21、(3)划分当前井目标地层的深度范围

22、假设当前井目标地层的深度范围为[h,h']，划分方法如下：

23、1)定义有效邻井与当前井在目标地层上重合的深度范围为有效深度范围；

24、2)假设共有i口有效邻井，标记各有效邻井的有效深度范围为[h1,h2]、[h3,h4]、……、[h2i-1,h2i]，将深度h1、h2、……、h2i按大小排序(其中相等的变量仅保留一个)并重新标记为a1(a1＝h)、a2、……、au(au＝h')；

25、3)将深度最小值a1和第二小值a2构成一个新的深度范围[a1,a2]，观察[a1,a2]与各有效邻井的有效深度范围[h1,h2]、[h3,h4]、……、[h2i-1,h2i]的包含关系，将有效深度范围包含[a1,a2]的各有效邻井筛选出，构成第1井组；

26、4)将深度第二小值a2和第三小值a3构成一个新的深度范围[a2,a3]，观察[a2,a3]与各有效邻井的有效深度范围[h1,h2]、[h3,h4]、……、[h2i-1,h2i]的包含关系，将有效深度范围包含[a2,a3]的各有效邻井筛选出，构成第2井组；

27、5)以此类推，直到将深度第二大值au-1和最大值au构成一个新的深度范围[au-1,au]，观察[au-1,au]与各有效邻井的有效深度范围[h1,h2]、[h3,h4]、……、[h2i-1,h2i]的包含关系，将有效深度范围包含[au-1,au]的各有效邻井筛选出，构成第u-1井组；

28、优选的，每个井组内有效邻井的数目应为大于等于3的自然数；步骤(4)和步骤(5)中，以各井组内有效邻井的数目为奇数来构建与当前井的几何方位图和计算当前井目标地层各深度范围的地层孔隙压力；如若各井组内有效邻井的数目是偶数，应舍弃掉离当前井水平距离最远的1口有效邻井；

29、(4)构建各井组内有效邻井与当前井的几何方位图

30、以第j井组为例，假设第j井组由k口有效邻井构成，这k口有效邻井与当前井的几何方位图的构建方法如下：

31、1)从有效邻井中选取关键邻井

32、关键邻井选取的条件为：关键邻井与当前井的连线应能将井场划分为两个区域，每个区域内有效邻井的数量应相等，将这两个区域命名为区域1、区域2；

33、2)命名各区域内的有效邻井

34、区域1中按照与关键邻井水平距离的远近，由近及远将各有效邻井依次命名为1号邻井、3号邻井…k-2号邻井；区域2中按照与关键邻井水平距离的远近，由近及远将各有效邻井依次命名为2号邻井、4号邻井、…、k-1号邻井；区域1和区域2内的k-1口有效邻井与关键邻井共同构成第j井组的k口有效邻井；也就是说，区域1中与关键邻井水平距离最近的为1号邻井，与关键邻井水平距离第2近的为3号邻井，依此类推；区域2中与关键邻井水平距离最近的为2号邻井，与关键邻井水平距离第2近的为4号邻井，依此类推；

35、3)将区域1与区域2内的相邻有效邻井连线并测量连线的距离

36、将1号邻井与2号邻井、3号邻井与4号邻井、…、k-2号邻井与k-1号邻井分别连线，共有条连线，这条连线将分别与关键邻井和当前井的连线相交，交点定义为1号虚拟井、2号虚拟井、…、号虚拟井，测量各虚拟井与相应两口邻井间的距离，以1号虚拟井为例，需要测量1号虚拟井与1号邻井的距离l1、1号虚拟井与2号邻井的距离l2，依次类推，分别记为l1、l2…lk-1；

37、4)测量关键邻井与当前井连线上的各相邻井之间的距离

38、测量关键邻井与距离关键邻井最近的虚拟井之间的距离为d1、各相邻虚拟井之间的距离为当前井与距离当前井最近的虚拟井之间的距离为

39、(5)计算当前井目标地层各深度范围的地层孔隙压力

40、以第j井组为例，假设第j井组由k口有效邻井构成，对应的当前井目标地层的深度范围为[aj,aj+1]，则当前井目标地层[aj,aj+1]深度范围内地层孔隙压力的计算方法如下：

41、①由步骤(2)获取第j井组内有效邻井的地层孔隙压力，然后结合虚拟井与相应两口邻井之间的距离，计算各虚拟井在[aj,aj+1]深度范围的地层孔隙压力，见式(4)：

42、

43、式中：d虚拟1为1号虚拟井的地层孔隙压力，mpa；d虚拟2为2号虚拟井的地层孔隙压力，mpa；……；为号虚拟井的地层孔隙压力，mpa；d1为1号邻井的地层孔隙压力，mpa；d2为2号邻井的地层孔隙压力，mpa；……；dk-1为k-1号邻井的地层孔隙压力，mpa；l1为1号虚拟井与1号邻井的距离，m；l2为1号虚拟井与2号邻井的距离，m；……；lk-1为号虚拟井与k-1号邻井的距离，m；

44、②考虑虚拟井与当前井之间的距离关系，当前井目标地层在[aj,aj+1]深度范围的地层孔隙压力可表示为式(5)：

45、

46、式中：pj为当前井目标地层在[aj,aj+1]深度范围内的地层孔隙压力，mpa；da为关键邻井的地层孔隙压力，mpa；d虚拟1为1号虚拟井的地层孔隙压力，mpa；d虚拟2为2号虚拟井的地层孔隙压力，mpa；……；为号虚拟井的地层孔隙压力，mpa；d1为关键邻井与1号虚拟井之间的距离，m；d2为1号虚拟井与2号虚拟井之间的距离，m；……；为号虚拟井与当前井之间的距离，m；

47、重复上述方法，即可获得当前井目标地层在各深度范围[a1,a2]、[a2,a3]、……[aj,aj+1]……、[au-1,au]的地层孔隙压力；

48、(6)将步骤(5)得到的当前井地层孔隙压力按照深度组装获得当前井目标地层孔隙压力

49、将当前井目标地层各深度范围[a1,a2]、[a2,a3]、……[aj,aj+1]……、[au-1,au]的地层孔隙压力按照深度顺序简单组合，获得当前井目标地层的孔隙压力。

50、本发明第二方面提供一种测试当前井目标地层孔隙压力的现场试验方法，验证上述基于邻井测井数据钻前预测当前井目标地层孔隙压力的方法的准确性，其操作步骤是：

51、步骤1：布置流体速度传感器和流体压力传感器

52、将流体速度传感器布置在目标地层井眼内壁位置处，用于监测流体在井眼和地层间流动时的径向速度；将流体压力传感器布置在钻头上，用于监测停钻位置处的地层孔隙压力；

53、步骤2：测试当前井目标地层孔隙压力

54、(1)在钻进至当前井目标地层任意深度时停钻；

55、(2)停钻后，依次调整钻井液密度，每次调整幅度为0.02g/cm3，每次调整后的钻井液密度应维持30分钟，在30分钟内记录本次钻井液密度对应的流体速度传感器监测值并提取流体径向速度数据，绘制本次钻井液密度对应的流体径向速度随时间的变化曲线；

56、(3)观察每次钻井液密度调整后的流体径向速度随时间变化曲线，当流体径向速度在30分钟内接近为0且流体径向速度基本不随时间变化时，记录这一次的钻井液密度ρ0和流体压力传感器监测值p0；

57、(4)将钻井液密度维持在ρ0水平上24小时，记录24小时后流体压力传感器的监测值p0′，比较p0与p0′，若两者的差值小于3％，则即为当前井目标地层任意深度处的实测地层孔隙压力；

58、步骤3：当前井目标地层孔隙压力测试值的二次确认

59、(1)工况1：关停当前井1公里范围内的所有邻井，按步骤2测量当前井目标地层任意深度处的孔隙压力p1；

60、(2)工况2：关停当前井2公里范围内的所有邻井，按步骤2测量当前井目标地层任意深度处的孔隙压力p2；

61、(3)工况3：关停当前井3公里范围内的所有邻井，按步骤2测量当前井目标地层任意深度处的孔隙压力p3；

62、(4)工况4：关停当前井4公里范围内的所有邻井，按步骤2测量当前井目标地层任意深度处的孔隙压力p4；

63、(5)工况5：关停当前井5公里范围内的所有邻井，按步骤2测量当前井目标地层任意深度处的孔隙压力p5；

64、(6)比较同一深度处上述5种工况下获取的p1、p2、p3、p4、p5与步骤2中获取的p0，若两者误差在5％以内，表明周边邻井对当前井目标地层孔隙压力的影响较小，即可二次确认为当前井目标地层孔隙压力实测值；

65、步骤4：验证上述基于邻井测井数据钻前预测当前井目标地层孔隙压力的方法有效性

66、(1)以有效邻井实测地层孔隙压力验证预测方法

67、对比有效邻井的地层孔隙压力实测值与上述方法的预测值，若误差在3％以内，表明上述方法可以满足现场工程；

68、(2)以当前井实测地层孔隙压力验证预测方法

69、对比当前井的地层孔隙压力实测值与上述方法的预测值，若误差在3％以内，表明上述方法可以满足现场工程。

70、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

71、1、本发明提出了一种基于邻井测井数据钻前预测当前井目标地层孔隙压力的方法，通过与现场试验对比可知该方法预测精度超过95％，较常规方法预测精度提高约20％；

72、2、本发明提出了一种测试当前井目标地层孔隙压力的现场试验方法，通过与开采阶段的试油测试方法相比，吻合率为95.9％，解决了钻井阶段难以测试目标地层孔隙压力的问题。