用于孔压预测的量化风险评估的制作方法

专利名称：用于孔压预测的量化风险评估的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及地球物理探测，更具体而言，涉及精确估计孔压不
确定性和钻井前的断裂(fracture)梯度估计的方法。
背景技术：
钻井使用包括有钻头的井底组件进行。在钻井过程中，将钻探液体 (也称为钻探泥浆)打入钻孔以便于进行钻井过程，冷却和润滑钻头，并 将钻探屑清除到地表面。如果钻孔液压明显低于地岩层液压，则存在灾 难性井喷的风险。另一方面，如果钻孔压力比地岩层液压大得多，则消 除了井喷的风险，但存在因断裂和泥浆涌入地岩层而使地岩层损坏的风 险。液压是钻探泥浆密度("泥浆比重(mud weight)")的函数，从而， 钻井过程的重要部分是为钻探正确选择泥浆比重。
在设计钻井时的标准作法是，使用地震数据计算孔压和断裂梯度分 布，以用作关于安全钻探所需泥浆比重的上下限。授予Onyia等人的 US 6473696披露了一种使用地震速度和使地震速度与地下沉积物的有效 应力相关的校准来确定地球地下区域中的液压的方法。可将地震速度调 节(key)到所限定的地震层位(seismic horizon),并且可从许多种方法获 得地震速度，包括速度^脊、叠后反演(post-stack inversion),叠前反演 (pre-stack inversion), VSP或层析成像。从密度测井、密度与速度之间 的关系，或势场数据的前反演，可获得过载应力。所述各种方法是集成 计算;^序的部分。
Sayers等人披露了 一种使用在地震处理期间使用的地震速度优化叠 加/偏移结果的方法，其中消除了局部波动，且速度采样间隔对于精确孔 压预测来说通常太粗。对从叠前地震数据确定地震间隔速度的各种方法 进行了比较，并推荐适合于孔压预测的速度分析方法。
还研究出用于识别浅水区流动风险的方法，其中在深水区中钻出的
浅底部沉积物中存在异常高的孔压。授予Huffman的US6694261教导 通过对压缩或剪切反射的反射幅值进行振幅对偏移量关系(AVO)分析来 检测这种异常压力区域。还可以使用对来自反常区域下面一定深度处地 岩层的反射剪切波振幅的测量来检测具有低剪切速度和高剪切波衰减的 异常压力区间的存在。授予Dutta等人的US2003/0110018使用地震反 演方法来解决对浅水区流动风险的识别。
上述的任何方法都没有解决测量中的不确定性以及建模过程中的不 确定性所引起的误差问题。通过量化孔压及其它预测值的不确定性，更 重要地，通过确定其起源，不仅可以开始量化钻孔的风险，而且还能够 判断如何最好地降低风险。例如，如果作为预测输入值的速度的不确定 性给结果带来极大不确定性，则可要求对地震数据进行重新分析。如果 不确定性与用于计算密度或有效应力的函数有关，则可能导致建i^吏用 对核心的附加测量或者使用偏移量测井数据来减小这些不确定性。
Liang披露了对孔压和断裂梯度预测问题采用 一种量化风险分析 (QRA)方法。该方法依赖于在期望的钻孔测量区域上进行大量采样，以 确定诸如密度、声速和压力梯度的参数。然后，根据测得参数的改变确 定不确定性。这种不确定性确定的基础在于假设诸如密度和声速的参数 的测量不随空间位置("地面实况")而变，并且改变是固有的。这并非 是一个合理的假设因为众所周知，速度和密度随空间位置存在系统的 改变。此外，Liang假设一种高斯分布，用来描述不确定性的特征。这 种假设通常不被满足，并且诸如对数-正态的分布是十分普遍的。此 外，Liang没有考虑不同于欠压实的过压机制。需要一种可用于孔压和 断裂梯度预测问题的QRA方法，其不作出这些假设，并且不要求进行 大量测量采样以建立地面实况。本发明满足这一需要。

发明内容
本发明的一个实施例是一种估计地岩层的地表下区域中储集层 (reservoir)的方法。该方法使用从地震勘测得到的地表下区域的速度；
并根据获得的速度估计地岩层孔压，以及与估计出的孔压有关的不确定 性。不确定性至少部分取决于所获得速度的不确定性。可使用才艮据地震 速度确定的密度和有效应力来估计地岩层孔压。可使用预定的速度-密度 和速度-有效应力关系。孔压估计中的不确定性还取决于预定关系和深度 确定中的不确定性。可确定每个参数中或速度中的不确定性对孔压不确 定性的贡献，以便告知如何最好地减小孔压估计中的不确定性的判断结
果。孔压确定可包括纠正储集层高度(elevation)以及储集层流体与地岩 层流体之间的密度差。可使用确定出的孔压来选择用于钻井的泥浆比 重，同时避免井塌方以及地岩层被破坏，并且用于设计套管(casing)程 序。
本发明的另 一 实施例是一种根据从地表下区域的地震勘测获得的速 度来确定以下估计值的处理器地岩层孔压和与孔压估计有关的不确定 性，所述不确定性至少部分取决于速度的不确定性。该处理器可通过进 一步估计地表下区域中的密度和有效应力来估计地岩层孔压。该处理器 可纠正对一定高度范围内的储集层的压力估计，以及储集层流体与相邻 地岩层中流体之间的密度差别。该处理器还可以确定用于钻井孔的最大 和最小泥浆比重，并且i殳计用于钻井的套管程序。
本发明的又一实施例是一种机器可读介质，包括使得能够根据地震 速度判断地岩层孔压以及地岩层孔压的不确定性的指令。该介质可以为 ROM、 EPROM、 EAROM、闪存、光盘、磁带或硬盘驱动器。


本申请文件至少包括一张彩图在需要时将由美国专利和商标局提 供本专利带有彩图的副本，并且给付所需费用。参照附图可最好地理解
本发明，其中相同附图标记表示相同元件，其中
图l(现有技术)表示获取海洋地震数据的一种传统方法；
图2(现有技术)表示使用海底探测器获得海洋地震数据的方法；
图3的流程图表示本发明的一些步骤；
图4表示与根据地震数据估计速度的不同方法有关的不确定性；
图5的交会图(cross-plot)表示从探边井(offset well)获得的速度密度 关系；
图6a和6b为假设速度不确定性为5M(a)和假设速度不确定性为 10%(1))时孔压梯度和90%置信限的曲线；
图7为假设速度估计不确定性为5%时，在3000米深度处所预测的 孔压的直方图8表示所估计的孔压对速度的敏感度，以^t速度密度关系的拟 合錄；
图9a-9c(现有技术)表示由于快速埋藏(burial)而可能在薄沙体中发生 的过压；
图10表示质心/浮力计算时涉及的步骤；
图11的流程图表示确定泥浆窗口时涉及的步骤；
图12表示具有质心效果的孔压立方(cube);
图13显示了假i殳密封出现可能的破坏时的烃柱(hydrocarbons column)高度^
图14表示为竖井确定的泥浆窗口；
图15为针对图12的沙子顶部附近的井的最上部7000米之内的泥浆 窗口分布(不进行质心计算)；
图16的显示表示用于不同位置处的井的套管的相对数量；以及 图17表示使用本发明的方法进行套管选择。
具体实施例方式
现在参照固1，说明海洋地震数据获取系统的一部分的示例。处于 地球16上面的水体15上的船10,在其下面配置有地震源阵列20和拖 缆(streamer cable) 25。地震源阵列20通常由装载在船10上的控制器 (未示出)控制点火的各个的空气枪20a, 20b, ...20n组成。地震脉沖传 播到地中，并且被其中的反射器22反射。为了简化说明，仅表示出一 个反射器实际中，将存在多个反射器，每个反射器产生反射脉冲。在 反射之后，这些脉冲向回传播到表面，被拖缆中的检测器(水听器)30a，
30b，…30n记录下来。源阵列和拖缆的深度可由辅助装置(未示出)来控 制。
在图1的地震数据获取系统中，源和接收器处于水中。正如众所周 知的，水具有零剪切速度，从而将在水中产生和被检测的地震信号为压 力信号，使用诸如水听器的压力探测器。
参照图2，地震勘测船10配置有海底电缆112，以便对7jc体14下面 的底层进行地震勘测。电缆112可以相当长，例如1英里(1600米)或者 更长，并且其通常由若干端端相连的独立的有效段116组成。每一段 116包括多个地震检波器(运动传感器)，和或水听器(未示出)，并且靠近 7jC底118设置。通过将电缆112托曳到期望的位置处，或者通过将其缠 绕在轴上，然后随着船110向前移动而将其在期望的位置处解开来将电 缆112设置在期望的位置处。由空气枪124或者其它适当的源，诸如振 动器，提供压缩波能量。在另一种通常使用的结构中，在海底上配置多 个电缆，并且在配置电缆之后，使用船上的地震源在水中激发出压缩 波。另一种配置方法不使用电缆实际上，在吊舱(pod)上配置探测器， 并且设有将数据发送给记录系统的遥感勘测装置。
此外，图2中还表示出与压缩波(P-波)能量相应的射线路径126。射 线126在位置128和130处由7jC底下面两个不同的反射层位发生反射。 在每个反射点128和130处，入射线126有两种反射线。射线路经132 和134与反射的P-波相应，而射线路经136和138与反射的剪切波(S-波)相应。反射的P-波可通过电缆116上诸如水听器的压力探测器而4艮 容易地检测到。还可以使用电缆116上诸如地震检波器的运动探测器来 检测P-波和S-波两者。正如本领域中众所周知的，为了记录下用系统获 取时通常使用的几何量，诸如图2中所示， 一般通过垂直的地震检波器 检测P-波，而可以在对主测线(inline)和联络线(crossline)运动敏感的水 平检测器上H测S-波。
在本发明中，可由任何一种众所周知的现有技术方法得出地震速 度。这些方法包括以下各项的一种或多种
-叠加速度数据
画相干反演速度数据 國叠前反演P國波速度 -叠后反演P-波速度-叠前反演s-波速度 陽叠后反演s國波速度 -剪切波叠加速度数据 画层析p画波速度 画层析s画波速度-VSP速度数据 -VSP先行(look-ahead)反演 -模式转换的剪切波速度 -组合的Vp和Vs反演本发明使用QRA技术，作为影响结果的输入参数的不确定性的函 数，来设定给定结果的不确定性。其已经被若干作者应用于井孔稳定 性。例如，参见McClellan等人。正如应用于孔压预测，QRA包括三 个基本步骤(l)为所用公式和输入的速度数据中的^值建立适当的分 布，(2)依次对变换公式进行蒙特卡罗模拟，(3)将结果的分布中的不确定 性量化。该分析还用于确定哪个数据和参数具有足够大以致于显著影响 结果的不确定性，并且确定哪个数据具有足够小的不确定性以致于不必 更精确地加以确定。在排列数据收集工作的优先顺序或者在确定需要收 集什么新数据以便增大结果的可信度时，后一信息可能极为有用。可由概率分布函数给出输入参数，其中概率分布函数可利用百分率 或者输入单元的可能值范围方便地描述。该范围还可以使用每个参数的 最小值、最大值以及最可能值，或者使用测量值的实际分布来指定。取 决于最小和最大值相对于最可能值是对称还是不对称的，概率分布函数 可以是正态曲线或对数-正态曲线。在任啊一种情况下，通过假设可能值 的给定百分比处于最大和最小输入值之间来限定分布的函数形式。当给出测量值的分布时(例如，当利用有限深度间隔上的测井数据 时)，可由实际分布提取出采样。 一旦指定了输入不确定性，就执行蒙特
卡罗模拟，以建立结果中的不确定性。例如，这可以通过对数据分布直 接采样或使用限定其概率密度函数的参数，在每个分析深度处独立产生 的每个输入参数的一万个随机值来进行。当从地震速度计算孔压及应力时，按照两步进行分析。首先，随同 基于输入速度中的不确定性的分布和变换，计算有效应力和密度。然 后，使用输入的有效应力和密度的分布来计算最终的过栽和孔压。为了 量化质心和浮力效果，可以在单个分析步骤中将储集层地貌和质心位置 及压力，以及流体密度的不确定性相结合。图3的流程图表示本发明的一些步骤。使用上面所述的任何现有技 术方法获得地震速度151。根据地震速度，使用例如以下形式的指数定 律关系来估计密度153:A=《 (1) 其中，A为堆密度(bulk density), 为压缩波速度，附和w为拟合参 数。可以对测井数据进行拟合，以得出特定区域中的拟合参数，或者可 由其它现有技术知识获得拟合。这是来自C "n/"w等人的关系的普通情 形。分两步确定孔压。首先，使用公式(l)根据估计出的地震速度K^来 计算堆密度^。应当注意，对于剪切速度来说，存在类似的关系，并且 可以用于本发明中。根据获得的地震速度，使用任何公知的现有技术方法确定时间与深 度关系161。根据时间-深度关系以及步骤153估计出的密度，估计过栽 应力155。这可以通过对估计出的密度在深度(或时间)上求积分来进 行。此外，根据地震速度，可估计有效应力159。为此，可使用任何一 种现有技术关系。例如，jBoH^ra关系为 r = r。 + V (2)其中，K是速度，a4有效应力，Fo，爿和5为拟合錄。这些拟合参 数可通过用油井信息进行校准来获得。从步骤155得出的过栽应力减去有效应力C7，产生地岩层孔压157。 可使用其它关系，例如，可通过从平均应力减去有效应力来获得孔压。
可对下面所述的质心/浮力效果进行进一步处理163。本发明致力于几种不确定性的源。可定量的不确定性的源包括 从地震数据得出的速度的不确定性， 速度与诸如密度的作为分析中间结果的其它参数之间的变换函数 形式的不确定性， 变换乂i^式中所用^lt的不确定性，以及 根据时间-深度计算产生的深度不确定性。计算结果中的另一种不确定性的源源于对产生孔压异常的机制的缺 乏了解。例如，参见5ow"。在多个文章和论文集中已经对这些问题进 行了讨论。通常，为了解决这一问题，必须确定每种情况下的机制，并 对不同孔压产生机制的材料应用不同的变换。从而，在绝对的意义上， 这些不确定性是不可量化的。需要良好校准、地质推理以及利用核心和 测井的偏移量分析来确定每种机制起作用的范围，并校准速度和从其得 出的其它参数(孔压、密度、强度等)之间的关系。本发明还设想将叠前 地震数据反演，以获得压缩和剪切波速度及阻抗(从而获得密度)。还可 以从重力数据得出密度。例如，参见^r^"w"等人的US6430507。分 别讨论不确定性。速度的不确定性可能源于若干因素。由于当分析反射数据时，只能 在反射边界处计算速度，通过这些分析对均匀页岩段进行欠采样 (imdersample)，产生#离^UL有时间隔很宽的深度处是正确的平滑的 速度-深度函数。使用速度反演得出的更好的分析提供改进的(有时是极 为不同的)速度分布。图4中所示的三种不同速度分析的典型集合表明利 用平滑的速度函数可在速度中引入明显误差(在此情况下高达400m/s， 或者说达到2.5km处4000m/s速度的10%)。注意，这种不确定性4>速 度估计过程中所固有的，这与假设速Jbi正确的1/fl"g方法不同，还注 意到，尽管Sayers的确讨论了给出不同估计值的不同的速度确定方法， 不过该教导局限于简单选择多种方法中的一种，没有给出不确定性的定 量估计。这种不确定性是不可避免的，除非使用高分辨率速度反演得出 用于孔压分析的输入速度场。根据速度密度关系(公式2)、有效应力(公式3)或其它要求的数据得 出的变换的形式和参数值中的不确定性对结果造成极大量的不确定性。 特别关心密度速度变换中的不确定性。图5表示在墨西哥湾中用于得出 3D地震速度立方体分析的速度-密度变换的探边井的数据。数据中具有 很大的明显分散(scatter),不过，显然对于给定速度来说，密度的大部 分改变与伽马射线读数的改变有关。颜色表示GR(更热的颜色为更高 GR)。即使仅对高伽马材料进行采样，在函数形式中也存在相当大的不 确定性。在这种材料中，伽马射线的增大源于泥土成分的增加，以及分 类(sorting)的减小，导致多孔性减小。遗憾的是，不可能仅使用速度来 计算独立的多孔性数值，从而为了分析地震数据，仅能针对用于拟合速 度与密度之间的关系的参数的不确定性对这一变化进行量化。虽然众所 周知密度与速度之间的关系不能用单个曲线很好地描述，不过最大的误差源发生在最低速度处。必要时，使用随深度和位置而改变的多种关系 来减小该问题的影响，并且当选择单一关系时，调整不确定性以进行补 偿。可使用标准的统计分析，诸如SPSS提供的统计分析。与图5中所示的密度数据是符合指数定律、线性关系还是二阶多项 式无关，拟合的优良性必须相同。变换的精确函数形式看似并不重要。 重要的是认识到变换结果的不确定性，并且用有意义的方法加以控制。 即使仅对高伽马材料进行釆样，在从速度计算密度的函数形式中数据也 存在相当大的不确定性(更不用说给定函数的最佳拟合)。线171表示对 伽马射线读数超出90 API单位的所有点的二阶多项式拟合。按照相同方式来处理有效应力-速度关系中的不确定性，并且与密 度-速度关系情形相同。M装置的不确定性可以被估计出，不过不经过 进一步分析无法量化.从时间-深度转换得出的深度的不确定性也会影响 最终计算出的孔压分布。这是因为最终的深度将是不确定的。此外，过 栽的确定取决于精确的深度，这与等效梯度(equivalent gradient)的导数 一样。可以在校准步骤中校正校准井中测得的速度与局部地震速度之间 的差别，并且如果需要，可调整不确定性的分布，以解决诸如各向异 性、粗化(upscaling)以及离差的问题。在此情形中，与相对于测量速度
对称的分布相比，非对称的分布更为适当。可以将输出结果显示为最可能值和位于该最可能值附近给定数量的标准偏差的数值的深度图。图6a和6b中给出这种显示的一个示例。所 示出的，是以作为纵座标的实际垂直深度(TVD)与孔压(横座标)的关系 曲线。201为估计出的孔压梯度(PPG)，图6a中的203a为假设地震速 度的估计存在5%误差时PPG中估计出的不确定性界限，图6b中的 203b为假设地震速度的估计存在10%的误差时PPG中估计出的不确定 性界限。本发明可生成的另一显示是如图7所示PPG直方图。图7示出在单 个示例性深度3000英尺(ft)(914m)TVD处孔压的概率分布226。可获得 的另一显示为给定输出量(例如，孔压低于特定压力)的可能性的累积分 布函数。此外，还可获得百分数分布曲线。本发明可生成的另一显示是预测孔压对不同不确定性源的敏感度分 析。如图8示出。还可显示出结^j"于每个不确定输入的敏感度，以识 别出具有最大影响的那些^t。在图8中，曲线231表示孔压估计对所 获得的地震速度的敏感度，233和235表示孔压对诸如在公式(2)中A和 B之类参数的敏感度，237和239分别表示孔压对参数m和n的敏感 度。在本发明的一个实施例中，可将公式(2)中的^tVo固定。返回参看图3，讨论本发明的其它可选方面。这必然利用质心/浮力 效应。该效应在Owj,V 中已进行了讨论，在此进行概括性描述。在经过快速埋藏的厚页岩内的孤立沙层可具有非比寻常的应力配 置。如在图9a-9c中示出。考虑如图9a所示沙体551,其最初在水平位 置，然后由于右端快速埋藏，呈现如图9b中551，所示配置。现在考虑 在浅端(点555、 553)和深端(点556、 554)处沙层与页岩之间的相对压 力。在图19c中分别用571和573表示出正常流体静力学应力分布和岩 层静应力分布。在浅端处的页岩553基本处在由点553，给出的流体静力 学压力处，而在深端554处的页岩处于由点554，表示的异常高压处。 (如果沉降足够快，页岩压力遵循平行于岩层静力线573的应力线 575)。现在，在深端处的沙层将处在556，所表示的压力处，但由于沙层
有很好的渗透性，沙层内的压力梯度将基本遵循流体静力学，现在，沙层的浅端将处在555，所表示的压力处。由此，沙层的应力大于邻接页岩 中的应力，如果该差异足够大，这可导致沙层-页岩界面处任何可能密 封强度的断裂，并且导致可能存在于沙层中的任何烃泄漏出。这种储集 层的概率分析是本发明的一部分。现在参照图10，示出确定质心和浮力效应时涉及的步骤(图3中 163)。根据地震数据(使用地震传播时间和速度)来确定储集层的顶部601 和底部603深度。由此确定储集层的质心深度605。根据作为深度的函 数的页岩孔压611的知识，确定质心深度处的孔压613。根据质心深度 处页岩中的孔压和水密度，计算沙体中的孔压617,然后，使用沙层 617中的孔压、流体接触的深度607以及储集层流体(水、油和/或气)的 密度609来计算具有浮力效应的孔压，浮力效应与水的密度和油/气密度 之间的差别有关。还可能发生多种流体接触。质心计算中的不确定性因素包括质心深度、峰(crest)和谷(trough)的 深度、质心相对于峰和谷的假定位置、以及质心深度处的页岩压力。在 不确定性分析中，所有这些因素都可以加以考虑。在浮力计算中不确定的因素包括流体密度、接触位置和质心压力。 在不确定性分析中也可以对这些加以考虑。本发明的另一实施例使用基本地质力学原理来约束可能的烃柱高 度，并估计用于钻孔的泥浆比重的安全上下边界。烃柱的最大可能高度 由储集层中孔压与柱顶突破其密封的压力之间的压力差来控制。如果压 力密封由应力状态控制，而不由毛细作用或渗透阈值控制，则由应力知 识可确定岩石的密封压力。受应力控制的两种密封泄漏机制为传送水 力压裂所需的压力，其等于最小主应力(S3);和这样的压力，在其上断 层(fault)将滑移，增强其渗透性，可由诸如下式的关系得出其中，//为沿井取向(well-oriented)的断层处的滑动摩擦系数，&和&为 最大和最小主应力。该关系已在授予Zo6aA等人的US 4635719中披 露。使公式(4)右手侧大于左手侧的孔压Pp的值为泄漏压力；其低于传
送水力压裂所需的压力。图11的流程图中表示出其原理。如前面参照图3所描述的，从地震 速度651开始计算密度653和有效应力659。对密度653求积分，得出 过栽655,并使用有效应力659计算孔压657。图11中没有示出如前面 参照图10所述的可选的质心/浮力计算。使用现有技术方法根据速度估 计岩石强度661。例如，参见J^/^"d。从地质力学观点看，泥浆比重选择的决定性因素为，在整个开孔间 隔之上，在最小安全有效泥浆比重与最大安全有效泥浆比重之间保持有 限泥浆窗口。在岩石4艮坚固之处，泥浆窗口的最小安全泥浆比重669由 孔压决定。当岩石很脆弱时，井孔稳定性是个问题，并且最小安全泥浆比重必 须是孔压657和塌缩压力667中较大的一个，而塌缩应力被定义为内部 井孔压力，在内部井孔压力以下时，井周围的岩石是如此不稳定，以致 于妨碍进一步钻孔。塌缩压力667由岩石强度661、应力幅值663、 665、过载665以及井相对于应力场的取向来控制。泥浆窗口的上限为损失的回压(eirculation pressure),其可以为(i)断 裂开始压力、(ii)断裂会合(link-up)压力、和(iii)断裂传播压力中任何一 个。尽管其可使用适当的泥浆组成来增大，不过最安全的催j殳是后者受 最小主应力Shmin 663的限制。断裂开始和^^压力受该处的应力状态和 井孔取向控制。仍参照图11，可使用柱高度约束作为基于风险的储集层 估计中对烃柱的第 一次估计。结合不确定性分析，泥浆比重约束表明明显改进了仅利用孔压和断 裂梯度的现有方法。这不仅是因为可对任何取向的井计算泥浆窗口(尽管 除所有三个主应力以外，需要关于应力取向的信息)，而且还因为其在最 终井设计中提供对输入速度和速度变换中的不确定性的影响的定量估 计。如果地岩层中存在地震分辨率极限以下的薄沙体，则该方法将降低钻头穿透沙体时发生问题的概率。下面，给出柱高度、泥浆窗口和套管选择的确定方法的示例。图12
表示通过包含三个层叠储集层的孔压立方体的两个薄片701、 703。最上 部的储集层721被标记出，并且具有明显的地貌，导致其顶部相对于周 围页岩的孔压具有非常高的孔压。另两个储集层在图中不可见，并且没 有被标记出。如图13中所示，由于储集层压力与突破上面的页岩所需 的压力(由低得多的页岩孔压和所产生的应力控制)之间的差值较小，该储集层顶部的烃柱高度非常小。从而，预计最上部的储集层不会保持大 量的烃。不过，两个下部储集层是引人注意的钻井目标。在图12和13中没有示出的下面两个储集层为有希望的开釆目标。 不过，为了达到这些储集层，必须钻过上面的过压沙体。图14表示从 速度数据计算出的泥浆窗口。该窗口范围为从最上部储集层721内的零 附近(红色)到上部的页岩正常受压的0.4 SG(蓝色)。海底725附近的狭 窄泥浆窗口是由于岩石非常脆弱以及孔压与损失回压之间的差值非常小 的结果。在更大深度处孔压为流体静力学压力，泥浆窗口非常大。不 过，孔压升高导致更大深度处的泥浆窗口减小。由于质心效应导致其顶 部附近具有极高孔压的最上部储集层，在最小安全泥浆比重与最大安全 泥浆比重之间也不存在差别。这是由于(l)孔压与最小应力近似相等， 和(2)高孔压导致岩石强度下降，因为储集层是高度多孔性的，这导致其 内在强度下降，并且储集层处于非常低的限制应力之下。如上所述，在孔压计算过程中存在相当大的不确定性。从而，泥浆 窗口也具有较大的不确定性。图15 M示在页岩中作为深度的函数的 泥浆窗口的曲线(忽略沙体中质心和浮力的影响)。岩石强度、孔压与总 应力的组合不确定性导致+/-0.025 SG的泥浆窗口不确定性。在特定井的 设计阶段，在估计钻井风险时，可将这种不确定性考虑在内。例如，参 见K " O( r,等人。可使用从地震分析得出的泥浆窗口来估计钻入油田中的具有任意取 向的井所需的套管数量。如图所示，图16表示达到竖井任何给定深度 所需的套管数量。在得出该图像时，假设在整个暴露出的间隔内，在每个^:用套管的间隔内，在泥浆比重最大的最小安全泥浆比重与泥浆比重最小的最大安全泥浆比重之间必须保持有限的差值。给定图15中所示
的不确定性程度，套管的实际数量及其精确位置只能被估计出。不过，有几件事是清楚的。首先，浅过压的开始(onset)需要更浅的中间套管设 置点。不同的所需设置深度可能是十分重要的。笫二，需要一个或两个 附加套管以使几乎所有井都穿透过加压沙体。不过，有趣的是，存在孔 压和应力分布允许用更少套管进行钻孔的窗口。因此，尽管套管的数量 及其精确设置点不应当仅在该数据的基础上加以限制，但是这的确表明 在优化用于为开采更深储集层而钻出的井的套管设计时，应当仔细考虑 井的设置。图17中表示出套管设计的一个示例。所示出的为选定深度间隔，其 中801为根据地震速度估计出的孔压，803为塌缩压力，805为不能超 过的断裂梯度。对于此情形来说，具有套管段811、 813和815的套管 设计满足上面所述的井孔稳定性要求。可通过适当的处理器全部或者部分地完成施加各种校正的数据处 理。在数据处理中暗含着对在适当机器可读介质上实现的使处理器能够 执行控制和处理的计算机程序的使用。机器可读介质可包括ROM、 EPROM、 EAROM、闪存、光盘、磁带和硬盘驱动器。尽管前面的公开内容针对本发明的优选实施例，不过本领域技术人 员易于想到多种变型。期望所附权利要求的范围和精神之内的所有变型 都包含在上面披露的内^:中.
权利要求
1.一种估计地岩层的地表下区域的方法，包括(a)通过地震勘测得到地表下区域的速度；以及(b)根据所获得的速度估计出(A)地岩层孔压；以及(B)与所估计孔压有关的不确定性，所述不确定性至少部分取决于所获得的速度的不确定性。
2. 如权利要求1所述的方法，其中估计地岩层孔压还包括估计地表 下区域中的密度和有效应力。
3. 如权利要求2所述的方法，其中估计地岩层孔压包括使用以下形 式的关系式其中，Pp为地岩层孔压，P。为根据密度估计出的过栽应力，Pe为有效应 力。
4. 如权利要求2所述的方法，其中估计密度还包括使用速度与密度 之间的第一预定关系。
5. 如权利要求2所述的方法，其中估计有效应力还包括使用速度与 有效应力之间的第二预定关系。
6. 如权利要求2所述的方法，其中对与孔压有关的不确定性的估计 还取决于从由(i)速度与密度之间的关系的参数、(ii)速度与有效应力之间 的关系的参数、以及(iii)根据速度估计出的深度组成的组中选择出的至 少一个M的不确定性。
7. 如权利要求6所述的方法，还包括识别在估计孔压时导致最大不 确定性的至少一个M。
8. 如权利要求1所述的方法，其中估计与对孔压的估计有关的不确 定性还包括定义描述地震速度的特征的概率密度函数。
9. 如权利要求8所述的方法，其中估计与对孔压的估计有关的不确 定性还包括基于(i)对数据分布的直接采样、和(ii)定义概率密度函数的参 数中的至少一个进行蒙特卡罗模拟。
10. 如权利要求1所述的方法，其中所述的地表下区域包括处于可渗透性地岩层上面的基本不可渗透地岩层，并且其中估计可渗透地岩层中的孔压进一步包括校正(i) 可渗透地岩层的高度范围；和(ii) 可渗透地岩层中流体的密度。
11. 如权利要求10所述的方法，其中，不可渗透地岩层包括页岩。
12. 如权利要求10所述的方法，还包括确定可渗透地岩层中烃柱的 最大可能高度。
13. 如权利要求10所述的方法，还包括根据以下各项中的至少一个 确定最小和最大泥浆比重(i) 地表下区域的孔压；(ii) 构成地表下区域的岩石的强度；(iii) 地表下区域中的最大主应力；(iv) 地表下区域中的最小主应力；和(v) 妨碍钻井的塌缩压力。
14. 如权利要求13所述的方法，还包括选择泥浆比重以避免在不可 渗透地岩层内的薄多孔层中的钻井问题。
15. 如权利要求10所述的方法，还包括确定在地表下区域中钻到指 定深度所需的套管段的数量。
16. 如权利要求1所述的方法，还包括确定地表下区域中烃柱的最 大可能高度。
17. 如权利要求1所述的方法，还包括根据以下各项中的至少一个 确定最小和最大泥浆比重(i) 地表下区域的孔压；(ii) 构成地表下区域的岩石的强度；(iii) 地表下区域中的最大主应力；(iv) 地表下区域中的最小主应力；和(v) 妨碍钻井的塌缩压力。
18. 如权利要求1所述的方法，还包括确定在地表下区域中钻到指 定深度所需的套管段的数量。
19. 如权利要求1所述的方法，其中，所述速度是以下各项中至少 一个的结果(i)正常时差分析、(ii)相千反演、(iii)P-波数据的叠前反 演、(iv)P-波数据的叠后反演、(v)S-波数据的叠前反演、(vi)S-波数据的 叠后反演、(vii)剪切波数据的NMO分析、(viii)P-波数据的层析成像分 析、(ix)S-波数据的层析成像分析、以及(x)VSP数据的分析。
20. —种处理器，用于根据通过对地表下区域的地震勘测得到的速 度来估计(a) 地岩层孔压；和(b) 与对孔压的估计有关的不确定性，所述不确定性至少部分取决于 l变的不确定性。
21. 如权利要求20所述的处理器，其中，所述处理器通过进一步估 计地表下区域中的密度和有效应力来估计地岩层孔压。
22. 如权利要求20所述的处理器，其中，所述地表下区域包括处于 可渗透性地岩层上面的基本不可渗透地岩层，并且其中所述处理器通过 进一步校正(i) 储集层或其它可渗透地岩层的高度范围，和(ii) 可渗透地岩层中流体的密度， 来估计地岩层孔压。
23. 如权利要求20所述的方法，其中，所述不可渗透地岩层包括页岩。
24. 如权利要求20所述的处理器，其中，所述处理器还确定储集层 或其它可渗透地岩层中烃柱的最大可能高度。
25. 如权利要求20所述的处理器，其中，所述处理器还根据以下各 项中的至少一个确定最小和最大泥浆比重(i) 地表下区域的孔压；(ii) 构成储集层的岩石的强度；(iii) 地表下区域中的最大主应力； (iv) 地表下区域中的最小主应力；和(v) 妨碍钻井的塌缩压力。
26. 如权利要求20所述的方法，其中，所述处理器还确定在地表下 区域中钻到指定深度所需的套管段的数量。
27. —种机器可读介质，包括使处理器能够根据通过对地表下区域 的地震勘测获得的速度确定对以下各项的估计的指令(a) 储集层中的地岩层孔压；和(b) 与对孔压的估计有关的不确定性，所述不确定性至少部分取决于 速度的不确定性。
28. 如权利要求26所述的机器可读介质，还包括(i)ROM、 (ii)EPROM、 (iii)EAROM、 (iv)闪存、(v)光盘、(vi)磁带和(vii)硬盘驱动 器中的至少一种。
全文摘要
在井设计过程中，考虑到速度估计中和使用该速度确定孔压的模型中的不确定性，使用根据地震速度数据获得的钻前孔压和断裂梯度预测。使用地质学约束，建立烃柱高度的极限。还可以预测达到目标储集层所需的套管的相对数量。
文档编号G01V1/50GK101163990SQ200680013500
公开日2008年4月16日 申请日期2006年3月7日 优先权日2005年3月8日
发明者丹尼尔·穆斯, 克瑞斯·D·沃德, 帕沃·派斯卡 申请人:地质力学国际公司