本发明涉及钻井液安全密度窗口预测
技术领域：
，具体涉及一种快速预测钻井液安全密度窗口的方法。
背景技术：
：一般根据测井资料确定钻井液安全密度窗口，在开钻过程中或钻后进行。要确定钻井液安全密度窗口需要建立三压力剖面，而三压力剖面由地层的岩石参数求得。岩石力学参数分为动态和静态两种参数，利用地层的纵横波时差和密度及伽马等测井资料计算得到的是动态岩石力学参数，在静载荷作用下(如岩石力学实验)测得的是静态岩石力学参数。静态岩石力学参数是计算地层压力所需的必要参数，但其获取较为复杂且花费也较高，在弄清动、静态岩石力学参数性质的基础上，通过回归拟合方法建立两者间的相互关系，可以实现由动态到静态岩石力学参数的转换；而且由于测井资料易获取方便、便宜且地层连续性好，所以常通过测井资料计算岩石力学参数并确定钻井液安全密度窗口。保持井壁不发生漏失，综合考虑地层的破裂压力Pf和天然裂缝面的漏失压力Pl，取其中较小值带入公式，即得到钻井液安全密度窗口上限：ρmax=1000×min[Pf,Pl]9.80665H---(1)]]>式中：ρmax为钻井液安全密度窗口上限；Pf为地层破裂压力；Pl为天然裂缝面漏失压力；H为地层深度。保持井壁不发生垮塌，综合考虑地层的坍塌压力Pb和地层孔隙压力Pp，取其较大的值带入公式，即得到钻井液安全密度窗口下限：ρmin=1000×max[Pb,Pp]9.80665H---(2)]]>式中：ρmin为钻井液安全密度窗口下限；Pb为地层坍塌压力；Pp为地层孔隙压力。式(1)和式(2)为求取钻井液安全密度窗口的基本公式，其中对于地层三压力的预测和计算方法有很多，如哈波特-威利斯法、伊顿法、黄荣樽法、斯蒂芬法等等，这些方法在很多文献中都有提出并得到了广泛应用，方法选择根据计算工区岩性、裂缝发育、地层倾角以及所钻井的井身结构特征等因素的不同而有所差别。现有技术，一般是通过邻井资料预测，或者随钻预测，方法针对单井，确定密度窗口不能在钻前对新井密度窗口定量表示。本方法针对地层非均质性不强的工区地层，并且对整个工区每块有系统完整的预测；本方法在钻前可以对新井安全密度窗口定量表示。技术实现要素：针对上述现有技术，本发明目的在于提供一种快速预测钻井液安全密度窗口的方法，解决现有技术不能在钻前对新井密度窗口进行定量表示且其预测值误差大、预测速度慢等技术问题。为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种快速预测钻井液安全密度窗口的方法，包括如下步骤步骤1、建立新井所在工区的坐标系，并获取工区内与新井相邻的已有井资料；步骤2、根据已有井资料，按照地质特征参数对已有井进行划分，使用克里格方法分别归类为对应的特征区块，然后将新井按坐标关系纳入划分后的特征区块；步骤3、利用已有井资料中的钻井液当量密度以及新井和已有井的距离，估算新井在不同特征区块中对应的密度窗口；步骤4、根据新井所在特征区块和其他特征区块对应地质特征参数的接近程度，对步骤3得到的对应密度窗口分别分配加权系数，加权系数和为1，得到不同区块预测新井密度窗口对实际新井密度窗口的影响程度；步骤5、用加权系数乘以对应的密度窗口并求和，得到快速预测的新井密度窗口。上述方法中，所述的步骤2，包括如下步骤步骤2.1、根据已有井资料，按照以抗张强度为划分已有井密度窗口上限和最大水平地应力为划分已有井密度窗口下限的地质特征参数对已有井进行划分，使用克里格方法按照梯度分别归类为对应的特征区块；步骤2.2、然后根据特征区块在工区坐标系内的边界范围，查找并确定新井所在特征区块。上述方法中，所述的步骤3，包括如下步骤步骤3.1、在已有井资料中查找出钻井液当量密度，测量出新井和已有井的距离；步骤3.2、利用如下公式分别计算出每个特征区块相对新井同层段的影响权重，ρsA=1L×LA×ρAL=ΣiA1Li]]>其中，A取在一个特征区块内的所有已有井编号，为编号A已有井sA对新井密度窗口的影响权重，ρA为编号A已有井sA的钻井液当量密度，LA为编号A已有井sA到新井的距离，L为中间量；步骤3.3、然后按如下公式分别获得每一个特征区块相对新井同层段的密度窗口，ρj=ΣiAρsA]]>其中，j取所有特征区块编号，ρj为编号j特征区块相对新井的同层段的密度窗口。上述方法中，所述的步骤4，包括步骤4.1、查找出与新井所在特征区块边界最相邻的其他特征区块，并分配最大加权系数；步骤4.2、剩余特征区块的加权系数，随剩余特征区块与新井所在特征区块的边界距离增大而减小，依次分配后获得所有特征区块的加权密度窗口。上述方法中，所述的步骤2.1，还包括对每个已有井的特征参数处理步骤，步骤2.1.1、采集固定深度范围内对应深度的特征参数；步骤2.1.2、求出所有特征参数的平均值；步骤2.1.3、然后计算对应深度的特征参数与平均值的相对误差；步骤2.1.4、设置相对误差阈值，除去相对误差大于相对误差阈值的对应深度的特征参数；步骤2.1.5、得到剩余的特征参数，从步骤2.1.2循环，直到所有特征参数的相对误差都在一个范围以内，这时把剩余点特征参数平均值作为划分标准。与现有技术相比，本发明的有益效果：本方法在工区已有井资料足够的情况下，通过地层特征参数对已有资料的老井划分区块，根据已有资料定量预测新井密度窗口；当一个工区有一定量井位的钻井液安全密度窗口后，将密度窗口资料收集起来，建立工区钻井液安全密度窗口数据库，根据影响安全密度窗口上限和下限的影响因素对已有测井资料的井位进行区域划分，再根据已有资料井和新建井之间的位置关系，合理分配相关权重，能够快速预测新建井某一层位的钻井液安全密度窗口；在选择区域划分方法时，选择克里格Kriging方法，因为Kriging响应面可以提供预测位置的目标值，而且基于此方法产生的优化算法具有良好的全局性和局部性，方法在本文快速预测中比较合适。附图说明图1为本发明实施例的区域划分示意图；图2为本发明实施例的X3井须三段测井曲线；图3为本发明实施例的XC须三段安全密度窗口上限分区图；图4为本发明实施例的XC须三段安全密度窗口下限分区图；图5为本发明实施例的X501井密度窗口与实用密度对比图；图6为本发明主要步骤示意图。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。下面结合附图对本发明做进一步说明：实施例1本方法适用于工区已知井较多且井资料交充足的情况下。选取划分参数选择划分区块的地质参数，本文举例以川西新场地区为例，地层破碎程度高，根据抗张强度划分密度窗口上限，根据最大水平地应力划分密度窗口下限。选取的抗张强度和最大水平地应力其实也是一般方法中计算密度窗口中的关键参数。选取分区模型依据所选的参数对工区进行详细分区，本文用surfer软件中Kriging方法，因为Kriging响应面可以提供预测位置的目标值，而且基于此方法产生的优化算法具有良好的全局性和局部性，方法在本文快速预测中比较合适。数据处理如图1，分布着s1到s14十四口井，其中s7为新井，其余十三口井为有资料的老井(已有井)，先用大地坐标把井位关系分布图绘制出来，然后使用Kriging方法依据地质特征相近的原则把这十三口老井分区，图中根据某项地层特征参数把工区分为三块，区块一(地层特征9～13的区块)、区块二(地层特征13～17的区块)和区块三(地层特征大于17的区块)。其中所求的s7井根据大地坐标处区块三中。先依据区块一内老井信息预测出s7井同层位密度窗口，s1、s2、s5、s10、s11、s12、s13对新井产生的影响权重为：ρsA=1LA×L×ρAL=1L1+1L2+1L5+1L10+1L11+1L12+1L13---(3)]]>式中：ρsA为sA井(A取1,2，5,10,11,12,13)对s7井安全密度窗口的影响权重，g/cm3；ρA为A井的钻井液当量密度，g/cm3；LA为SA井到S7井的距离，m。则通过区块一预测得到s7井对应层段安全密度为：ρ1＝ρs1+ρs2+ρs5+ρs10+ρs11+ρs12+ρs13(4)同理，可以求出区块二预测s7井对应层段的安全密度ρ2和区块三预测s7井对应层段的安全密度ρ3。最后，综合三个区块预测出的安全密度，根据每个区块特征值和s7井所处区块的特征值，给每个区块预测出的安全密度分配不同的权重，得出最终的预测密度，公式如下：ρL=X1ρ1+X2ρ2+X3ρ3X1+X2+X3=1---(5)]]>式中：ρL为最终预测安全密度，g/cm3；X1、X2、X3分别为区块一、区块二、区块三对预测井安全密度的加权值，1(加权值的个数依据所分区块个数来定，新井所在的区块加权值取最大，其他加权值随着与新井所在区块特征参数差值的绝对值变大而逐渐减小)。在实际计算中，选取井要注意老井层位资料必须和预测井预测层位选取相同，如果老井没有钻至所预测的层位或者预测层位的资料不足，可以在预测时去掉此井；在选择特征参数要适应所预测地区的地质情况，因为影响钻井液安全密度窗口上限和下限的因素有差别，所以钻井液安全密度窗口上限和下限选取的特征参数也要有所区别；同时，区域划分时每个区块特征参数之间差值要选择合理，差值太大使得每个区块中井位信息差别大，用同一加权值增加了不可靠性，差值小使得区块太多，加权值太多不易分配计算，不能体现方法的方便快捷性。实施例2实际预测数据本文预测的是须三段的平均安全密度窗口上限，所以划分标准也应对应同层位的平均岩石抗张强度。测井资料的采样间隔往往是0.1米或者0.125米，对于同一层段岩石抗张强度，每一点的值也不同，有个别点的值偏大或者偏小，会影响对此层段平均岩石抗张强度的估计，所以采取以下方法增加预测的可靠度。统计须三段的岩石抗张强度，列出每个点的深度和抗张强度；取所有抗张强度的平均值，然后计算每点抗张强度和抗战强度平均值的相对误差，筛选去掉相对误差大于12％的点；剩下的点依旧取抗张强度的平均值，计算相对误差，去掉相对误差大于10％的点；按照以上方法，直到所有点的相对误差都在8％以内，剩下的点的平均值作为须三段岩石的抗张强度平均值。以X3井为例，其须三段从3919到4692总共773米，从其测井曲线图2中导出抗张强度，取样间隔为0.1米，统计7730个点。表1X3井须三段平均岩石抗张强度求值表依照本方法，对新场20个老井进行划分，如图3和图4：依据抗张强度把老井分为4个区块，每个区块划分间隔是1.5MPa。假设需预测X22井的安全密度窗口，根据公式(3)，分别用区块一(6.8～8.3)、区块二(8.3～9.8)、区块三(9.8～11.3)、区块四(大于11.3)四个区块内井预测X22井的安全密度上限为ρ1、ρ2、ρ3、ρ4，X22井位于区块二内，所以ρ2的加权取50％，ρ1和ρ3的加权都取20％，ρ4的加权取10％，最终预测X22井须三段安全密度窗口上限ρ0为：ρ0＝0.5ρ2+0.2ρ1+0.2ρ3+0.1ρ4(6)施工过程中钻井液要高于安全密度窗口下限，否则会地层会坍塌或者地层流体进入井筒发生溢流甚至井喷，给安全施工造成影响。坍塌压力的计算与地层水平主应力有关，选取最大水平地应力为特征参数，按照中的方法作出分区图，如下：在计算中，根据预测井大地坐标所处于的区块不同，可参照安全密度窗口上限的预测方法进行加权分配和计算。表2新场须三段测井计算密度窗口与快速预测密度窗口对比通过表2可以看出本文提到的快速预测方法是比较可靠的，且以安全施工为原则，预测的钻井液安全密度窗口上限基本比实测的要低，预测的钻井液安全密度窗口下限基本比实测的要高，所以预测的安全窗口比实测略窄，在实际操作中也更安全。对比快速预测的密度窗口、测井计算的密度窗口和实际施工中的钻井液密度以及井下复杂情况，进一步说明快速预测方法的实用性和可靠性，结果如图5。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3