基于胡克定律的地层压力计算方法及系统

摘要

公开了一种基于胡克定律的地层压力计算方法及系统。该方法可以包括：根据纵波波动方程，计算流体体积模量；根据流体体积模量，计算干燥体积模量；根据干燥体积模量，通过胡克定律，计算有效应力；根据有效应力与上覆地层压力，计算地层压力。本发明基于波动方程和初等弹性理论推导有效应力与岩石速度之间的理论关系，结合有效应力原理进行地层压力预测，不需要构造正常压实趋势线，更好的适应碳酸盐岩地层压力预测。

说明书

技术领域

本发明涉及油气地球物理勘探领域，更具体地，涉及一种基于胡克定律的地层压力计算方法及系统。

背景技术

异常地层压力是含油气盆地普遍存在的一种现象，与油气的生成、运移和聚集有密切的关系。研究地层压力的变化可以找出油气运移方向、富集特点以及油气压力与岩性变化特征等基本规律。异常地层压力尤其是异常高压直接关系到钻井、压裂安全，从而关系到人身、财产安全，关系到油气的勘探进程。在钻前做好异常压力预测，对于发现油气藏、设计合理的钻井液密度和井身结构、保障钻井安全、提高钻井成功率、降低钻井成本、保护油气层具有十分重要的意义。

由于测井资料受人为影响因素少，且能随井深连续变化，资料连续性好、纵向分辨率及可靠性高，地层的声波速度、密度、电阻率等参数都与地层孔隙压力存在一定关系，表现出一定的规律性。被公认为是较理想确定地层孔隙压力的方法。在测井资料中，能检测地层岩石孔隙度变化的多种测井方法(如声波时差测井、补偿密度测井、电阻率测井以及中子测井等)都能用于检测地层孔隙压力。深侧向电阻率和声波时差是两种常用于预测地层孔隙压力的方法。其基本原理是基于欠压实理论，在正常压实地层，随着埋深的增加，泥页岩的孔隙度减小，导致地层含水量减小，波速、电阻率升高。而在异常高压地层，地层孔隙度增大，导致地层含水量增大，波速、电阻率降低。根据这种反向关系预测地层孔隙压力。由于声波测井较密度测井、电阻率测井等受井眼、地层条件等环境影响较小，而且声波测井资料齐全并容易收集。选用声波时差资料计算地层孔隙压力具有代表性和普遍性及可比性。利用声波测井资料对已钻井地区的单井或区域进行地层孔隙压力预测，是建立单井或区域地层孔隙压力剖面的一种常用而有效的方法。

但常规基于欠压实理论的一些方法或模型，比如等效深度法、Eaton法、Bowers法等在理论上都不能很好的适应碳酸盐岩地层。碳酸盐岩异常地层压力成因不同于碎屑沉积岩的欠压实机制，其纵波速度一孔隙度关系分散，采用常规方法进行碳酸盐岩地层压力预测具有很大的不确定性。因此，有必要开发一种基于胡克定律的地层压力计算方法及系统。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提出了一种基于胡克定律的地层压力计算方法及系统，其能够基于波动方程和初等弹性理论推导有效应力与岩石速度之间的理论关系，结合有效应力原理进行地层压力预测，不需要构造正常压实趋势线，更好的适应碳酸盐岩地层压力预测。

根据本发明的一方面，提出了一种基于胡克定律的地层压力计算方法。所述方法可以包括：根据纵波波动方程，计算流体体积模量；根据所述流体体积模量，计算干燥体积模量；根据所述干燥体积模量，通过胡克定律，计算有效应力；根据所述有效应力与上覆地层压力，计算地层压力。

优选地，所述纵波波动方程为：

其中，Vp

优选地，通过公式(2)计算所述流体体积模量：

优选地，通过公式(3)计算所述干燥体积模量：

其中，K

优选地，通过公式(4)计算所述有效应力：

σ＝(ΔV/V)·K

其中，σ为有效应力，ΔV/V为体积应变。

优选地，通过公式(5)计算所述地层应力：

P

其中，P

根据本发明的另一方面，提出了一种基于胡克定律的地层压力计算系统，其特征在于，该系统包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：根据纵波波动方程，计算流体体积模量；根据所述流体体积模量，计算干燥体积模量；根据所述干燥体积模量，通过胡克定律，计算有效应力；根据所述有效应力与上覆地层压力，计算地层压力。

优选地，所述纵波波动方程为：

其中，Vp

优选地，通过公式(2)计算所述流体体积模量：

优选地，通过公式(3)计算所述干燥体积模量：

其中，K

优选地，通过公式(4)计算所述有效应力：

σ＝(ΔV/V)·K

其中，σ为有效应力，ΔV/V为体积应变。

优选地，通过公式(5)计算所述地层应力：

P

其中，P

本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的基于胡克定律的地层压力计算方法的步骤的流程图。

图2a、图2b、图2c、图2d、图2e、图2f分别示出了根据本发明的一个实施例的预测的地层压力、地层压力系数、纵波速度、横波速度、密度和泊松比的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明的基于胡克定律的地层压力计算方法的步骤的流程图。

在该实施例中，根据本发明的基于胡克定律的地层压力计算方法可以包括：步骤101，根据纵波波动方程，计算流体体积模量；步骤102，根据流体体积模量，计算干燥体积模量；步骤103，根据干燥体积模量，通过胡克定律，计算有效应力；步骤104，根据有效应力与上覆地层压力，计算地层压力。

在一个示例中，纵波波动方程为：

其中，Vp

在一个示例中，通过公式(2)计算流体体积模量：

在一个示例中，通过公式(3)计算干燥体积模量：

其中，K

在一个示例中，通过公式(4)计算有效应力：

σ＝(ΔV/V)·K

其中，σ为有效应力，ΔV/V为体积应变。

在一个示例中，通过公式(5)计算地层应力：

P

其中，P

具体地，根据有效应力原理：

P

上覆地层压力P

根据本发明的基于胡克定律的地层压力计算方法可以包括：

根据纵波波动方程公式(1)，又因为：

μ

其中，Vs

由初等弹性理论可知：

式中，σ

如前面所述，在计算地层压力的有效应力原理公式中，有效应力σ是指作用在地层岩石骨架颗粒上的应力，所以σ＝σ

基于wood的方程，可以求取混合流体的体积模量：

假设岩石基质由n种矿物构成，每种矿物的体积模量分别为K

根据Reuss下线理论：

基于VRH平均模型，可以求取岩石基质等效模量K

K

进而根据有效应力与上覆地层压力，通过公式(5)计算地层压力。

静水压力是指与岩石表面及地表连通的开放体系下的水柱压力，相当于目的层到水源水柱的垂直高度。静水压力的计算公式为：

P

上式中P

P

本方法基于波动方程和初等弹性理论推导有效应力与岩石速度之间的理论关系，结合有效应力原理进行地层压力预测，不需要构造正常压实趋势线，更好的适应碳酸盐岩地层压力预测。

为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。

以塔里木盆地某区块为例进行地层压力预测。搜集压力预测模型进行单井地层压力预测时所必须的测井曲线，具体包括纵波速度曲线，横波速度曲线，密度曲线及孔隙度曲线。

图2a、图2b、图2c、图2d、图2e、图2f分别示出了根据本发明的一个实施例的预测的地层压力、地层压力系数、纵波速度、横波速度、密度和泊松比的示意图。

将上述实测曲线带入模型计算该井地层压力，如图2a所示，同时基于公式(14)计算地层压力系数，结果如图2b所示。图中第一列最左侧实线为静水压力，最右侧实线为上覆地层压力，中间实线为地层压力；第二列实线为地层压力系数。图2c、图2d、图2e、图2f依次为纵波速度、横波速度、密度和泊松比。6634-6680m为储层发育段，压力系数有上升趋势，与实钻情况一致

综上所述，本发明基于波动方程和初等弹性理论推导有效应力与岩石速度之间的理论关系，结合有效应力原理进行地层压力预测，不需要构造正常压实趋势线，更好的适应碳酸盐岩地层压力预测。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

根据本发明的实施例，提供了一种基于胡克定律的地层压力计算系统，其特征在于，该系统包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：根据纵波波动方程，计算流体体积模量；根据流体体积模量，计算干燥体积模量；根据干燥体积模量，通过胡克定律，计算有效应力；根据有效应力与上覆地层压力，计算地层压力。

在一个示例中，纵波波动方程为：

其中，Vp

在一个示例中，通过公式(2)计算流体体积模量：

在一个示例中，通过公式(3)计算干燥体积模量：

其中，K

在一个示例中，通过公式(4)计算有效应力：

σ＝(ΔV/V)·K

其中，σ为有效应力，ΔV/V为体积应变。

在一个示例中，通过公式(5)计算地层应力：

P

其中，P

本系统基于波动方程和初等弹性理论推导有效应力与岩石速度之间的理论关系，结合有效应力原理进行地层压力预测，不需要构造正常压实趋势线，更好的适应碳酸盐岩地层压力预测。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。