基于VSP资料的地层压力钻前预测方法及系统

摘要

公开了一种基于VSP资料的地层压力钻前预测方法及系统。该方法可以包括：根据零偏VSP资料，计算纵波速度；根据纵波速度，计算横波速度；根据纵波速度与横波速度，计算拉梅系数与剪切模量；根据拉梅系数、剪切模量与胡可定律，计算有效应力；根据上覆地层压力与有效应力，计算地层压力。本发明通过对已完钻井段进行VSP采集，基于VSP数据反演钻头前方目的层及可能存在的高压层的精确速度信息，提高目的层钻前压力预测精度，降低钻井风险。

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VSP资料的地层压力钻前预测方法及系统。

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。

钻前地层压力预测最常用的是地震资料，常规基于地震资料的地层压力预测方法，都是基于地震资料处理过程中获得的速度谱资料，利用经验公式(Fillippone法)开展钻前地层压力预测。这类方法存在以下问题：①地震压力预测方法理论依据不完善，方法是以压实概念为基础的，对于非压实成因，尤其是它源引起的超压预测不适用；②预测方法有局限性和多解性，所有方法的应用都是有假设前提的，且有经验性，另外，导致地震波速度下降(或倒转)的原因有多种，难于消去压力以外的其他因素；③地震速度的估算精度和地震分辨率有限。因此，有必要开发一种基于VSP资料的地层压力钻前预测方法及系统。

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VSP资料的地层压力钻前预测方法及系统，其能够通过对已完钻井段进行VSP采集，基于VSP数据反演钻头前方目的层及可能存在的高压层的精确速度信息，提高目的层钻前压力预测精度，降低钻井风险。

根据本发明的一方面，提出了一种基于VSP资料的地层压力钻前预测方法。所述方法可以包括：根据零偏VSP资料，计算纵波速度；根据所述纵波速度，计算横波速度；根据所述纵波速度与所述横波速度，计算拉梅系数与剪切模量；根据所述拉梅系数、所述剪切模量与胡可定律，计算有效应力；根据上覆地层压力与所述有效应力，计算地层压力。

优选地，所述根据零偏VSP资料，计算纵波速度包括：根据零偏VSP资料提取初至波时间，获得时间-深度关系，计算地震波的所述纵波速度。

优选地，利用公式(1)计算所述纵波速度：

其中，V

优选地，通过公式(2)计算所述拉梅系数：

通过公式(3)计算所述剪切模量：

其中，λ为拉梅系数，ρ为密度。

优选地，通过公式(4)计算所述有效应力：

其中，σ为有效应力，ε为弹性应变，

优选地，通过公式(5)计算所述地层压力：

P

其中，P

根据本发明的另一方面，提出了一种基于VSP资料的地层压力钻前预测系统，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：根据零偏VSP资料，计算纵波速度；根据所述纵波速度，计算横波速度；根据所述纵波速度与所述横波速度，计算拉梅系数与剪切模量；根据所述拉梅系数、所述剪切模量与胡可定律，计算有效应力；根据上覆地层压力与所述有效应力，计算地层压力。

优选地，所述根据零偏VSP资料，计算纵波速度包括：根据零偏VSP资料提取初至波时间，获得时间-深度关系，计算地震波的所述纵波速度。

优选地，利用公式(1)计算所述纵波速度：

其中，V

优选地，通过公式(2)计算所述拉梅系数：

通过公式(3)计算所述剪切模量：

其中，λ为拉梅系数，ρ为密度。

优选地，通过公式(4)计算所述有效应力：

其中，σ为有效应力，ε为弹性应变，

优选地，通过公式(5)计算所述地层压力：

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VSP资料的地层压力钻前预测方法的步骤的流程图。

图2a和图2b分别示出了根据本发明的一个实施例的基于VSP资料反演与测井实测的纵波速度以及基于VSP资料反演与测井实测的横波速度的对比图。

图3a和图3b分别示出了根据本发明的一个实施例的基于VSP预测纵横波速度预测下覆未钻膏岩层地层压力的示意图。

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VSP资料的地层压力钻前预测方法的步骤的流程图。

在该实施例中，根据本发明的基于VSP资料的地层压力钻前预测方法可以包括：步骤101，根据零偏VSP资料，计算纵波速度；步骤102，根据纵波速度，计算横波速度；步骤103，根据纵波速度与横波速度，计算拉梅系数与剪切模量；步骤104，根据拉梅系数、剪切模量与胡可定律，计算有效应力；步骤105，根据上覆地层压力与有效应力，计算地层压力。

在一个示例中，根据零偏VSP资料，计算纵波速度包括：根据零偏VSP资料提取初至波时间，获得时间-深度关系，计算地震波的纵波速度。

在一个示例中，利用公式(1)计算纵波速度：

其中，V

在一个示例中，通过公式(2)计算拉梅系数：

通过公式(3)计算剪切模量：

其中，λ为拉梅系数，ρ为密度。

在一个示例中，通过公式(4)计算有效应力：

其中，σ为有效应力，ε为弹性应变，

在一个示例中，通过公式(5)计算地层压力：

P

其中，P

具体地，根据本发明的基于VSP资料的地层压力钻前预测方法可以包括：

根据零偏VSP资料提取初至波时间，获得时间-深度关系，通过公式(1)计算地震波的纵波速度；根据已钻井邻井资料，针对目的层岩性选择合适的Castagna拟合公式建立横波速度与纵波速度关系，计算横波速度；根据纵波速度与横波速度，通过公式(2)计算拉梅系数，通过公式(3)计算剪切模量。

从胡可定律和弹性参数的定义出发推导有效应力与岩石速度之间的理论关系，首先由胡可定律可得：

式中，E为杨氏模量，σ为有效应力，ε为弹性应变。根据岩石物理试验，杨氏模量和拉梅系数、剪切模量之间有以下关系：

将式(6)和式(7)合并，并考虑到地层在沉积压实的过程中，弹性应变主要为垂向厚度的变化，因此，可得通过公式(4)计算有效应力；根据上覆地层压力与有效应力，通过公式(5)计算地层压力。

本方法通过对已完钻井段进行VSP采集，基于VSP数据反演钻头前方目的层及可能存在的高压层的精确速度信息，提高目的层钻前压力预测精度，降低钻井风险。

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。

以中国西部某A井为例，该井钻至xx层时三开完钻，对于下覆可能存在的膏岩层地层压力情况未知，通过对已完钻井段进行VSP测量，基于VSP资料反演纵横波速度，实现下覆膏岩层地层压力预测。

根据零偏VSP资料提取初至波时间，获得时间-深度关系，通过公式(1)计算地震波的纵波速度；根据已钻井邻井资料，针对目的层岩性选择合适的Castagna拟合公式建立横波速度与纵波速度关系为公式(8)：

V

进而计算横波速度；根据纵波速度与横波速度，通过公式(2)计算拉梅系数，通过公式(3)计算剪切模量。

图2a和图2b分别示出了根据本发明的一个实施例的基于VSP资料反演与测井实测的纵波速度以及基于VSP资料反演与测井实测的横波速度的对比图。实线为基于VSP资料预测的纵横波速度，虚线为已钻井段测试实测纵横波速度，从已钻井段的对比可以看出，预测纵横波速度与实测值吻合较好。

结合有效应力原理和岩石物理关系推导的新的地层压力预测模型，基于VSP反演的纵横波速度预测未钻下覆膏岩层地层压力。根据拉梅系数、剪切模量与胡可定律，通过公式(4)计算有效应力；根据上覆地层压力与有效应力，通过公式(5)计算地层压力。

图3a和图3b分别示出了根据本发明的一个实施例的基于VSP预测的地层压力与地层压力系数的示意图。其中，图3a左侧直线为静水压力，图3a右侧直线为上覆地层压力，图3a中间曲线为地层压力。图3b为地层压力系数。预测膏岩的顶在3290-3295米，底在3785-3790米：结合临井资料分析，以中-巨厚层状盐岩、盐膏岩、云质膏岩、含泥云质膏岩为主，间夹中层状泥质云岩、膏质云岩、膏质泥岩；地层性软，盐岩性脆，可钻性好；相较盐上层及下覆白云岩表现为高压地层。膏岩底-4500：以中-巨厚层状云岩、含泥云岩、泥质云岩为主，岩性相对较纯，速度变化小；整体为超压，压力系数略低于膏岩层。预测结果与最终实钻情况吻合。

综上所述，本发明通过对已完钻井段进行VSP采集，基于VSP数据反演钻头前方目的层及可能存在的高压层的精确速度信息，提高目的层钻前压力预测精度，降低钻井风险。

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VSP资料的地层压力钻前预测系统，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：根据零偏VSP资料，计算纵波速度；根据纵波速度，计算横波速度；根据纵波速度与横波速度，计算拉梅系数与剪切模量；根据拉梅系数、剪切模量与胡可定律，计算有效应力；根据上覆地层压力与有效应力，计算地层压力。

在一个示例中，根据零偏VSP资料，计算纵波速度包括：根据零偏VSP资料提取初至波时间，获得时间-深度关系，计算地震波的纵波速度。

在一个示例中，利用公式(1)计算纵波速度：

其中，V

在一个示例中，通过公式(2)计算拉梅系数：

通过公式(3)计算剪切模量：

其中，λ为拉梅系数，ρ为密度。

在一个示例中，通过公式(4)计算有效应力：

其中，σ为有效应力，ε为弹性应变，

在一个示例中，通过公式(5)计算地层压力：

P

其中，P

本系统通过对已完钻井段进行VSP采集，基于VSP数据反演钻头前方目的层及可能存在的高压层的精确速度信息，提高目的层钻前压力预测精度，降低钻井风险。

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。