一种储层异常地层压力研究方法及系统

摘要

本发明提供了一种储层异常地层压力研究方法及系统，方法包括：使用超声波设备测量地层中H深度范围内声波传播时间差△t；通过静水压力模型获取地层中H深度范围内各深度点的静岩压力值；使用计算机绘制H与Ln△t关系图，其中：关系图中斜线表示静岩压力值，关系图中点状曲线表示深度H与Ln声波传播时间差△t变化曲线；在计算机根据斜线和点状曲线在关系图中确定各个点异常地层压力。系统基于上述方法。本发明通过泥岩声波时差确定孔隙压力，根据静水压力计算公式确定静水压力，将孔隙压力和静水压力绘制在关系图，根据关系图确定各点异常地层压力，能够准确方便的预测出异常地层压力。

说明书

技术领域

本发明涉及油气勘探技术领域，尤其涉及一种储层异常地层压力研究方法及系统。

背景技术

地层压力与地层温度是开发油气田的能量，也是油气田开发中重要的基础参数。油气藏地层压力和温度的高低，不仅决定着油气流体的性质，还决定着油气田开发的方式、油气开采的技术特点与经济成本，以及最终的采收率。地层压力即岩石孔隙空间中的流体压力，对于石油勘探与开发具有十分重要的意义。

地层压力之一是异常地层压力，异常地层压力研究不仅是石油地质学的一个重要理论问题，而且也是长期困扰钻井工程界的重大技术难题。异常地层压力在世界范围内普遍存在，由于其形成机理和影响因素很多，国内外的研究一直未找到一种理想的方法，能够准确地对异常地层压力进行预测。

有鉴于此，有必要研究出一种储层异常地层压力研究方法及系统，以解决异常地层压力预测问题。

发明内容

本发明提供了一种储层异常地层压力研究方法及系统，通过泥岩声波时差确定孔隙压力，根据静水压力计算公式确定静水压力，将孔隙压力和静水压力绘制在关系图，根据关系图确定各点异常地层压力，能够准确方便的预测出异常地层压力。

实现本发明目的的技术方案如下：

一方面，提供一种储层异常地层压力研究方法，包括：

使用超声波设备测量地层中H深度范围内声波传播时间差△t；

通过静水压力模型获取地层中H深度范围内各深度点的静岩压力值；

使用计算机绘制H与Ln△t关系图，其中：关系图中斜线表示静岩压力值，关系图中点状曲线表示深度H与Ln声波传播时间差△t变化曲线；

在计算机根据斜线和点状曲线在关系图中确定各个点异常地层压力。

基于一方面，在一种可能的实现方式中，所述测量地层中H深度范围内声波传播时间差△t，包括：

使用超声波设备测量声波传播时间差△t是利用声波测井原理测量的；

声波传播时间差△t匹配有地层孔隙度Φ；

根据声波传播时间差△t和地层孔隙度Φ确定孔隙压力Ln△t；

孔隙压力Ln△t随H深度呈指数关系变化。

基于一方面，在一种可能的实现方式中，所述使用超声波设备测量声波传播时间差△t是利用声波测井原理测量的，包括：

泥岩孔隙度Φ随深度H的增加而减小，其减小程度呈指数关系变化，数学表达式为：

dΦ/Φ = -kdH             (1)

Φ =Φ0e 

Φ =(△t-△tma)/(△tf -△tma)   (3)

式中（1）-公式（3）中： Φ-地层孔隙度；Φ0-上覆地层孔隙度；△t-地层声波时差，单位μs/m；△tf-孔隙流体声波时差，单位μs/m；△tma-岩石颗粒声波时差，单位μs/m；k-斜线斜率；H-目的层深度，单位m。

基于一方面，在一种可能的实现方式中，所述通过静水压力模型获取地层中H深度范围内各深度点的静岩压力值，包括：

静水压力模型输出连通岩石表面及地表的开放体系下的水柱压力；

参考水柱压力和静岩压力计算公式确定地层中H深度范围内各深度点的静岩压力值；

静岩压力值随着埋深增加而增加。

优选静水压力为连通岩石表面及地表的开放体系下的水柱压力；静岩压力由某一深度的上覆岩石和岩石中的流体所形成的压力；静水压力的压力值随深度值而增加；静水压力的压力变化率仅依赖于水的密度变化；静水压力代表压力增加最大速率的方向向量总是垂直的。

基于一方面，在一种可能的实现方式中，所述静水压力模型的计算公式为：

PH = ρw•H      （4）

公式（4）中，PH-静水压力；ρw -水的平均密度； H-水柱高度；

所述静岩压力计算公式为：

P

公式（5）中，P

基于一方面，在一种可能的实现方式中，所述使用计算机绘制H与Ln△t关系图，包括：

H与Ln△t关系图基于压实理论，在地层岩石中传播时间相等的区域基岩压实程度相同、骨架应力相等；

利用计算机绘图绘制的H与Ln△t关系图上呈线性变化关系；

通过该直线在两坐标轴上截距可求出k和Ln△t0的值。

基于一方面，在一种可能的实现方式中，所述在计算机根据斜线和点状曲线在关系图中确定各个点异常地层压力，包括：

由A点作纵轴的平行线，交压实趋势线于点B；

△t

其中，△t

A点较B点所增加的上覆地层压力即A点与B点之间的覆盖层压力就加在了A点的孔隙流体之上，引起流储层异常地层压力。

另一方面，提供一种储层异常地层压力研究系统，包括：

测量单元，使用超声波设备测量地层中H深度范围内声波传播时间差△t；

处理单元，通过静水压力模型获取地层中H深度范围内各深度点的静岩压力值；

绘图单元，使用计算机绘制H与Ln△t关系图，其中：关系图中斜线表示静岩压力值，关系图中点状曲线表示深度H与Ln声波传播时间差△t变化曲线；

计算单元，在计算机根据斜线和点状曲线在关系图中确定各个点异常地层压力。

基于另一方面，在一种可能的实现方式中，所述测量单元是利用声波测井原理测量的，包括：

泥岩孔隙度Φ随深度H的增加而减小，其减小程度呈指数关系变化，数学表达式为：

dΦ/Φ = -kdH             (1)

Φ =Φ0e 

Φ =(△t-△tma)/(△tf -△tma)   (3)

式中（1）-（3）中： Φ-地层孔隙度；Φ0-上覆地层孔隙度；△t-地层声波时差，单位μs/m；△tf-孔隙流体声波时差，单位μs/m；△tma-岩石颗粒声波时差，单位μs/m；k-斜线斜率；H-目的层深度，单位m。

基于另一方面，在一种可能的实现方式中，所述静水压力模型的计算公式为：

PH = ρw•H      （4）

公式（4）中，PH-静水压力；ρw -水的平均密度； H-水柱高度；

所述静岩压力计算公式为：

P

公式（5）中，P

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过泥岩声波时差确定孔隙压力，根据静水压力计算公式确定静水压力，将孔隙压力和静水压力绘制在关系图，根据关系图确定各点异常地层压力，能够准确方便的预测出异常地层压力。

附图说明

图1为本发明提供的一种储层异常地层压力研究方法流程图；

图2为本发明提供的H与Ln△t关系图；

图3为本发明提供的静水压力值与静岩压力值对比图示。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

现有的异常压力研究方法有以下三种：（1）直接利用等效泥浆比重、反应岩石可钻性的dc指数、试油测压资料、钻井过程中的中途测试资料、重复地层测试资料等，这类资料不必经过计算处理就可以获得地层压力参数，其缺点是钻井分布范围有限，难以获得纵向上和横向上的全局面貌。此外，还存在钻井深度较深，测试结果不准确等缺点。（2）利用地球物理测井资料，主要是采用声波时差和电阻率曲线进行地层流体压力计算，该方法仅限于钻井中的泥岩层段。（3）利用地震资料，即利用地震速度谱、波阻抗以及振幅来预测异常地层压力。

在描述本发明实施例的方案之前，请参阅图3，孔隙压力与静岩压力之差称为异常地层压力。正值为异常高压(超压)，负值为异常低压(负压)。静岩压力与孔隙压力之差称为有效应力，表示由岩石颗粒所支撑的那部分静岩压力。在孔隙压力为常压的情况下，有效应力随深度的增加而增大。异常高压介于静水压力与静岩压力之间。孔隙压力与同深度静水压力的比值称为压力系数。当地层压力达到某一临界值时地层将破裂，将这一临界值称为破裂压力。由于超强压力可以引起地层破裂。

孔隙压力即岩石孔隙空间中的流体压力，静水压力指的是与岩石表面及地表连通的开放体系下的水柱压力。通常具有以下性质：①压力值随深度而增加；②压力变化率只依赖于水的密度变化；③代表压力增加最大速率的方向向量总是垂直的；④压力-深度的关系与流体容器的形状完全无关。

本发明实施例不同于上述三种现有的异常压力研究方法，本发明实施例具体为：

请参阅图1和图2，本发明实施例提供一种储层异常地层压力研究方法，包括：

使用超声波设备测量地层中H深度范围内声波传播时间差△t；

通过静水压力模型获取地层中H深度范围内各深度点的静岩压力值；

使用计算机绘制H与Ln△t关系图，其中：关系图中斜线表示静岩压力值，关系图中点状曲线表示深度H与Ln声波传播时间差△t变化曲线；

计算机根据斜线和点状曲线在关系图中确定各个点异常地层压力。

本发明实施例的声波测井是测量在一定距离地层中声波传播时间，记录声波传播速度之倒数，单位是μs/m，其大小取决于岩性、压实程度、孔隙度及孔隙空间流体含量。在岩性、地层水性质变化不大时，声波时差主要反映地层孔隙度大小，而上覆地层压力为孔隙度的单值函数，因此，可将声波时差转换为地层压力。

请参阅图2，本发明实施例的储层异常地层压力研究方法中，储层异常地层压力分类主要依据地层压力梯度（Pa/m）或压力系数，压力系数（Pc）是指地层压力与静水压力的比值。正常地层压力与异常压力之间的压力递变带称为压力过渡带。

请参阅图3，本发明实施例的静水压力模型获取静水压力，静水压力的计算公式为：

P

式中，P

静岩压力：由某一深度的上覆岩石和岩石中的流体所形成的压力。即：

P

式中P

孔隙压力与静岩压力之差称为异常地层压力。正值为异常高压(超压)，负值为异常低压(负压)。静岩压力与孔隙压力之差称为有效应力，表示由岩石颗粒所支撑的那部分静岩压力。在孔隙压力为常压的情况下，有效应力随深度的增加而增大。异常高压介于静水压力与静岩压力之间。孔隙压力与同深度静水压力的比值称为压力系数。当地层压力达到某一临界值时地层将破裂，将这一临界值称为破裂压力。由于超强压力可以引起地层破裂，因此，多数情况下地层压力低于静岩压力，即上覆地层压力。

基于上述实施例，在上述方案中，测量地层中H深度范围内声波传播时间差△t，包括：

使用超声波设备测量声波传播时间差△t是利用声波测井原理测量的；

声波传播时间差△t匹配有地层孔隙度Φ；

根据声波传播时间差△t和地层孔隙度Φ确定孔隙压力Ln△t；

孔隙压力Ln△t随H深度呈指数关系变化。

基于上述实施例，在上述方案中，使用超声波设备测量声波传播时间差△t是利用声波测井原理测量的，包括：

泥岩孔隙度Φ随深度H的增加而减小，其减小程度呈指数关系变化，数学表达式为：

dΦ/Φ = -kdH             (1)

Φ =Φ0e 

Φ =(△t-△tma)/(△tf -△tma)   (3)

式中（1）-公式（3）中： Φ-地层孔隙度；Φ0-上覆地层孔隙度；△t-地层声波时差，单位μs/m；△tf-孔隙流体声波时差，单位μs/m；△tma-岩石颗粒声波时差，单位μs/m；k-斜线斜率；H-目的层深度，单位m。

基于上述实施例，在上述方案中，通过静水压力模型获取地层中H深度范围内各深度点的静岩压力值，包括：

静水压力模型输出连通岩石表面及地表的开放体系下的水柱压力；

参考水柱压力和静岩压力计算公式确定地层中H深度范围内各深度点的静岩压力值；

静岩压力值随着埋深增加而增加。

优选静水压力为连通岩石表面及地表的开放体系下的水柱压力；静岩压力由某一深度的上覆岩石和岩石中的流体所形成的压力；静水压力的压力值随深度值而增加；静水压力的压力变化率仅依赖于水的密度变化；静水压力代表压力增加最大速率的方向向量总是垂直的。

基于上述实施例，在上述方案中，静水压力模型的计算公式为：

PH = ρw•H      （4）

公式（4）中，PH-静水压力；ρw -水的平均密度； H-水柱高度；

静岩压力计算公式为：

P

公式（5）中，P

基于上述实施例，在上述方案中，使用计算机绘制H与Ln△t关系图，包括：

H与Ln△t关系图基于压实理论，在地层岩石中传播时间相等的区域基岩压实程度相同、骨架应力相等；

利用计算机绘图绘制的H与Ln△t关系图上呈线性变化关系；

通过该直线在两坐标轴上截距可求出k和Ln△t0的值。

需指出，由于本发明实施例需要采用计算机绘制图2所示的H与Ln△t关系图，故本发明实施例研究的储层异常地层压力研究方法基于以下的假设条件：①不考虑地层水热作用对欠压实地层中异常压力的贡献；②不考虑地层矿物组分，尤其是粘土矿物在地质埋藏过程中的脱水作用对欠压实地层中异常压力的贡献；③假设沉积地层的性质基本相同；④假设不同深度上岩石的孔隙度相同，则其岩石颗粒间的骨架应力也相同。

基于上述实施例，在上述方案中，在计算机根据斜线和点状曲线在关系图中确定各个点异常地层压力，包括：

由A点作纵轴的平行线，交压实趋势线于点B；

△t

其中，△t

A点较B点所增加的上覆地层压力即A点与B点之间的覆盖层压力就加在了A点的孔隙流体之上，引起流储层异常地层压力。

需要说明的是：在正常压实情况下，泥岩孔隙度Φ随深度H的增加而减小，其减小程度呈指数关系变化，数学表达式为：

dΦ/Φ = -kdH    (a)

对上式进行积分可得：

Φ =Φ

又Φ =(△t-△t

式中： Φ，Φ

特殊情况下，△t和△t

Φ=△t/(△t

由（b）、（d）可得：

△t =△t

式中：△t

对上式两边取对数则有：

H = -1/k(Ln△t-Ln△t

由此可以看出，在正常压实情况下，泥岩的声波时差随着深度的增加而呈指数性减小，请参阅图2，利用计算机绘图绘制的H与Ln△t关系图上呈线性变化关系，通过该直线在两坐标轴上截距可求出k和Ln△t

压实理论，认为在地层岩石中传播时间相等的区域，其基岩压实程度也相同，骨架应力相等。具体作法是由A点作纵轴的平行线，交压实趋势线于点B，由于△tA=△tB，所以ΦA=ΦB，PA=PB，换言之，A点较B点所增加的上覆地层压力，即A点与B点之间的覆盖层压力就加在了A点的孔隙流体之上，从而引起了流体的异常压力。请参阅图2，整个压实曲线均包括正常压实段和异常压实段，计算方法如下：

在A点，P

式（g）中：P

A点剩余压力：P

本发明的另一实施例提供一种储层异常地层压力研究系统，包括：

测量单元，使用超声波设备测量地层中H深度范围内声波传播时间差△t；

处理单元，通过静水压力模型获取地层中H深度范围内各深度点的静岩压力值；

绘图单元，使用计算机绘制H与Ln△t关系图，其中：关系图中斜线表示静岩压力值，关系图中点状曲线表示深度H与Ln声波传播时间差△t变化曲线；

计算单元，在计算机根据斜线和点状曲线在关系图中确定各个点异常地层压力。

基于另一实施例，在上述方案中，测量单元是利用声波测井原理测量的，包括：

泥岩孔隙度Φ随深度H的增加而减小，其减小程度呈指数关系变化，数学表达式为：

dΦ/Φ = -kdH             (1)

Φ =Φ0e 

Φ =(△t-△tma)/(△tf -△tma)   (3)

式中（1）-（3）中： Φ-地层孔隙度；Φ0-上覆地层孔隙度；△t-地层声波时差，单位μs/m；△tf-孔隙流体声波时差，单位μs/m；△tma-岩石颗粒声波时差，单位μs/m；k-斜线斜率；H-目的层深度，单位m。

基于另一实施例，在上述方案中，静水压力模型的计算公式为：

PH = ρw•H      （4）

公式（4）中，PH-静水压力；ρw -水的平均密度； H-水柱高度；

静岩压力计算公式为：

P

公式（5）中，P

需要说明的是，本发明实施例的测量单元在读取测井数据时，要综合各类电测曲线并结合录井资料，尽可能选择厚层纯泥岩段，如自然伽马处于基线、低电阻、高电导率、无严重扩径现象，单井泥岩厚度要大于2m时读取声波时差数据。然后，建立各单井正常压实曲线。在正常压实带中，声波时差传播时间与深度呈指数关系。数据的准确读取是获得正确结果的前提。

本发明实施例通过泥岩声波时差确定孔隙压力，根据静水压力计算公式确定静水压力，将孔隙压力和静水压力绘制在关系图，根据关系图确定各点异常地层压力，能够准确方便的预测出异常地层压力。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。