異常地層孔隙壓力

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1、異常地層孔隙壓力 定量確定技術(shù) 一、地下壓力的概念 二、異常高壓的形成機制與分類 三、地層孔隙壓力研究的意義與現(xiàn)狀 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 五、層速度預(yù)測地層孔隙壓力模型研究與應(yīng)用 六、應(yīng)用軟件的開發(fā)與推廣應(yīng)用 七、結(jié) 論 匯報提綱 1、靜液壓力 (由液柱重力產(chǎn)生的壓力 。 它的大小與液體密度及液頭的垂直高度成正比： 通常把單位深度增加的壓力值稱為壓力梯度 (： 一、地下壓力的概念 一、地下壓力的概念 常 溫 下 孔 隙 水 礦 化 度 、 密 度 和 靜 液 壓 力 梯 度孔 隙 流 體 礦化度 ( p p m ) 密度 (3/ 靜 液 壓 力 梯 度 ( k P a

2、/ m )淡水 0 6 0 0 0 1 1 . 0 0 3 9 . 8 1 9 . 8 4微咸水 7 0 0 0 5 0 0 0 0 1 . 0 0 4 1 . 0 2 8 9 . 8 5 1 0 . 0 8 5鹽水 60 0 0 0 33 0 0 0 0 1 . 0 3 3 1 . 1 9 3 1 0 . 1 3 1 1 . 7 0 3在油氣鉆井工程領(lǐng)域，通常用當(dāng)量泥漿密度來表示壓力梯度，因此壓力梯度的單位通常為密度的單位： 一、地下壓力的概念 2、 上覆巖層壓力 (某一深度以上地層巖石骨架和孔隙流體總重力產(chǎn)生的壓力： 經(jīng)常使用的是表示為當(dāng)量鉆井液密度的 上覆巖層壓力梯度 。 一般采用上覆巖

3、層壓力梯度的理論值為 m(假設(shè)巖石骨架密度為 孔隙度為 10 ， 流體密度為 實際上 ,由于壓實作用及巖性隨深度變化 ,上覆巖層壓力梯度并不是常數(shù) ,而是深度的函數(shù)；而且不同地區(qū) ,壓實程度 、 地表剝蝕程度及巖性剖面也有較大差別 ， 故上覆巖層壓力梯度隨深度的變化關(guān)系也不一定相同 。 實際應(yīng)用時 ， 應(yīng)根據(jù)本地區(qū)地層的具體情況來確定 。 H )1(10 一、地下壓力的概念 3、 地層孔隙壓力 ( 指地層孔隙中流體 (油 、 氣 、 水 )所具有的壓力 ， 亦簡稱孔隙壓力 (。 分為： 正常地層孔隙壓力 ( 異常地層孔隙壓力 ( 異常高壓 (高于靜液壓力 ) 異常低壓 (低于靜液壓力 ) 在地

4、質(zhì)學(xué)上常用 剩余壓力 表示異常高壓的大小 ， 剩余壓力等于地層孔隙壓力與靜液壓力的差值 。 一、地下壓力的概念 地層孔隙壓力梯度 ( 即單位深度增加的地層孔隙壓力壓力值 (通常表示為地層孔隙壓力的當(dāng)量泥漿密度： 地質(zhì)家通常將地層孔隙壓力表示為地層孔隙壓力系數(shù) ，即地下某點的地層孔隙壓力與該點的靜水壓力的比值 : 地 層 孔 隙 壓 力 狀 態(tài) 分 類 表 ( 據(jù) 杜 栩 , 1 9 9 5 )壓 力 系 數(shù) 1 . 5分類 超低壓 低壓 常壓 高壓 超高壓一、地下壓力的概念 4、 有效應(yīng)力 ( 提出了如下有效應(yīng)力定理： “ 應(yīng)力變化產(chǎn)生的所有可測量的影響 (如壓縮變形 、 扭曲變形 、 剪切強

5、度的變化等 )唯一的原因是有效應(yīng)力的變化 ” 。 有效應(yīng)力是物理學(xué)上不可直接測量的量 ， 只有其產(chǎn)生的影響 (如變形 )是可測量的 。959)將這一概念引入到地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域 ， 有時也將有效應(yīng)力稱為 骨架應(yīng)力 (to 基巖應(yīng)力 (根據(jù)地下巖石的應(yīng)力狀態(tài) ， 一般將有效應(yīng)力分解為三個方向： 垂直有效應(yīng)力 ( 最大水平有效應(yīng)力 ( 最小水平有效應(yīng)力 (一、地下壓力的概念 因為壓實主要發(fā)生在垂直方向 ， 控制壓實過程的力實際上垂直有效應(yīng)力 ， 孔隙度的變化 、 孔隙流體高壓的形成等過程都與垂直有效應(yīng)力的變化有關(guān) 。 正常壓力環(huán)境中 ， 因沉積顆粒之間相互接觸 ， 巖石基體支撐著上覆巖層載荷 ， 地層孔隙

6、壓力等于靜液壓力；而沉積顆粒間垂直有效應(yīng)力的任何減少 ， 將使孔隙內(nèi)流體支持部分上覆巖層載荷 ，形成異常高壓 。 因此 ， 異常高壓形成可以通過有效應(yīng)力定理得到解釋 。 若設(shè)法求出上覆巖層壓力和垂直有效應(yīng)力 ， 可以利用該定理確定地層孔隙壓力 。 最小水平有效應(yīng)力控制著地下巖石中裂縫的方向 ， 地下的天然裂縫或人工裂縫其延伸方向一般與最小水平有效應(yīng)力垂直 。 其也是確定地層破裂壓力或裂縫傳播壓力的基礎(chǔ) 。 一、地下壓力的概念 5、 地層破裂壓力與裂縫傳播壓力 當(dāng)井眼內(nèi)流體柱的壓力達到一定值時會將地層壓裂 。 用地層破裂壓力 (或 地 層 裂 縫 傳 播 壓 力(描述地層的這種承壓能力 。鉆井領(lǐng)

7、域一般將地層破裂壓力定義為在井下一定深度處 ， 使地層破裂并產(chǎn)生裂縫時井眼內(nèi)流體柱的壓力 。 由于構(gòu)造運動或鉆頭的破碎作用 ， 井眼周圍的巖石中往往存在許多微裂縫 ， 使這些已經(jīng)存在的微裂縫張開并擴展的壓力稱為裂縫傳播壓力 。 裂縫傳播壓力略小于地層的破裂壓力 。 因此 ， 有些學(xué)者將其作為地層破裂壓力的下限 ， 并作為設(shè)計套管下深與確定鉆井液密度上限值的依據(jù) 。 一、地下壓力的概念 經(jīng)常使用的是地層破裂壓力梯度 (概念： 同上述其它地下壓力梯度一樣 ， 油氣鉆井領(lǐng)域通常將地層破裂壓力的當(dāng)量泥漿密度作為地層破裂壓力梯度來使用 。 一、地下壓力的概念 深度地下壓力o f p h - 靜液壓力；

8、地層孔隙壓力； 裂縫傳播壓力； 上覆巖層壓力 剩余壓力； 垂直有效應(yīng)力； 最小水平有效應(yīng)力 地下壓力概念圖示 常高壓形成機制 異常壓力的成因條件多種多樣，一種異常壓力現(xiàn)象可能是由多種互相疊置的因素所致，其中包括地質(zhì)的、物理的、地球化學(xué)和動力學(xué)的因素。但就一個特定異常壓力體而言，其成因可能以某一種因素為主，其它因素為輔。 (1) 不平衡壓實作用 (2) 構(gòu)造擠壓 (3) 水熱增壓 (4) 生烴作用 (5) 蒙脫土脫水作用 (6) 濃差與逆濃差作用 (7) 石膏 /硬石膏轉(zhuǎn)化 (8) 流體密度差異 (9) 水勢面的不規(guī)則性 (10) 深部氣體充填封存箱的分隔和抬升 二、異常高壓的形成機制與分類 二

9、、異常高壓的形成機制與分類 1、不平衡壓實作用 沉積速率； 孔隙空間減小速率； 地層滲透率的大小； 流體排出情況 ; 平衡壓實形成正常壓力，平衡壓實形成異常高壓。 快速沉積是造成不平衡壓實的主要原因之一 ， 由于沉積速率過快 ，造成沉積顆粒排列不規(guī)則 (沒有足夠的時間 )， 排水能力減弱 ， 繼續(xù)增加的上覆沉積載荷部分由孔隙流體承擔(dān) ， 形成異常高壓 ， 同時造成地層的欠壓實 。 另外一種常見的欠壓實情況是一非滲透致密蓋層的快速沉積導(dǎo)致其下地層的欠壓實與異常高壓 ， 最為典型的例子是 “ 復(fù)合鹽層 ” 中與巖鹽層拌生的軟泥巖地層 。 不平衡壓實作用常見于陸地邊緣的三角洲地區(qū) ， 這些地區(qū)沉積速

10、率大 ， 在沉積剖面中泥頁巖含量遠高于其它巖性 ， 因此極易形成異常高壓 ， 如我國東部地區(qū)的某些中新生代地層 。 大多數(shù)研究者認為 ，泥質(zhì)沉積物的壓實不平衡 （ 欠壓實 ） 是下第三系沉積盆地中遇到大多數(shù)異常高壓的主要原因 。 二、異常高壓的形成機制與分類 致密蓋層 二、異常高壓的形成機制與分類 2、 構(gòu)造擠壓 在構(gòu)造變形地區(qū) ， 由于地層的劇烈升降 ， 產(chǎn)生構(gòu)造擠壓應(yīng)力 ， 如果正常的排水速率跟不上附加壓力 （ 構(gòu)造擠壓力 ） 所產(chǎn)生的附加壓實作用 ， 將會引起地層孔隙壓力增加 ， 產(chǎn)生異常高壓 。 例如 ， 在某些情況下 ， 斷層可能起著流體通道作用 ， 但在另外一些情況下 ， 卻可能起

11、到封閉作用 ， 而引起異常高壓 。 所以 ， 同樣是斷塊盆地 ， 有的可能是異常高壓層 ， 有的可能不是 。 二、異常高壓的形成機制與分類 3、 水熱增壓 隨著埋深增加而不斷升高的溫度 ， 使孔隙水的膨脹大于巖石的膨脹 （ 水的熱膨脹系數(shù)大于巖石的熱膨脹系數(shù) ） 。 如果孔隙水由于存在流體隔層而無法逸出 ， 孔隙壓力將升高 。 封隔深度 水熱增壓 機械加載 上覆壓力 破裂壓力 靜液壓力 深度或溫度 地下壓力 圖 2水熱增壓作用示意圖 二、異常高壓的形成機制與分類 4、 生烴作用 在逐漸埋深期間 ， 將有機物轉(zhuǎn)化成烴的反應(yīng)也產(chǎn)生流體體積的增加 ， 從而導(dǎo)致單個壓力封存箱內(nèi)的超壓 。 許多研究表明

12、與烴類生成有關(guān)的超壓產(chǎn)生的破裂是烴類從源巖中運移出來進入多孔的 、 高滲透儲集巖的機制 ， 尤其是甲烷的生成在許多儲集層中已被引為超壓產(chǎn)生的原因 。 氣體典型地同異常壓力有聯(lián)系 ， 異常壓力具有氣體飽和的特點 。 當(dāng)源巖中的有機質(zhì)或進入儲集層中的油轉(zhuǎn)變成甲烷時 ， 引起相當(dāng)大的體積增加 。 在良好的封閉條件下 ， 這些體積的增加能產(chǎn)生很強的超高壓 . 二、異常高壓的形成機制與分類 5、蒙脫土脫水作用 沉積的蒙脫土吸附粒間自由水，成為粘土層間束縛水。當(dāng)?shù)販剡_到約 123度時，粘土結(jié)構(gòu)晶格破裂，蒙脫土的層間束縛水被排除而成為自由水，稱為 蒙脫土脫水過程 ，相應(yīng)的埋深稱為 蒙脫土脫水深度 。釋放到孔

13、隙中的束縛水因發(fā)生膨脹，體積遠遠超過晶格破壞所減少的體積。若排水通暢，則地層進一步壓實，地層孔隙壓力為靜液壓力。如果地層是封閉的，將產(chǎn)生高于靜液壓力的地層孔隙壓力。若存在鉀離子，吸附鉀離子，蒙脫土向伊利石轉(zhuǎn)化。 二、異常高壓的形成機制與分類 6 濃差作用 濃差作用是鹽度較低的水體通過半滲透隔膜向鹽度較高水體的物質(zhì)遷移。只要粘土或頁巖兩側(cè)的鹽濃度由明顯的差別，粘土或頁巖便起著半滲透膜的作用，產(chǎn)生滲透壓力。滲透壓差與濃度差成正比，濃度差越大，滲透壓差也越大。濃差流動可以在一個封閉區(qū)內(nèi)產(chǎn)生高壓。濃差作用引起的異常高壓遠比壓實作用和水熱作用引起的高壓小得多。 二、異常高壓的形成機制與分類 7. 逆濃差

14、作用 逆濃差作用現(xiàn)象的研究已有文獻刊載 ， 逆濃差作用也就是水從高壓 、 高鹽度區(qū)流向低壓 、 低鹽度區(qū)的過程 。 當(dāng)水從高壓區(qū)流入時 ， 在低鹽度區(qū)的壓力就會升高 （ 高于正常壓力 ） ， 而這種機制同樣不能用于解釋有效封存箱中產(chǎn)生的異常壓力 。 8 石膏 /硬石膏轉(zhuǎn)化 無論是石膏脫水轉(zhuǎn)化成硬石膏 ， 還是硬石膏在深部再水化成石膏都被作為碳酸鹽巖中產(chǎn)生異常壓力的可能機制 二、異常高壓的形成機制與分類 9、 流體密度差異 烴類密度的差異 ， 尤其是水 能在烴類聚集的頂部產(chǎn)生異常壓力 。 烴柱越長 ， 烴類與周圍水的密度相差越大 ， 超壓也就越大 。 一般說來 ， 浮力差異能使壓力上升到幾百 二

15、、異常高壓的形成機制與分類 10、水勢面的不規(guī)則性 在自流條件下或者由于淺層與較深的高壓層間的有滲透通道的存在，能使孔隙壓力高于正常值。這種情況在山腳下鉆井時經(jīng)常遇到。 二、異常高壓的形成機制與分類 11、深部氣體充填封存箱的分隔和抬升 隨著抬升和上覆地層的剝蝕，充滿氣體的封存箱內(nèi)溫度降低，氣體體積收縮引起的壓力下降低于上覆巖層壓力梯度降低的程度，故使封存箱的壓力梯度增大，呈現(xiàn)超壓狀態(tài)。 盡管關(guān)于異常高壓形成的機制有以上所列 11種之多，但不平衡實是最常見的異常高壓產(chǎn)生的機制，同時在構(gòu)造活動強烈的盆地中構(gòu)造擠壓也是一種重要的增壓機制，烴類的生成尤其是氣的生成起重要的增壓作用。 常高壓形成機制的

16、分類 : 二、異常高壓的形成機制與分類 原始加載曲線關(guān)系 卸載曲線關(guān)系 沉積壓實過程力學(xué)關(guān)系 二、異常高壓的形成機制與分類 異常地層高壓產(chǎn)生機 制分類表符 合 原 始 加 載 曲 線 不 平 衡 壓 實符 合 卸 載 曲 線 孔 隙 流 體 膨 脹 水熱增壓 生烴作用 烴類裂解 粘 土 礦 物 成 巖 作 用 濃差作用 地 層 抬 升 、 剝 蝕孔 隙 度 近 似 不 變 構(gòu) 造 擠 壓 應(yīng) 力 流 體 密 度 差 異 作 用 地層孔隙壓力是指地層孔隙或裂縫中流體所具有的壓力 常高壓、異常低壓 三種情況 ,異常高壓意義更大 地層孔隙壓力在油氣勘探、油氣井工程、油氣開發(fā)及油藏工程等領(lǐng)域占有極其重

17、要的地位 層孔隙壓力研究的意義 在科學(xué)鉆井方面 :是合理確定套管程序的基礎(chǔ)；也是合理選擇泥漿密度 ,實現(xiàn)安全高效鉆井的關(guān)鍵 . 油氣成藏研究和油藏工程方面 :地層孔隙壓力是油氣成藏與分布的主控因素之一 ,是油氣成藏流體動力學(xué)研究的依據(jù) 三、地層孔隙壓力研究的意義與現(xiàn)狀 層孔隙壓力研究現(xiàn)狀 地層孔隙壓力的研究已有 40多年的歷史 ,但是嚴(yán)格講來至今并未完全得到解決 在西方國家地質(zhì)、鉆井、測井、物探等領(lǐng)域再次成為研究的熱點 . 層孔隙壓力確定方法分類 按與鉆井的關(guān)系分為 :鉆前預(yù)測、隨鉆監(jiān)測、測井檢測 . 按資料來源分類 :地震層速度預(yù)測、測井資料解釋 (檢測 )、鉆井資料解釋 (檢測 )、實測

18、. 三、地層孔隙壓力研究的意義與現(xiàn)狀 1、 基本原理 （ 依據(jù) ） 正常壓實地層： 埋深 泥巖壓實度 泥巖 鉆速 。 異常高壓地層： 泥巖欠壓實 泥巖 鉆速 利用該規(guī)律可以監(jiān)測地層壓力 ： 機械鉆速法 。 但是 ， 機械鉆速受各種工藝參數(shù)的影響 ， 1966年 鉆速方程為： R鉆速 ， m/ K可鉆性系數(shù) n轉(zhuǎn)速 W鉆壓 ， D鉆頭直徑 e轉(zhuǎn)速指數(shù) d鉆壓指數(shù) ， 即 (用的傳統(tǒng)方法 設(shè)工藝條件（水水力因素、鉆頭類型）及巖性不變（均為泥頁巖），則 K=1，又泥頁巖較軟， 為直線關(guān)系，即 e=1，可得： )0 6 8 )2 8 式中： T：鉆時 m； n： W：鉆壓 D：鉆頭直徑 ， 在現(xiàn)場難以

19、做到，因進入壓力過過渡后泥漿密度升高，鉆速 （壓持效應(yīng)）， d，怎么辦？修正： )式中： n: 正常壓力層段地層水密度 ， g/m: 實際使用的泥漿密度 ， g/ 正常壓實地層： H (泥頁巖 ） 趨勢 。 異常壓力地層： H （泥頁巖） 偏離趨勢。 2 算法 ： 確定 正常趨勢 ： 由偏離情況計算出地層壓力 圖板法： p = f(伊頓法（ : dc )(00 p: 壓力梯度當(dāng)量密度 0: 上覆壓力梯度當(dāng)量密度 n: 正常地層壓力梯度當(dāng)量密度 深度 實際計算的 n: 3. 存在的問題： 鉆頭磨損 （ 牙齒磨損 、 軸承磨損 ） 、 水力因素等影響不易消除； 正常趨勢確定：非直線 僅限于泥巖使用

20、 1、 基本原理 （ 依據(jù) ） 由 聲波時差法求取地層壓力 : 孔隙度 t: 時差 ， us/m 骨架時差 ， us/m 孔隙流體時差 ， us/m。 若巖性已知 ， 地層水變化不大的剖面 ， 為正比關(guān)系 。 )(正常壓實地層： 式中： t : us/m. t 0: 地表時差 ， us/m. c 系數(shù) 。 若將上式在半對數(shù)坐標(biāo) (t 為對數(shù) 、 ,則 t 與 在非正常壓實地層： t 偏離 (大于 )正常趨勢線 ， 意味著高壓地層 。 2 算法： 、 確定正常趨勢線 （ 選泥巖聲波時差 ） 、 定性判斷異常高壓 、定量計算。 0 圖板法： )( np )(00 3 存在的問題： 正常趨勢線 ：

21、僅限于泥巖 。 電率法基本原理相同。 1. 基本原理 而： 孔隙度 =f（ 地層壓力 ） 結(jié)論：低速意味著高壓 。 2. 算法： 等同于聲波時差法 ， 直接計算方法 。 算的地層壓力 ， 為 0時的巖石速度 ， m/s， 為 50%時的巖石速度 ， m/s, 速度 ， m/s， 覆巖層壓力 。 力）巖性、孔隙度、地層壓(fV p 地震層速度資料預(yù)測地層壓力 0m i nm a xi n tm a x 五、地層破裂壓力計算方法 常用的方法有： 1、 適用于無水平構(gòu)造應(yīng)力的張性盆地 2、 適用于存在水平均勻構(gòu)造應(yīng)力地層 3、 黃榮樽法 適用于存在水平非均勻構(gòu)造應(yīng)力地層 )(1 )(1( )(1(

22、第 2部分 地層壓力確定技術(shù)簡介 3 1、 側(cè)壓系數(shù)法 適用于無水平構(gòu)造應(yīng)力或很小的地層 。 側(cè)壓系數(shù) 上覆巖層壓力并利用有效應(yīng)力定理求得 。 中間沒有地層破裂壓力數(shù)據(jù)的地層 ， 其 本項目中 “ 利用聲速檢測欠壓實泥巖異常高壓的簡易方法 ” 求取地層孔隙壓力時 ， 破裂壓力的計算采用了該方法 。 )( 第 2部分 地層壓力確定技術(shù)簡介 2、 修正 (1997) (葛洪魁等修正 ,2001) 現(xiàn)場應(yīng)用表明 ， 修正后的模型具有較高的精度 。 本項目中 “ 利用綜合解釋方法檢測模型求取地層壓力 ” 時 ， 破裂壓力的計算采用了修正 )()1( )(1( 第 2部分 地層壓力確定技術(shù)簡介 統(tǒng)方法的

23、缺陷 傳統(tǒng)方法是指基于正常壓實趨勢線的經(jīng)驗半經(jīng)驗方法 965年提出的 泥頁巖聲波時差法 和 966年提出的 總的來講存在以下共同的缺限 : 僅適用于“不平衡壓實過程導(dǎo)致的地層欠壓實”高壓的情況 ; 絕大部分方法僅限于在純泥頁巖中使用 ; 都需要建立正常壓實趨勢線 ,且假定半對數(shù)坐標(biāo)系中為直線 ; 因建立經(jīng)驗圖版的壓力來源于滲透性地層 ,反過來預(yù)測泥巖地層 ,結(jié)果往往偏低； 在定量化方面是經(jīng)驗和半經(jīng)驗的方法 ,缺乏理論基礎(chǔ) . 三、地層孔隙壓力研究的意義與現(xiàn)狀 層孔隙壓力確定技術(shù)最新發(fā)展 進入 90年代以來 ,國外在地層壓力確定方法方面進行了大量研究工作 包括 在鉆前預(yù)測、鉆后測井檢測、利用 以

24、及利用鉆井資料隨鉆監(jiān)測方面都取得了新的進展 不論在理論基礎(chǔ)還是計算精度方面都有了較大的提高 三、地層孔隙壓力研究的意義與現(xiàn)狀 提高檢測精度的途徑 研究開發(fā)新的檢測方法 ,新方法應(yīng)具有以下特點 : 與傳統(tǒng)方法相比 ,具有比較堅實的理論基礎(chǔ) ,從而有比較廣泛的適用性 ; 適合于確定不同形成機制的異常地層孔隙壓力 ; 能夠確定泥巖以外其它巖性的地層孔隙壓力 ; 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 方法的理論基礎(chǔ)與基本思路 (1) 一維沉積壓實假設(shè) 沉積物的壓實過程受有效應(yīng)力 (垂直方向或水平方向 )控制 ,壓實可以發(fā)生在垂直方向 ,也可以發(fā)生在水平方向 . 一維沉積壓實 ,是假定沉積物的壓

25、實變形 (孔隙度減小 )僅發(fā)生在垂直方向 載過程中孔隙度的微小增加也僅與垂直有效應(yīng)力的減小有關(guān) . 有了該假設(shè) ,地層孔隙壓力計算問題可以被大大簡化 可以假定 孔隙度僅是垂直有效應(yīng)力的函數(shù) 進而根據(jù)垂直有效應(yīng)力定理計算地層孔隙壓力 . 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 (2) 沉積壓實力學(xué)關(guān)系的應(yīng)用 沉積巖石的力學(xué)關(guān)系存在原始加載和后續(xù)卸載兩種情況 : 若沉積物在壓實過程中垂直有效應(yīng)力一直保持增加的狀態(tài) ,壓實及成巖以后仍保持著壓實過程中的最大垂直有效應(yīng)力值 ,則應(yīng) 按加載情況 (曲線 )確定垂直有效應(yīng)力 . 如果由于象水熱增壓或地層剝蝕等原因發(fā)生垂直有效應(yīng)力降低的卸載現(xiàn)象 ,且目

26、前的垂直有效應(yīng)力值仍低于原始壓實過程中曾經(jīng)有過的最大垂直有效應(yīng)力值 ,在進行地層孔隙壓力檢測時應(yīng)該對卸載情況加以考慮 . 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 (3) 新方法的基本思路 地層孔隙壓力檢測新方法的理論基礎(chǔ)是 有效應(yīng)力定理 地層孔隙壓力等于上覆巖層壓力與垂直有效應(yīng)力之差 因此只要設(shè)法求出垂直有效應(yīng)力即可以確定地層孔隙壓力 問題的關(guān)鍵就成為 如何合理求取垂直有效應(yīng)力 只有通過測量其產(chǎn)生的結(jié)果 (如孔隙度的變化 )來間接計算其值 . 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 測井資料檢測地層壓力新方法思路框圖 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 地層孔隙度 測井?dāng)?shù)

27、據(jù)資料 (地層物性數(shù)據(jù) ) 巖石物理學(xué)模型 垂直有效應(yīng)力 飽和多孔介質(zhì)力學(xué)模型 地層孔隙壓力 上覆巖層壓力 巖石力學(xué)實驗?zāi)Ｐ?基于 有 效應(yīng)力定理 思路 (2) 思路 (1) 覆巖層壓力合理確定方法 基于有效應(yīng)力定理的地層壓力確定方法的基礎(chǔ)之一是 上覆巖層壓力 我們采用密度測井資料積分方法求取上覆巖層壓力 . 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 求取模型 回歸與外推模型 應(yīng)用示例 : 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 大 宛 齊 構(gòu) 造 ： 7 3 0 9 5 4 克 拉 蘇 構(gòu) 造 帶 ： 克 孜 勒 努 爾 背 斜 ：依 西 背 斜 ： 2 7 9 8 9 2 依 南

28、 斷 鼻 ： 4 8 9 9 5 4 依深 4 井 區(qū) ： 3 3 1 1 2 8 4 0500100015002000250030003500400045005000550060006500700075002 g/(m)ys 回歸曲線圖 在多個地區(qū)進行了應(yīng)用 ,效果良好 用聲速檢測地層壓力簡單計算方法研究與應(yīng)用 (1) 模型簡介 : 對單一巖性 ,聲速主要是孔隙度和垂直有效應(yīng)力的函數(shù) 其孔隙度又是垂直有效應(yīng)力的函數(shù) 聲速主要是垂直有效應(yīng)力的函數(shù) 實踐表明 ,采用如下形式的線性 指數(shù)組合的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?,可以更合理的描述泥質(zhì)沉積物的聲速與垂直有效應(yīng)力的函數(shù)關(guān)系 : 式中 : 聲速 ; 垂直有效應(yīng)力

29、 ; a,k,b,d - 與地層有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù) . 能很好地反映泥質(zhì)沉積物壓實過程中聲波速度隨垂直有效應(yīng)力的變化 . 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 012345670 波速度(km/s)捷得1井泥巖聲速關(guān)系 e 與地層有關(guān)的模型參數(shù)孔隙壓力上覆壓力；有效應(yīng)力;聲波速度；,;地層孔隙壓力計算模型 a,k,b, 可以根據(jù)上部正常壓實段的聲波速度 利用實測的地層孔隙壓力數(shù)據(jù)及相應(yīng)的聲波時差測井或 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 （ 2）建立孔隙壓力剖面所需資料及步驟 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 地層孔隙壓力

30、 密度測井?dāng)?shù)據(jù) 井徑測井?dāng)?shù)據(jù) 求取泥巖聲波時差 補償聲波 ,井徑 ,巖屑錄井分層 垂直有效應(yīng)力 上覆巖層壓力 處理、積分 速度模型 （ 3）方法的評述 : 不用建立正常趨勢線 ,且主要利用聲波測井資料 ,因此使用起來比較方便 ,易于推廣 精度較傳統(tǒng)的正常趨勢線方法高 . 缺點是對于泥巖以外其它巖性及非欠壓實機制形成的異常高壓情況不太適用 . 幾年來在不同地區(qū)的應(yīng)用效果表明 ,若測井資料質(zhì)量較好 ,且有校正過的巖屑錄井分層巖性資料來區(qū)分巖性 ,該方法的檢測精度是非常高的 . 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 （ 4） 方法的應(yīng)用與效果評價

31、 “ 九五”期間 ,該方法先后在濟陽坳陷、塔里木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、柴達木盆地、南海西部鶯瓊盆地等油田和地區(qū)數(shù)百口井進行了應(yīng)用 ,取得了良好的效果 該方法對于砂泥巖剖面具有良好的適應(yīng)性 . 00 1000 1500 2000 2500 3000深度(m)當(dāng)量密度(g/)W 實測壓力 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 00 1000 1500 2000 2500 3000深度(m)當(dāng)量密度(g/)W 實測壓力 00 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000深度(m)當(dāng)量密度(g/)W 實測壓力 井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 鶯歌海盆地部分井地層孔

32、隙壓力測井檢測結(jié)果與實 測結(jié)果對比表井 號 井深 ( m ) 檢 測 壓 力 系 數(shù) 實 測 壓 力 系 數(shù) 相 對 偏 差 %東方 1111 7 2 6 . 31 9 1 02 6 0 2 . 52 6 2 2 . 51 . 0 3 61. 1 0 11 . 9 351. 9 0 01 . 0 4 01 . 0 7 42 . 0 8 52 . 1 0 20 . 3 8- 2 . 5 07 . 1 99 . 6 0東方 11 3 42 0 7 6 . 5 12 2 5 51 . 0 6 51 . 1 431. 4 8 51 . 0 4 01 . 1 0 01 . 4 9 3- 2 . 4 0-

33、 3 . 9 0- 0 . 5 0東方 11 21 4 5 5 . 51 4 6 1 . 5 51 5 7 61 . 1 191 . 1 041 . 0 3 01 . 1 5 61 . 0 1 61 . 0 1 53 . 2 0- 7 . 9 5- 1 . 4 7東方 1 1 31 2 6 1 . 51 2 9 2 . 51 3 0 4 . 51 3 5 81 4 6 6 . 51 4 8 4 . 41 5 1 31 . 0 6 51 . 0 51 . 0 51 . 0 51 . 0 51 . 0 51 . 0 5 51 . 1 2 51 . 11 . 0 9 31 . 0 61 . 0 4

34、81 . 0 3 21 . 0 2 75 . 3 34 . 5 43 . 9 30 . 0 9 40 . 0 1 9- 1 . 7 1- 2 . 7 2東方 1 1 51 3 2 2 . 51 4 0 4 . 51 4 5 1 . 51 5 1 91 . 0 51 . 0 4 51 . 0 51 . 0 4 51 . 0 2 71 . 0 2 51 . 0 1 41 . 0 2 1- 2 . 2 4- 1 . 9 53 . 5 52 . 3 5東方 1 1 71 3 6 8 . 51 4 2 01 5 2 11 . 0 51 . 0 4 51 . 0 41 . 0 4 21 . 0 1 31

35、. 0 1- 0 . 7 7- 3 . 0 7- 2 . 9 7東方 1 1 88 1 8 . 59 1 41 3 5 31 4 5 71 5 2 6 . 26 8 51 . 0 51 . 0 51 . 0 51 . 0 51 . 0 51 . 0 51 . 0 2 61 . 0 2 21 . 0 8 71 . 0 5 91 . 0 5 61 . 0 2 8- 2 . 3 4- 2 . 7 43 . 4 00 . 8 50 . 5 7- 2 . 1 4東方 1 1 91 2 6 81 4 4 01 4 5 01 . 0 51 . 0 51 . 0 51 . 0 41 . 0 31 . 0 2

36、2- 0 . 9 6 1- 1 . 9 4- 2 . 7 4東方 2 8 1 1 A 1 6 9 0 1 . 4 6 9 1 . 4 - 4 . 9 2樂東 1 5 1 11 5 4 8 . 71 8 2 92 3 4 01 . 0 751 . 0 301 . 5 9 31 . 0 5 51 . 0 5 11 . 61 - 1 . 8 91 . 9 91 . 0 6樂東 2 0 1 11 2 7 71 4 9 01 . 0 91 . 7 1 31 . 0 9 1 . 7 6 5 70 . 0 02 . 9 8注 ： 絕 對 值 平 均 偏 差 ： 2 . 7 1 5 %四、測井資料檢測地層孔隙

37、壓力新方法研究與應(yīng)用 000 2000 3000 4000 5000 6000 7000深度(m)當(dāng)量密度(g/)W 實測壓力 00 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500深度(m)當(dāng)量密度(g/)W 實測壓力 井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 000 2000 3000 4000 5000 6000井深(m)當(dāng)量密度(g/)W 實測壓力 000 2000 3000 4000 5000 6000 7000深度(m)當(dāng)量密度(g/)W 實測壓力 井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 庫車坳陷部分井孔隙壓力 檢 測誤差評價井號 井段 ( m ) 實

38、測 壓 力 ( g / c 檢 測 最 高 壓 力 ( g / c 誤差 ( % )3 4 9 9 - 3 5 3 4 2 . 2 1 6 2 . 0 3 8 - 8 . 0 3 %3 5 6 7 - 3 5 7 2 2 . 1 1 6 2 . 0 3 8 - 3 . 6 8 %3 5 9 0 - 3 5 9 5 2 . 1 1 2 . 0 2 4 - 4 . 0 7 %3 7 1 2 - 3 7 1 4 2 . 0 3 8 2 . 0 8 6 2 . 3 5 %3 7 4 0 - 3 7 5 0 2 . 0 2 2 1 . 9 7 2 - 2 . 4 7 %3 8 0 3 - 3 8 0 9

39、 1 . 9 9 6 1 . 9 4 3 - 2 . 6 6 %3 8 8 8 - 3 8 9 5 1 . 9 4 2 1 . 8 7 8 - 3 . 3 %3 9 2 6 - 3 9 3 8 1 . 9 4 8 1 . 9 1 6 - 1 . 6 4 %4 0 6 6 - 4 0 7 1 1 . 8 9 5 1 . 8 1 3 - 4 . 3 3 %3 6 6 5 - 3 6 9 5 2 . 0 1 2 . 0 7 2 3 . 0 8 %013 7 7 0 - 3 7 9 5 1 . 9 9 2 . 1 1 8 6 . 4 3 % 4 7 7 6 - 4 7 8 5 1 . 7 3 1 .

40、5 8 - 8 . 6 7 % 4 6 8 - 4 4 8 6 1 . 4 7 1 . 5 3 1 4 . 1 5 % 2 0 7 8 - 2 0 8 5 1 . 0 2 3 1 . 0 6 3 . 6 2 % 4 1 0 3 - 4 1 5 0 1 . 3 3 5 1 . 4 3 3 8 . 0 9 % 1 6 8 0 - 1 8 8 4 1 . 4 1 . 4 1 3 0 . 9 3 %3 5 5 4 - 3 6 8 1 1 . 3 9 1 . 2 7 5 - 8 . 2 7 %4 0 7 2 - 4 0 9 3 1 . 3 1 1 . 3 9 6 . 1 1 %4 1 0 6 - 4 1

41、 0 9 1 . 3 1 1 . 3 9 6 . 1 1 %4 1 4 7 - 4 1 6 9 1 . 3 1 1 . 3 0 8 - 0 . 1 5 %Y S H 44 1 9 9 - 4 2 2 0 1 . 3 1 . 2 3 1 - 5 . 3 1 %5 3 4 2 - 5 3 9 3 1 . 0 3 - 1 . 1 0 3 1. 1 2 - 1 . 2 2 8 . 7 - 1 0 . 6 %Y T 15 4 2 8 - 5 4 3 3 1 . 1 0 1 - 1 . 1 0 8 1. 15 4 . 4 - 3 . 8 % 5 7 0 0 1 . 5 1 1 . 4 1 7% 5 5 6

42、 8 - 5 6 2 0 1 . 61 1 . 70 9%檢測平均誤差一般在 6 % 用聲速檢測地層壓力綜合解釋方法研究與應(yīng)用 (1) 問題提出 : 即便是泥巖地層 ,也常有實際聲波時差比正常壓實聲波時差大但地層孔隙壓力仍為靜液壓力的情況 :孔隙度對聲波有影響 ； “簡單計算方法”僅適用于泥巖地層 , 對砂巖、泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖不適用； “簡單計算方法”不適用非欠壓實機制的異常高壓檢測 . 鑒于此 ,研究開發(fā)了一種較為復(fù)雜的適用于砂泥巖地層且不限于欠壓實機制的孔隙壓力檢測模型 ,稱為“綜合解釋方法” . 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 密度測井 聲波時差 (2) 模型的理論與試驗

43、基礎(chǔ) : 巖石是飽和多孔且非完全彈性的介質(zhì) ,聲波在巖石中的傳播速度問題 ,很難象各向同性的理想彈性介質(zhì)那樣完全從理論上得到解決 . 許多人在這方面進行了大量的探索 ,建立了各種模型和計算公式 1986年 )對不同泥質(zhì)含量的大量砂泥巖巖芯進行了室內(nèi)力學(xué)與聲學(xué)特性測試 1989年 )對 提出影響砂泥巖縱波速度的三個主要因素為 :孔隙度、泥質(zhì)含量、有效應(yīng)力 ,并給出了縱波速度的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?: 該模型的意義并不在于它的準(zhǔn)確性 ,更重要的是它的形式 ,它描述了孔隙度、有效應(yīng)力、泥質(zhì)含量對聲波速度的綜合影響規(guī)律 . 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 (3) 模型的建立 : 盡管 國內(nèi)外也尚未見

44、到將此經(jīng)驗?zāi)Ｐ陀糜诘貙訅毫z測的文獻報道 ,但是本文作者經(jīng)幾年的研究認為 ,將上述縱波速度模型用于砂泥巖地層的孔隙壓力檢測是完全可行的 ,理由如下 : 模型考慮因素已比較全面 模型中有效應(yīng)力是現(xiàn)今垂直有效應(yīng)力 ,可避開沉積加載及卸載這一不易確定的難題 . 雖未考慮孔隙流體影響 , 但對孔隙壓力檢測并不會產(chǎn)生很大影響 . 測井技術(shù)有了很大的發(fā)展 ,測井項目的數(shù)量與精度有了很大提高 . 直接使用 但是可以利用研究區(qū)已鉆井的測井、測試等資料回歸建立適合于該地區(qū)的類似聲波速度經(jīng)驗?zāi)Ｐ?,用于地層孔隙壓力檢測 . 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 與地層有關(guān)的模型參數(shù)孔隙壓力上覆壓力；有效應(yīng)

45、力垂直泥質(zhì)含量；孔隙度；聲速；,3210;地層孔隙壓力計算模型 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 計算模型 現(xiàn)場確定模型參數(shù)的步驟 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 試 模型參數(shù)值 或 孔隙度測井或 測試數(shù)據(jù) 聲波時差測井資料 泥質(zhì)含量 孔隙度 多元非線性回歸 上覆巖層壓力與 靜液或?qū)崪y壓力 垂直有效應(yīng)力 聲波速度 （ 4）建立壓力剖面的步驟 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 速度模型 井?dāng)?shù)據(jù) 地層孔隙壓力 覆巖層壓力 隙度測井資料 補償聲波 測井?dāng)?shù)據(jù) 泥質(zhì)含量 隙度 垂直有效應(yīng)力 、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 （ 5）應(yīng)用示例與方法評價 利用

46、該方法對南海西部鶯歌海盆地東方構(gòu)造上的 利用相關(guān)資料確定的該構(gòu)造上的速度模型如下 : 計算時由 由密度測井資料求取地層孔隙度 ,靜液壓力梯度取 g/ . 1 4 61 . 8 7 5 30 . 4 8 5 7 3 0 5 6 7 1 1 1 塔里木地區(qū)迪那構(gòu)造 迪那地區(qū)已鉆的六口井密度測井資料較少 ,不能滿足建立速度模型的需要。經(jīng)過分析對比最終采用大宛 101井的密度等測井資料建立速度模型如下： 式中， km/s； - 孔隙度 ， 0 - 泥質(zhì)含量 ， 0 - 垂直有效應(yīng)力； 2 3 3 6 8 8 5 5 5 pV500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000深

47、度( m )當(dāng)量密度(g/那 201 500 4000 4500 5000 5500 6000 6500深度( m )當(dāng)量密度(g/那 11 迪那 202 500 4000 4500 5000 5500深度( m )當(dāng)量密度(g/000 2000 3000 4000 5000深度(m)當(dāng)量密度(g/拉 201 四、測井資料檢測地層孔隙壓力新方法研究與應(yīng)用 （ 6）綜合解釋方法的評述 “綜合解釋方法”克服了前述“簡單計算方法”的缺陷 ,使用范圍廣 ,精度較高 ,另外若測井資料好 ,對于砂泥巖剖面 ,則利用該方法可以獲得真正連續(xù)的地層孔隙壓力檢測剖面 ,這種連續(xù)的地層孔隙壓力剖面不論對工程還是對地

48、質(zhì)研究都具有重要的參考價值 ,因此該方法具有良好的推廣前景 . 述 目前鉆前預(yù)測只能靠地震層速度 0年代 總結(jié)出了一套用層速度直接計算地層壓力的經(jīng)驗公式 0年代初也開始了這項研究工作 取得了一定的效果 存在一些不足之處 : “直接預(yù)測法”為純經(jīng)驗?zāi)Ｐ停?等效深度法和比值預(yù)測法需建立正常壓實趨勢線； 圖版預(yù)測法是一種比直接預(yù)測法更經(jīng)驗的方法； 影響層速度的因素很多 因此導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果精度不高 . 五、層速度預(yù)測地層孔隙壓力模型研究與應(yīng)用 速度預(yù)測地層孔隙壓力的難點 影響層速度的因素較多 由層速度直接計算出準(zhǔn)確的地層孔隙壓力 . 層速度分辨率比較低且有誤差 高預(yù)測精度的關(guān)鍵 地震速度資料的品質(zhì)與速度

49、的合理拾取方法； 壓力預(yù)測數(shù)學(xué)模型的可靠性； 鉆探程度及對研究區(qū)地質(zhì)情況的認識程度 . 五、層速度預(yù)測地層孔隙壓力模型研究與應(yīng)用 高預(yù)測精度的途徑 1 提高原始地震資料的準(zhǔn)確性 : 提高地震數(shù)據(jù)采集和解釋精度 有井的地方采用井約束反演技術(shù)求取層速度； 利用 校正深度及層速度 . 2 開發(fā)合理的預(yù)測模型 : 地震層速度預(yù)測地層孔隙壓力作為一種方法已使用了多年 所謂不同的預(yù)測方法 ,是指由層速度計算地層孔隙壓力模型的不同 不同的模型有不同的算法 ,繁簡程度、使用條件都有所不同 ,因此預(yù)測精度也有差異 預(yù)測模型的合理與否就成為預(yù)測精度高低的關(guān)鍵所在 . 五、層速度預(yù)測地層孔隙壓力模型研究與應(yīng)用 種單

50、點計算模型的研究與應(yīng)用 1 模型簡介 : 所謂單點計算模型 ,指的是在由層速度計算地層孔隙壓力時 ,層速度和地層孔隙壓力之間為簡單的一一對應(yīng)關(guān)系 ,即一個層速度點對應(yīng)一個地層孔隙壓力點 ,速度高算出的地層孔隙壓力低 ,速度低算出的地層孔隙壓力高 ,不考慮其它影響層速度的因素以及上下地層間的邏輯關(guān)系 則可以忽略砂巖或其它巖性夾層的影響 ,若異常高壓成因以欠壓實機制為主 ,單點算法有比較高的精度 . 在以上假設(shè)條件下 ,與前面介紹的利用聲速測井資料的情況類似 ,不同的是在鉆井后 ,巖性是已知的 ,但鉆前利用層速度數(shù)據(jù)預(yù)測地層孔隙壓力時 ,地層巖性不是完全確定的 . 五、層速度預(yù)測地層孔隙壓力模型研究與應(yīng)用 對于以泥巖