地层压力系数设计方法

技术领域

本发明涉及一种地层压力系数设计方法，属于钻井地质设计领域。

背景技术

目前，钻井地质设计中地层压力系数的设计主要是直接使用邻井实测地层压力系数数据。或是根据邻井钻井过程中使用的钻井液密度结合钻遇的油气水漏显示情况推测，推测值为邻井在钻遇气侵、井漏等强烈显示后，经现场处理恢复正常钻进后的钻井液密度减去安全附加值0.07～0.15g/cm

采用上述现有常规地层压力系数设计方法单一且精度低，主要原因在于：1、直接使用邻井的地层压力系数实测数据，其数值相对固定，准确性难以保障。2、依据邻井钻井过程中的钻井液密度和显示情况进行推测，推测过程中用到的安全附加值为范围值，选取中主观因素大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种地层压力系数设计方法。本发明是一种基于基础地质参数(钻前可获取，如地层垂深、垂厚、周边断层参数等)的地层压力系数定量计算方法，采用开放式模型，实用性更强。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种地层压力系数设计方法，其特征在于：以垂深和垂厚为基础，分别建立有效垂向压力计算方法、正常压力趋势孔隙度计算方法、异常压力趋势孔隙度计算方法，整合各计算方法，建立地层压力计算模型；再结合区域内已钻井资料，通过模型推导和数据拟合，确定模型关系和模型系数，形成地层压力系数设计方法。

所述地层压力系数设计方法具体包括如下步骤：

a、根据区域内地表地层至目标层测井密度变化特征，按层位求取密度平均值，建立有效垂向压力计算方法；

b、将区域内上覆地层垂深与上覆地层孔隙度进行相关性分析，拟合出正常压力趋势孔隙度计算方法；

c、将区域内目标层垂深和垂厚与目标层孔隙度进行相关性分析，分别建立斜率和截距的相关公式；并将拟合得到的斜率与截距计算方法进行整合，结合目标层垂深和垂厚形成异常压力趋势孔隙度计算方法；

d、整合正常压力趋势孔隙度计算方法和异常压力趋势孔隙度计算方法，结合有效垂向压力计算方法，建立地层压力计算模型；

e、通过公式推导，结合区域已钻井资料，以相关性最好为目标，优选出模型关系和模型系数；

f、根据得到的模型关系和模型系数，形成地层压力系数设计方法。

所述步骤a中，有效垂向压力计算方法为：

式1中，S

所述步骤b中，正常压力趋势孔隙度计算方法为：

φ

式2中，φ

所述步骤c中，建立的斜率和截距的相关公式为：

式3中，a为垂深与孔隙度相关趋势之斜率，b为垂深与孔隙度相关趋势之截距，T为目标层垂厚，x

所述步骤c中，异常压力趋势孔隙度计算方法为：

φ

式4中，φ

所述步骤d中，建立的地层压力计算模型为：

式5中，P

所述步骤e中，对式5进行推导，并加入系数K

结合区域已钻井资料，拟合出系数K和λ，得到地层压力计算模型。

所述步骤f中，根据地层压力和静水压力的关系，形成地层压力系数设计方法为：

式(7)中，C

采用本发明的优点如下：

1、本发明形成了一种基于基础地质参数(钻前可获取，如地层垂深、垂厚、周边断层参数等)的地层压力系数定量计算方法。现有地层压力系数设计，主要是直接使用邻井实测地层压力系数或依据邻井钻井过程中的钻井液密度和显示情况推测。本发明中，以地层垂深与垂厚等钻前可以获取的地质参数为基础，分别建立有效垂向压力计算方法、正常压力趋势孔隙度计算方法、异常压力趋势孔隙度计算方法并有效整合，形成定量化的地层压力系数设计方法。

2、本发明中采用开放式模型，与现有采用指数模型相比，本发明具有更高的模型符合率。

现有技术中是地层压力与(1-异常压力趋势孔隙度)/(1-正常压力趋势孔隙度)为指数关系。本发明中，地层压力与(1-异常压力趋势孔隙度)/(1-正常压力趋势孔隙度)的相关关系采用开放式模型，实际操作中可进行调整，提升方法的实用性。

3、利用本发明成果进行地层压力系数设计，地层压力系数设计准确率由45.2％提升至77.4％。

附图说明

图1为步骤b中正常压力趋势孔隙度计算公式和系数拟合图；

图2为步骤c中异常压力趋势孔隙度计算公式和系数拟合图；

图3为模型关系和模型系数图。

具体实施方式

实施例1

本发明以垂深和垂厚为基础，分别建立了有效垂向压力、正常压力趋势孔隙度、异常压力趋势孔隙度的计算方法；整合各方法，建立地层压力计算模型；再结合区域内已钻井资料，通过模型推导和数据拟合，确定模型关系和系数，形成地层压力系数设计方法。

本发明根据地层垂深与异常压力趋势孔隙度的数据分布特征，显示出不同垂深位置，孔隙度与垂深之间的相关趋势有变化且具有规律性，于是引入地层垂厚参数调整为二元线性模式。

本发明根据地层压力计算模型，结合区域内已钻井资料进行模型推导和数据反演，得到模型关系和模型系数。模型关系和模型系数以相关性最好为目标进行优化，且模式不固定。

以下对本发明的方法进行说明，具体包括如下步骤：

a、根据区内地表地层至目标层测井密度变化特征，按层位求取密度平均值，建立有效垂向压力计算方法为：

式(1)中，S

b、将区内上覆地层垂深与上覆地层孔隙度进行相关性分析，拟合出正常压力趋势孔隙度计算方法，即基于地层垂深的孔隙度计算方法为：

φ

式(2)中，φ

c、将区内目标层垂深和垂厚与目标层孔隙度进行相关性分析，分别建立斜率和截距的相关公式为：

式(3)中，a为垂深与孔隙度相关趋势之斜率，b为垂深与孔隙度相关趋势之截距，T为目标层垂厚，x

并将拟合得到的斜率与截距计算方法进行整合，结合目标层垂深和垂厚形成异常压力趋势孔隙度计算方法为：

φ

式(4)中，φ

d、整合有效垂向压力计算方法(式1)、正常压力趋势孔隙度计算方法(式 2)、异常压力趋势孔隙度计算方法(式4)，通过公式推导并结合地层压力测试资料拟合出公式系数，形成地层压力计算模型为：

对式5进行推导，并加入系数K

式6为乘幂公式y＝a·x

结合区域已钻井资料，拟合出系数K和λ，得到地层压力计算模型。

根据地层压力和静水压力的关系，形成地层压力系数设计方法为：

式(7)中，C

实施例2

本实施例结合附图对本发明的方法进行说明，具体包括：

1、根据地层垂深与地层孔隙度的相关性分析结果，建立正常压力趋势孔隙度计算方法(图1)；

正常压力趋势孔隙度＝113.57×垂深

2、根据地层垂深、垂厚与地层孔隙度的相关性分析结果，建立异常压力趋势孔隙度计算方法。由于不同深度孔隙度变化趋势不一致，将地层垂深和垂厚作为因子建立了二元方法(图2)；

异常压力趋势孔隙度＝90.1+0.17×垂深

3、整合正常压力趋势孔隙度计算方法和异常压力趋势孔隙度计算方法，结合有效垂向压力计算方法，建立地层压力计算模型；

4、通过公式推导，结合区域已钻井资料，以相关性最好为目标，优选出模型关系和模型系数K、λ或系数m、n(图3)；

5、根据得到的模型关系和模型系数，形成地层压力系数设计方法。

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