即平均应力为
[0059]
[0060] 其中〇χ，％和〇z分别为x、y和ζ方向的三个主应力。同时可令P f = dP，〇 = d σ，那么 σ = Pf/B，代入式（1 一18)
[0061] a Pf = Pov- 〇 (1-18)
[0062] 即可得到一个新的地层孔隙流体压力的计算模型
[0063]
[0064] 在这里只需求取上覆地层压力POT、有效应力系数α和Skempton系数Β就可以估 算地层的孔隙压力。
[0065] 本发明的基于岩石物理学参数计算地层压力（地层孔隙流体压力）的方法，通过 Skempton系数B (Skempton, 1954)建立地层压力和岩石平均应力的关系，在一般情况下，围 岩的平均应力可等效为岩石的有效应力，结合多孔介质有效应力原理来计算地层压力，最 终计算地层压力只需求取三个关键的参数，即上覆地层压力P OT、有效应力系数ct (Biot和 Willis, 1957 ;也称Biot系数）和Skempton系数B，就能估算地层孔隙流体压力。该方法 的实现过程，需要求取两个关键的参数，有效应力系数α和Skempton系数B，并且巧妙地运 用Skempton系数B和多孔介质有效应力原理建立新的地层压力预测模型。该方法从岩石 物理学理论出发，根据地层的纵波测井速度V P，横波测井速度Vs，测井密度P和孔隙度Φ 可有效地估算地层的孔隙流体压力。
[0066] 对于有效应力系数ct和Skempton系数B的求取涉及到干岩体积模量Kdry和岩石 基质物质（颗粒）的体积模量Km的求取。在实际应用中，常常借助实验室手段来测量有效 应力系数α，实际上是测量干岩体积模量Kd"和岩石基质物质（颗粒）的体积模量Km的比 值7^。在这里由GaSSmann方程（GaSSmann，1951)推导出干岩体积模量和岩石基质物 Ιζ 质（颗粒）的体积模量ΚΜ的比值的表达式，再根据V-G-H模型计算矿物（颗粒）成分 的有效体积模量Km，Wood模型计算地层孔隙流体的体积模量Kf，可求出^之值，进一步 可求取有效应力系数α和Skempton系数B。
[0067] 本发明的方法，适用于混合岩性和单一岩性，不依赖于传统的泥岩或页岩的欠压 实理论来进行地层的压力估算，计算得到的地层压力更逼近于地层的真实压力。这种方法 计算地层压力的精度依赖于地层的纵波速度V P、横波速度、、密度P和孔隙度Φ测井数据 的精度，特别是地层孔隙度Φ的计算精度。随着测井技术的进步，这种方法计算地层压力 将会在油气田勘探开发中发挥巨大的作用，产生巨大的经济效益。
【附图说明】
[0068] 图1为本发明的基于岩石物理学参数计算地层压力的方法的一具体实施例的流 程图
[0069] 图2为根据V-G-H模型计算矿物（颗粒）成分的有效体积模量ΚΜ
[0070] 图3为本发明方法计算的Yil86井有效应力系数a (Biot系数）和Skempton系 数B分析图
[0071] 图4为本发明方法计算的Yil86井地层压力预测分析图
【具体实施方式】
[0072] 为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施 例，并配合所附图式，作详细说明如下。
[0073] 如图1所示，图1为本发明的基于岩石物理学参数计算地层压力的方法的流程图。 在步骤101，准备需要的测井数据（包括地层的纵波速度V P、横波速度、、密度P和孔隙度 Φ测井数据。流程进入到步骤102。
[0074] 在步骤102,由测井数据计算饱和岩石（湿岩）的体积模量KTOt，根据V-G-H模型 计算矿物（颗粒）成分的有效体积模量K^Wood模型计算孔隙流体的体积模量K f。流程进 入步骤103。
[0075] 在步骤103,根据Gassmann方程推导得到的'的表达式计算之值来计算有 ??^Λ 效应力系数a (Biot系数）和Skempton系数Β。在这里·α和Β可分别表示：
[0076]
[0077]
[0078]
[0079] 式中：KdlT为干岩体积模量，KTOt为饱和岩石的体积模量（湿岩），K ma为岩石基质物 质（颗粒）的体积模量，Kf为孔隙流体的体积模量，Φ为岩石的孔隙度；dP为孔隙流体压 力，do为平均应力。
[0080] 根据步骤102中计算的Kwet、Kma和Kf可计算有效应力系数α和skempton系数B。 流程进入到步骤104。
[0081] 在步骤104,根据Skempton系数B和多孔介质有效应力原理推导出一种新的地层 压力计算方法表达式：
[0082]
[0083] 式中：Pf为孔隙流体压力，POT为上覆地层压力，α为有效应力系数，B为Skempton 系数。
[0084] 由此可根据上覆地层压力POT(由上覆地层的平均密度计算），有效应力系数α和 Skempton系数Β估算地层压力。图2是根据纵波测井速度VP，横波测井速度Vs，测井密度 P和孔隙度Φ先求出饱和岩石（湿岩）的体积模量KTOt，再根据V-G-H模型反求岩石基质 物质（颗粒）的体积模量Κ Μ。图3是由本发明方法计算的Yil86井有效应力系数a (Biot 系数）和Skempton系数B分析图，计算结果与理论界定的取值范围非常吻合。图4是本发 明方法计算的Yil86井地层压力预测分析图，Yil86井有5个测压点，其中①、③、④、⑤是 测的砂岩的地层压力，②是测的泥页岩的地层压力。从预测结果看，Yil86井的地层压力分 布复杂，首先测压①和③实测地层压力大于钻井泥浆比重，这在钻井中是不允许的，说明实 测压力有时也具有较大的误差；其中测压处①的实测压力与预测结果吻合得很好，但是与 钻井泥浆比重相矛盾；实测压力②、④、⑤与预测结果吻合得很好，同时可以看出，这些超压 都是来自薄层，根据钻井和录井资料分析，超压②是来自泥页岩，超压①是来自泥岩夹层中 的薄砂岩，超压③、④、⑤是来自膏盐岩夹层中薄层砂岩。这些地层压力在纵向上具有跳跃 的特征，不是连续递增或连续递减。图4的预测结果，非常真实地反映了地层压力的变化， 继续提高预测结果，需要提高测井数据的精度，特别是对地层孔隙度的解释。因为在石油勘 探开发中，目前只是对储层的孔隙度进行重点地解释和分析，对于非储层的孔隙度的解释 一般并不重视，特别是对渗透性极低的泥岩或页岩的孔隙度的解释，往往人为给定一个很 小的数值或者认为泥岩或页岩的孔隙度为零。实际上泥岩或页岩的孔隙度是不为零的，因 此孔隙度的计算对这项发明进行地层压力预测继续提高精度非常重要。这项发明有望促进 岩石物理学和测井技术的发展。
【主权项】
1. 基于岩石物理学参数计算地层压力的方法，其特征在于利用地层的纵波速度VP、横 波速度vs、密度P和孔隙度Φ测井数据，并按如下步骤： 步骤1，利用Gassmann方程推导出干岩体积模量KdlT和岩石基质物质的体积模量Kma的 比值上的表达式； 人⑴， 步骤2,根据V-G-H模型计算矿物成分的有效体积模量ΚΜ，Wood模型计算孔隙流体的 体积模量Kf，求取ft之值，由此求取有效应力系数α和Skempton系数B ; 步骤3,根据Skempton系数B和多孔介质有效应力原理推导出地层压力计算方法，并且 根据有效应力系数α和Skempton系数B估算地层压力。2. 根据权利要求1所述的基于岩石物理学参数计算地层压力的方法，其特征在于，在 步骤1中，利用Gassmann方程推导出干岩体积模量K d"和岩石基质物质的体积模量Km的 比值^I的表达式： 式中：KdlT为干岩体积模量，KTOt为饱和岩石的体积模量，Kma为岩石基质物质的体积模 量，Kf为孔隙流体的体积模量，Φ为岩石的孔隙度。3. 根据权利要求1或2所述的基于岩石物理学参数计算地层压力的方法，其特征在于， 在步骤2中，已知饱和岩石的体积模量Kret，根据V-G-H模型来反求岩石基质物质的体积模 量Κ Μ，基本算法由下面公式表示： 由V-R-H模量模型估算岩石基质物质的体积模量1^: ΚΜ的下界为 κ…人具(卜 R H κΜ的上界为 r -Κ祕 iV'·'一............................ 求平均 Kna= (Kr+Kv)/2 同时在步骤2中根据Wood模型计算地层孔隙流体的体积模量Kf，再由Km和Kf计算 (v： 由此可求出之值，即可求取有效应力系数α。4.根据权利要求3所述的基于岩石物理学参数计算地层压力的方法，其特征在于，在 步骤2中，根据求取的之值来估算Skempton系数B，其基本算法由下面公式表示： is.sn' dP I da k\ K '-u 式中：dP为孔隙流体压力，d〇为平均应力。5.根据权利要求4所述的基于岩石物理学参数计算地层压力的方法，其特征在于，在 步骤3中，根据Skempton系数B和多孔介质有效应力原理推导出一种新的地层压力计算方 法，其表达式： |> 一………… f "7 η :| :ct十一! t 式中：Pf为孔隙流体压力，POT为上覆地层压力，Ct为有效应力系数，B为Skempton系 数。由此可根据上覆地层压力，有效应力系数α和Skempton系数B估算地层压力。
【专利摘要】一种基于岩石物理学参数计算地层压力的方法，利用地层的纵波速度VP、横波速度VS、密度ρ和孔隙度φ测井数据，并按如下步骤：利用Gassmann方程推导出干岩体积模量Kdry和岩石基质物质的体积模量Kma的比值；根据V-G-H模型计算矿物成分的有效体积模量Kma，Wood模型计算孔隙流体的体积模量Kf，求取有效应力系数α和Skempton系数B；根据Skempton系数B和多孔介质有效应力并且根据有效应力系数α和Skempton系数B估算地层压力。本方法适用于混合岩性和单一岩性，不依赖于传统的泥岩或页岩的欠压实理论来进行地层的压力估算，计算得到的地层压力更逼近于地层的真实压力。
【IPC分类】G01V1/50, G06F19/00
【公开号】CN105468886
【申请号】CN201410449066
【发明人】王鸿升, 贺洋洋, 王兴谋, 闫昭岷, 冯德永, 宫红波
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2014年9月4日