一种基于综合指数法的井漏评估方法与流程

1.本发明属于石油勘探开发钻井工程领域，特别的涉及一种岩石力学参数与裂缝数据相结合评估井漏风险的方法。


背景技术：

2.本发明提供一种基于综合指数法评估井漏风险的方法，涉及石油勘探开发钻井工程领域。井漏是钻井工程中的技术难题，井漏的发生不仅提高了钻井作业成本，增加了钻井作业风险，延长了钻井工期，影响了勘探开发进度。因此，如何提前预测井漏对于保障钻井施工安全和提高钻井作业效率有着重要意义。引起井漏的主要因素包括：
①
钻穿孔洞或多孔隙地层；
②
钻穿裂缝带或断层；
③
泥浆循环压力超过地层破裂压力；
④
快速下钻或超速下套管。前3个因素与地层的特性有关，是可以提前预测的。第4个因素则与工程有关，无法提前预测，后面将不作考虑。利用钻井和录井的地层压力、钻井液出口流量和泥浆总池体积的变化可以实时监测井漏的发生，但是无法提前预测井漏进行钻前预警。而通过地震手段基本可以提前预测前3个原因引起的井漏。绝大部分井漏与地层裂缝有关，裂缝性井漏具有漏失量大、堵漏时间长及堵漏效率低的特点。目前通过地震手段预测井漏的常规方法基本上也都是以研究裂缝发育情况为主，但是并非所有裂缝发育程度高的地方都会发生井漏，也不是所有裂缝发育程度低的地方都不会发生井漏。裂缝不是影响井漏的唯一因素，还有多孔隙和地层破裂。因此为了在钻前更加准确地对井漏进行预警，需要探索更准确有效的井漏风险评估新方法。
3.目前常规的井漏风险评估方法以研究裂缝发育情况为主，利用地震资料预测裂缝的方法较为成熟。但是，一方面利用地震预测裂缝，受地震资料的影响，预测的精度不够，会导致评估井漏的效果不理想；另一方面仅根据裂缝预测的结果评估井漏风险还是与已钻井实际井漏发生的情况存在较大的差异。此外，长期以来，由于对井漏地质认识不足，井漏预防和处理缺乏有效技术支撑。由引起井漏的因素可知，除了裂缝，还有多孔隙和地层破裂与井漏有关。根据研究区的地质特征，目的层段低孔、低渗、横向非均质性强、油层薄，井漏的主要因素为裂缝和地层破裂。地层的破裂压力与岩石力学性质脆性有关，岩石力学参数杨氏模量可以表征岩石脆性，杨氏模量越高，破裂压力则越小，井漏风险越高。因此，综合裂缝发育情况和岩石力学性质对井漏的评估更加准确。根据测井数据计算的裂缝发育情况，结合岩石力学参数和其他测井资料，实现薄弱(裂缝)井段预测，为井漏的“避”“防”“堵”提供技术支撑。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于综合指数法的井漏评估方法。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
6.一种基于综合指数法的井漏评估方法，包括以下步骤：
7.步骤一、裂缝参数计算；包括影响双侧向幅度值高低的裂缝参数和影响双侧向差异大小的裂缝参数，影响双侧向幅度值高低的裂缝参数包括裂缝数量、裂缝开度、裂缝的径向延伸程度；影响双侧向差异大小的裂缝参数包括裂缝倾角、裂缝开度、裂缝孔隙度、裂缝渗透率和裂缝线密度；
8.步骤二、计算岩石力学参数；岩石力学参数包括杨氏模量和泊松比；
9.步骤三、测井数据选取；将基于步骤一和步骤二得到的参数分为两类，其中一类是与井漏风险呈正比，参数越大越容易发生井漏；另一类是与井漏风险呈反比，参数越小越容易发生井漏；
10.步骤四、对前述步骤得到的原始参数数据进行数据归一化处理；
11.步骤五、采用综合指数法计算井漏风险；
12.步骤六、建立井漏风险评估模型及分级评价标准。
13.进一步的，步骤一种裂缝参数的计算方法如下：
14.①
裂缝倾角；
[0015][0016][0017]
其中，y表示裂缝倾角参数；rd表示深侧向电阻率，单位：ω.m；rs表示浅侧向电阻率,单位：ω.m。
[0018]
②
裂缝开度；
[0019]
低角度缝和网状缝：
[0020]
对于高角度缝(》70
°
)：其中，d表示裂缝开度，单位：毫米(mm)；rd表示深侧向电阻率，单位：ω.m；rs表示浅侧向电阻率,单位：ω.m；rb表示基岩块电阻率，单位：ω.m；kr表示深浅侧向畸变系数,深浅侧向电阻率畸变系数描述不同产状裂缝的差异性：水平裂缝的kr在0.7～0.8范围内；垂直裂缝kr在1.7～2.0范围内，但是对于多组系垂直裂缝kr值减小到1.1～1.3，无量纲常量；rm表示钻井液电阻率，又称泥浆电阻率，单位：ω.m。
[0021]
③
裂缝孔隙度；
[0022][0023]
其中，φf表示裂缝孔隙度；rd表示深侧向电阻率，单位：ω.m；rs表示浅侧向电阻率,单位：ω.m；mf表示裂缝指数，取值为1.1；kr表示深浅侧向畸变系数，无量纲量；rm表示钻井液电阻率，又称泥浆电阻率，单位：ω.m。
[0024]
④
裂缝渗透率；
[0025][0026]
其中，kf表示裂缝渗透率，单位：md；d表示裂缝开度，单位：mm；φf表示裂缝孔隙度。
[0027]
⑤
裂缝线密度；
[0028][0029]
其中，df表示裂缝线密度，单位：条/m；kf表示裂缝渗透率，单位：md；φf表示裂缝孔隙度。
[0030]
进一步的，步骤二中杨氏模量和泊松比，计算公式如下：
[0031]
①
杨氏模量
[0032][0033]
②
泊松比
[0034][0035]
其中，ed为杨氏模量，单位：mpa；μd为泊松比，无量纲量；ρ为岩石密度，单位：kg/m3；δt
p
和δts分别为横波时差和纵波时差，单位：μs/ft。
[0036]
进一步的，步骤四中数据归一化处理过程中的模型选取离差标准化模型，对原始参数数据进行线性变换，使归一化后数据结果值映射到[0-1]之间；转换函数如下：
[0037]
x
normalization
＝(x-min)/(max-min)
[0038]
其中，x
normalization
表示归一化后数据；x表示原始参数数据；max表示原始参数数据中最大值； min表示原始参数数据中最小值；数据归一化处理的过程借助matlab软件进行编程实现。
[0039]
进一步的，步骤五中通过构建一个井漏风险评估综合指数l公式以计算井漏风险，井漏风险评估综合指数l计算公式如下：
[0040]
l＝a*r
x
+b*ry/c*rz[0041]
其中，r
x
、ry表示与井漏风险呈正相关的参数，即：r
x
与ry值越大，越容易发生井漏；rz表示与井漏风险呈负相关的参数，即：rz值越大，越不容易发生井漏；a，b，c为各参数的权重值，表示各参数对于井漏风险发生的影响程度。
[0042]
进一步的，步骤六中将井漏风险分为低、低-中、中-高和高共4个等级，低和低-中风险表示井漏发生的概率较低，高和中-高风险表示井漏发生的概率较高；低井漏风险的井漏综合指数范围是指在该范围内小于25％的样本点发生井漏；低-中井漏风险的井漏综合指数范围是指在该范围内有25％～50％的样本点发生井漏；中-高井漏风险的井漏综合指数范围是指在该范围内有50％～80％的样本点发生井漏；高井漏风险的井漏综合指数范围是指在该范围内大于80％的样本点发生井漏；井漏风险的分级及其分级标准根据研究区的具体情况而定。
[0043]
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
[0044]
1.本发明是通过对钻井井漏、裂缝、岩石物理的综合分析，形成了利用测井数据与利用叠后反演预测岩石力学参数杨氏模量、泊松比相结合的一种评估井漏风险的新方法——井漏综合指数法。绝大部分井漏与地层裂缝和地层破裂有关，裂缝性井漏具有漏失量大、堵漏时间长及堵漏效率低的特点。该方法同时反映了裂缝和地层破裂对井漏的影响，并建立了井漏综合指数风险评估模型及分级评价标准，并提出钻井应对措施。该方法考虑
岩石力学因素的影响，与3种常规仅用裂缝评估井漏风险的相干分析、曲率和蚂蚁追踪法相比，能更好地评估井漏，可避免利用单一因素进行井漏风险评估所产生的井漏误判和漏判。对钻井作业过程中井漏风险的预测、预防以及井漏的处理提供可信度较高的判断依据，从而降低作业风险、提高作业时效，具有较高的社会效益和经济效益。
[0045]
2.本发明方法中对原始数据经过数据标准化处理后，各指标处于同一数量级，适合进行综合对比评价；且数据归一化处理的过程可以借助matlab软件编程实现，提高数据处理的效率，对于钻井过程中大量的参数数据可以及时处理与分析。
[0046]
3.发明技术方案充分考虑影响井漏的两种主要因素——裂缝和地层破裂，克服常规利用地震裂缝预测评估井漏风险的方法效果不佳的问题，围绕井漏综合指数建立了一套井漏综合指数风险评估模型及分级评价标准，基于井漏综合指数的井漏风险评估方法能有效评估储层低孔、低渗、横向非均质性强及水平井钻井地区的井漏风险，为油田现场钻井井漏评估，特别是水平井钻井轨迹优化提供了新的手段，是一种由以往定性认识和经验主义发展到定量分析的井漏评估新方法。
[0047]
4.本发明方法可操作性强，可以根据钻井过程中实际情况以及相关参数的变化及时调整计算方式与分级评价标准，且可以进行流程化应用，对于随钻过程中井漏风险可以及时评价，以便现场人员及时提出堵漏措施，对于降低钻井成本、缩短钻井周期具有重要的意义。
附图说明
[0048]
图1为实施的步骤流程图。
[0049]
图2a至图2c为单井的综合曲线效果图。
[0050]
图3为已钻井统计样本点分布直方图。
具体实施方式
[0051]
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0052]
本发明提供一种基于模糊数学评价模型创新性分析裂缝性漏失的方法，见图1，具体包括如下步骤：
[0053]
步骤一、计算裂缝参数；
[0054]
利用深、浅双侧向测井定量计算裂缝密度、倾角、开度、孔隙度及渗透率等，完成测井数据对裂缝参数统计及分析。将已钻井段的深浅电阻率数据提取出来，采用matlab编程方法计算裂缝参数，将计算结果保存。
[0055]
井壁上裂缝的存在会造成井壁介质的各向异性，影响深浅双侧向的导电特性。由于裂缝在井壁上的产状、分布和发育程度不同，对深浅双侧向导电特性的影响程度也不同。研究认为，影响双侧向幅度值高低的因素主要是裂缝的数量、张开度、裂缝的径向延伸程度等，而影响双侧向差异大小的主要因素是裂缝的产状。利用深、浅双侧向测井定量计算裂缝密度、倾角、开度、孔隙度及渗透率等，完成测井数据对裂缝参数统计及分析，计算方法如公式(1) (2)(3)(4)(5)(6)所示：
[0056]
①
裂缝倾角；
[0057][0058][0059]
其中，y表示裂缝倾角参数；rd表示深侧向电阻率，单位：ω.m；rs表示浅侧向电阻率,单位：ω.m。
[0060]
②
裂缝开度；
[0061]
低角度缝和网状缝：
[0062]
对于高角度缝(》70
°
)：其中，d表示裂缝开度，单位：毫米(mm)；rd表示深侧向电阻率，单位：ω.m；rs表示浅侧向电阻率,单位：ω.m；rb表示基岩块电阻率，单位：ω.m；kr表示深浅侧向畸变系数,深浅侧向电阻率畸变系数描述不同产状裂缝的差异性：水平裂缝的kr在0.7～0.8范围内；垂直裂缝kr在1.7～2.0范围内，但是对于多组系垂直裂缝kr值减小到1.1～1.3，无量纲常量；rm表示钻井液电阻率，又称泥浆电阻率，单位：ω.m。
[0063]
③
裂缝孔隙度；
[0064][0065]
其中，φf表示裂缝孔隙度；rd表示深侧向电阻率，单位：ω.m；rs表示浅侧向电阻率,单位：ω.m；mf表示裂缝指数，取值为1.1；kr表示深浅侧向畸变系数，无量纲量；rm表示钻井液电阻率，又称泥浆电阻率，单位：ω.m。
[0066]
④
裂缝渗透率；
[0067][0068]
其中，kf表示裂缝渗透率，单位：md；d表示裂缝开度，单位：mm；φf表示裂缝孔隙度。
[0069]
⑤
裂缝线密度；
[0070][0071]
其中，df表示裂缝线密度，单位：条/m；kf表示裂缝渗透率，单位：md；φf表示裂缝孔隙度。
[0072]
进一步的，步骤二中杨氏模量和泊松比，计算公式如下：
[0073]
①
杨氏模量
[0074][0075]
②
泊松比
[0076][0077]
其中，ed为杨氏模量，单位：mpa；μd为泊松比，无量纲量；ρ为岩石密度，单位：kg/m3；δtp和δts分别为横波时差和纵波时差，单位：μs/ft。
[0078]
步骤二、计算岩石物理参数；
[0079]
岩石物理参数的计算主要通过纵波速度、横波速度以及岩石密度通过公式计算获取，杨氏模量和泊松比考虑地层破裂对井漏的影响，表征岩石脆性，反映地层破裂压力，计算公式如(7)、(8)所示：
[0080]
①
杨氏模量
[0081][0082]
②
泊松比
[0083][0084]
其中，ed为杨氏模量，单位：mpa；μd为泊松比，无量纲量；ρ为岩石密度，单位：kg/m3；δt
p
和δts分别为横波时差和纵波时差，单位：μs/ft。
[0085]
步骤三、测井参数选取
[0086]
在上述步骤计算的各参数的基础上，结合其他相关的与井漏关系较为密切的测井参数，选取其中与井漏风险相关性较强且数据完整性好的参数，将上述参数分为两类：一是与井漏风险呈正比，参数越大越容易发生井漏；二是与井漏风险呈反比，参数越小越容易发生井漏。
[0087]
在该实例中，通过对测井曲线以及实际井漏点的统计与分析，选取杨氏模量、gr值以及裂缝开度作为评估井漏风险的参数，这三个参数在井漏点处均有异常高值出现，且与井漏风险呈正相关，即数值越大，越容易发生井漏。
[0088]
步骤四、数据归一化处理
[0089]
数据归一化处理是数据处理的一项基础工作，上述步骤中的数据具有不同的量纲和量纲单位，会存在“大数吃小数”问题，这样的情况会影响到数据分析的结果，为了消除指标之间的量纲影响，需要进行数据标准化处理，归一化处理使数据地位一致，解决了数据指标之间的可比性。原始数据经过数据标准化处理后，各指标处于同一数量级，适合进行综合对比评价。本实施例中数据归一化处理的模型选取离差标准化模型，对原始数据的线性变换，使结果值映射到[0-1]之间。转换函数如下：
[0090]
x
normalization
＝(x-min)/(max-min)
[0091]
其中，其中，x
normalization
表示归一化后数据；x表示原始参数数据；max表示原始参数数据中最大值；min表示原始参数数据中最小值；
[0092]
在本实施例中，为了消除参数数值大小以及量纲的影响，需要对各参数进行数据归一化处理，采用matlab编程对所有参数进行归一化处理，处理部分代码如下所示：
[0093]
def maxminnormalization(x,max,min):
[0094]
x＝(x-min)/(max-min)；
[0095]
return x；
[0096]
步骤五、综合指数法评估井漏风险
[0097]
在该实例中，这3个参数的变化与井漏风险成正比，越大就越容易发生井漏。因此，构建了井漏风险评估综合指数公式：
[0098][0099]
其中，num
井漏
表示井漏综合指数，其他参数含义与上述保持一致。
[0100]
这里，根据实际井漏点统计以及井漏原因的初步分析，取权重值a＝0.2，b＝0.5，c＝0.3。
[0101]
以工区中已钻井段测井数据进行计算，得到单井井漏综合曲线，如图2a至图2c所示，其中井漏点已在图上标明，当发生井漏风险时，综合曲线上表现为异常高值。
[0102]
步骤六、建立井漏风险评估模型及分级评价标准
[0103]
统计实际井漏点漏速与综合指数数值关系以及井漏发生的概率，建立该工区井漏风险评级评价标准。井漏点统计表如下表1所示，其中综合指数在实际漏失点处大多呈现高值，对表中漏失点的综合指数进行量化统计，统计结果如图3所示，根据图中显示的综合指数的大小以及实际井漏的情况，可以建立井漏分级评估标准，如表2所示。根据风险等级的不同，工程上采取避钻、小参数钻进、提前加入随钻堵漏材料或备堵漏浆等应对措施，可有效降低漏失风险。如，对于井漏风险高的井，可采用避钻、小参数钻进、加随钻堵漏材料、备堵漏浆等措施进行应对，对于井漏风险中等的井，可采用小参数钻进、加随钻堵漏材料等措施进行应对，而对于井漏风险低的井，仅用小参数钻进措施即可应对钻井事故的发生。
[0104]
表1漏失点与未漏失点指数与漏速对比表
[0105]
[0106][0107]
表2井漏风险评估分级评价标准
[0108]
井漏综合指数范围发生井漏的概率风险等级指数《20《20％低20《指数《5020％-50％低-中50《指数《10050％-80％中-高指数》100》80％高
[0109]
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。