一种基于有效应力法的地层压力监测方法与流程

1.本发明涉及地层压力监测技术领域，更具体的是，本发明涉及一种基于有效应力法的地层压力监测方法。


背景技术：

2.地层压力是石油行业的热点问题之一，准确的计算地层压力是保障钻井安全的重要前提。由于在钻进过程中通常没有声波资料，目前地层压力监测的主要手段为：借助修正钻压指数，在正常压实段建立趋势线，通过eaton法来计算地层压力系数。在目前的地层压力监测应用中，这一技术手段主要存在以下问题：
3.1、利用eaton法计算地层压力需要先建立正常压实段的趋势线，在实际应用时，趋势线经常需要随钻具组合的变化进行调整，这一频繁的调整过程严重降低了eaton法计算的精度，且操作复杂。
4.2、前述的监测手段仅适用于欠压实成因的异常地层压力监测，在其他成因的异常地层压力监测工作中应用效果不好。


技术实现要素：

5.本发明的目的是设计开发了一种基于有效应力法的地层压力监测方法，利用钻井工程参数通过有效应力法计算地层压力，使用的是钻进过程中实时采集的工程参数，能够对地层压力实时计算，有效应力法则适用于欠压实以外成因的异常地层压力计算。
6.本发明提供的技术方案为：
7.一种基于有效应力法的地层压力监测方法，包括如下步骤：
8.步骤一、采集邻井的多种钻井工程参数和地层压力数据；
9.步骤二、计算邻井经过校正的修正钻压指数和垂直有效应力：
[0010][0011]
σ＝p
0-p
p
；
[0012]
式中，d
cc
为校正的修正钻压指数，r为钻速，n为转速，f为机械效率，w为钻压，db为钻头直径，ρn为地层水密度，ρm为泥浆密度，σ为垂直有效应力，p0为上覆地层压力系数，p
p
为地层压力系数；
[0013]
步骤三、根据所述校正的修正钻压指数和垂直有效应力获得校正公式：
[0014][0015]
式中，a为第一常量，b为第二常量；
[0016]
步骤四、根据所述校正公式获得正钻井的地层压力。
[0017]
优选的是，所述多种钻井工程参数包括钻压、钻时、泥浆密度、钻头直径、转速和钻头的扭矩。
[0018]
优选的是，所述地层压力数据包括电缆测压数据和上覆地层压力。
[0019]
优选的是，所述步骤三具体包括如下步骤：
[0020]
步骤1、将所述校正的修正钻压指数和垂直有效应力代入有效应力模型，获得第一常量和第二常量；
[0021]
其中，所述有效应力模型为：
[0022][0023]
步骤2、根据所述有效应力模型建立校正公式。
[0024]
优选的是，所述机械效率满足：
[0025]
f＝mse/ccs；
[0026]
式中，mse为机械比能，所述ccs为岩石抗压强度基线值。
[0027]
优选的是，所述机械比能满足：
[0028][0029]
式中，t为钻头的扭矩。
[0030]
优选的是，所述岩石抗压强度基线的建立具体包括如下步骤：
[0031]
步骤a、计算已钻井段的机械比能并获得常压段的机械比能曲线；
[0032]
步骤b、建立以井深和机械比能为横纵坐标的半对数坐标系；
[0033]
步骤c、在所述机械比能曲线上选取两个常压点，以所述两个常压点在所述半对数坐标系上的投点为控制点，建立经过所述控制点的趋势线为岩石抗压强度基线。
[0034]
优选的是，所述两个常压点的选取满足：
[0035]
所述两个常压点之间的间距大于300m，所述两个常压点的前后5m的钻时数值和机械比能数值的波动不超过10％，所述两个常压点均处于中上部地层或常压段。
[0036]
本发明所述的有益效果：
[0037]
(1)、本发明设计开发的一种基于有效应力法的地层压力监测方法，计算过程不依赖趋势线，不需要随着钻井工况的变化而调整计算参数。
[0038]
(2)、本发明设计开发的基于有效应力法的地层压力监测方法，不仅适用于砂泥岩地层中欠压实成因的异常地层压力监测，也适用于非砂泥岩地层或者其他成因的异常地层压力监测。
附图说明
[0039]
图1为本发明所述基于有效应力法的地层压力监测方法的流程示意图。
[0040]
图2为本发明所述根据a井工程参数和电缆测压数据进行公式回归的效果图。
[0041]
图3为本发明所述b井利用邻井公式的随钻监测结果和电缆测压数据对比图。
具体实施方式
[0042]
下面结合对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0043]
如图1所示，本发明提供的一种基于有效应力法的地层压力监测方法，具体包括如
下步骤：
[0044]
步骤一、采集邻井的多种钻井工程参数和邻井的地层压力相关数据；
[0045]
其中，所述多种钻井工程参数包括钻时、钻压、转速、泥浆密度、钻头直径、扭矩；
[0046]
所述地层压力相关数据包括测压数据(单位为g/cm3)和上覆地层压力计算数据；
[0047]
所述测压数据由模块式动态地层测试器获得；
[0048]
在常见条件下，所述上覆地层压力计算数据(上覆地层压力系数)与上覆地层压力当量密度是相同的，而上覆地层压力当量密度满足：
[0049][0050][0051]
式中，ρ0为上覆地层压力当量密度，单位为g/cm3；ρb为岩体密度，单位为g/cm3；ρf为流体密度，单位为g/cm3；为孔隙度，单位为％；为泥线的孔隙度值，单位为％；pde为孔隙度衰减指数，常量；depth为井深，单位为m。
[0052]
步骤二、计算邻井经过校正后的修正钻压指数和邻井有效测压点的垂直有效应力；
[0053]
其中，计算邻井经过校正后的修正钻压指数具体包括如下步骤：
[0054]
a)、计算已钻井段的机械比能并获得常压段的机械比能曲线；
[0055]
其中，所述机械比能满足：
[0056][0057]
式中，mse为机械比能，单位为兆帕；t为钻头的扭矩，单位为千牛/米；
[0058]
b)、建立以井深和机械比能为横纵坐标的半对数坐标系；
[0059]
c)、在所述机械比能曲线上选取两个常压点，以所述两个常压点在所述半对数坐标系上的投点为控制点，建立经过所述控制点的趋势线为岩石抗压强度基线；
[0060]
其中，所述两个常压点的选取满足：
[0061]
所述两个常压点之间的间距大于300m，所述两个常压点的前后5m的钻时数值和机械比能数值的波动不超过10％，所述两个常压点均处于中上部地层或常压段。
[0062]
d)、根据所述机械比能和所述岩石抗压强度基线获得机械效率，并得到校正的修正钻压指数：
[0063][0064]
式中，d
cc
为校正的修正钻压指数，无量纲；r为钻速，单位为米/小时；n为转盘转速，单位为转/分钟；f为机械效率，无量纲；w为钻压，单位为千牛；db为钻头直径，单位为毫米，ρn为地层水密度，单位为g/cm3；ρm为钻井液密度，单位为g/cm3；
[0065]
其中，所述机械效率满足：
[0066]
f＝mse/ccs；
[0067]
式中，所述ccs为岩石抗压强度基线值，单位为兆帕；
[0068]
所述垂直有效应力满足：
[0069]
σ＝p
0-p
p
；
[0070]
式中，σ为垂直有效应力，无量纲，p0为上覆地层压力系数，无量纲，p
p
为地层压力系数，无量纲。
[0071]
步骤三、将邻井的校正后修正钻压指数和垂直有效应力带入有效应力模型，获得第一常量和第二常量；
[0072]
其中，所述有效应力模型为：
[0073][0074]
根据所述有效应力模型建立校正公式：
[0075][0076]
式中，a为第一常量，b为第二常量；
[0077]
步骤四、收集正钻井的钻井工程参数，包括钻时、钻压、转速、泥浆密度、钻头直径、扭矩；
[0078]
步骤五、计算正钻井经过校正后的修正钻压指数；
[0079]
步骤六、根据校正公式计算正钻井的地层压力。
[0080]
实施例1
[0081]
本发明在珠江口盆地的随钻地层压力监测中进行了应用，在缺少随钻声波测井资料的条件下，收集邻井的钻井工程参数，利用修正钻压指数的相关校正方法，对修正钻压指数进行校正；收集邻井的电缆测压数据，计算垂直有效应力；将校正后的修正钻压指数和垂直有效应力结合，回归得到有效应力法计算模型的相关常量；根据有效应力法的计算模型，使用正钻井的钻井工程参数进行随钻地层压力的计算，监测精度达到95％。与目前地层压力监测工作中常用的eaton法相比，无需建立正常压实趋势线，且精度较高。
[0082]
实施例2
[0083]
以a井为例，在钻探a井时，分别在珠江组、珠海租和恩平组钻遇了异常高压，以a井的工程参数计算了全井的d
cc
指数，同时以电缆测压数据计算了测压点的垂直有效应力，将两组参数代入有效应力模型中进行回归，如图2所示，得到了该区域不同地层的地层垂直有效应力计算公式；在钻探b井的过程中，将实钻的工程参数提取并计算d
cc
指数，代入前述公式计算得到有效应力，应利用校正公式计算了地层压力；如图3所示，完钻后将测压数据与随钻的压力监测数据进行了对比，二者匹配度良好。
[0084]
本发明设计开发的一种基于有效应力法的地层压力监测方法，利用有效应力法计算地层压力的模型和修正钻压指数校正的相关模型，得到以校正的修正钻压指数为变量的地层压力计算模型，带入邻井数据后得到计算公式，根据计算公式结合正钻井钻进过程中实时采集的工程参数计算实时地层压力，能够提高非欠压实成因的异常地层压力监测精度，本发明的计算过程不依赖趋势线，不需要随着钻井工况的变化而调整计算参数，不仅适用于砂泥岩地层中欠压实成因的异常地层压力监测，也适用于非砂泥岩地层或者其他成因的异常地层压力监测。
[0085]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地
实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。