專利名稱：鉆前孔隙壓力預(yù)測方法和系統(tǒng)的制作方法
相關(guān)申請的交叉參考
本申請要求Colin Michael Sayers和Richard Anthony Birchwood于2005年8月8日申請的題為“Sub-Salt Pore Pressure Prediction”的美國臨時(shí)專利申請No.60/595,814的優(yōu)先權(quán)，本文將該申請全文引為參考文獻(xiàn)。
背景技術(shù)：
有些物質(zhì)(如鹽等)具有低滲透性，即不容易透過流體。在有些情況下，低滲透性物質(zhì)可能處于鉆井操作目標(biāo)物質(zhì)的上面。
圖1示出鉆井操作的示意圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，圖1中所示之鉆井操作僅用于例舉之目的，因而不應(yīng)當(dāng)被理解為限制本發(fā)明的范圍。例如圖1中所示的鉆井操作是海底鉆井操作，而鉆井操作也可以是陸地鉆井操作。
如圖1中所示，將鉆井機(jī)(105)設(shè)計(jì)成使用與鉆桿柱(125)末端連接的鉆頭(未示出)鉆入巖層(例如海底(110)下面的巖層)中。具體地說，使用鉆頭鉆出延伸至目標(biāo)物質(zhì)(120)的鉆孔(130)。目標(biāo)物質(zhì)(120)可以是鉆井操作目的所在的碳?xì)浠衔锘虻V物資源。另外，如圖1中所示，低滲透性物質(zhì)(115)可能處于目標(biāo)物質(zhì)(120)的上面。因而，為了到達(dá)目標(biāo)物質(zhì)(120)，要求鉆孔(130)穿過低滲透性物質(zhì)(115)。
當(dāng)?shù)蜐B透性物質(zhì)的沉積物被埋藏或者壓緊時(shí)，有可能將流體擠壓到所生成的結(jié)構(gòu)內(nèi)(即低滲透性物質(zhì)本身內(nèi)，和/或低滲透性物質(zhì)下面的物質(zhì)(如沙子等)內(nèi))的孔隙中。按照這種方式被擠壓的流體向周圍巖層施加被稱做是孔隙壓力的壓力。在給定深度處孔隙壓力超過靜水壓力的巖層，被稱做過壓。
當(dāng)鉆入過壓巖層時(shí)，泥漿重量(即輸送到鉆孔的鉆井液的重量)必須足夠大，以防止孔隙壓力將巖層流體移動到鉆孔中。在比較糟糕的情況下，進(jìn)入鉆孔中的巖層流體可能造成鉆井失敗，和/或傷及操作鉆井機(jī)的工作人員。因此，為了進(jìn)行安全和經(jīng)濟(jì)的鉆井，必須足夠精確地預(yù)測孔隙壓力。特別是，這樣有利于在鉆前預(yù)測孔隙壓力，即在開始任何鉆井操作之前和/或在鉆頭還沒有到達(dá)的任何位置處預(yù)測孔隙壓力。
一般地說，鉆前孔隙壓力預(yù)測是基于使用鉆前地震速度，以及使用偏移井?dāng)?shù)據(jù)(即來自鉆井位置附近其他井的數(shù)據(jù))校準(zhǔn)的速度-孔隙壓力轉(zhuǎn)換。不過，在有些情況下(比如鉆到鹽下面時(shí))，傳統(tǒng)的鉆前孔隙壓力預(yù)測不夠精確。在Sayers CM，Johnson GM和Denyer G.，2002，“Pre-drillPore Pressure Prediction Using Seismic Data”Geophysics，67，1286-1292中可以找到對傳統(tǒng)鉆前孔隙壓力預(yù)測技術(shù)的進(jìn)一步討論。
在鉆井操作中使用泥漿來冷卻鉆頭，將鉆井操作產(chǎn)生的切削屑輸送到地面，防止巖層流體流入鉆孔，并使鉆孔穩(wěn)定。為了防止巖層流體流入，鉆井操作員必須保持泥漿重量等于或者高于孔隙壓力。為了使鉆孔穩(wěn)定，鉆井操作員調(diào)節(jié)泥漿重量(即所用泥漿的密度))，抵制鉆孔塌陷的趨勢。然而，鉆孔操作員必須很小心，以至于不會由于使用過高泥漿重量而使巖層斷裂。
另外，太高的泥漿重量必然導(dǎo)致不能接受的低鉆井速度。因而，泥漿重量必須較低，以至足以保持可接受的鉆井速度，并且避免使巖層斷裂。在這種情況下，當(dāng)鉆入過壓巖層中，允許的泥漿重量窗口(即容許泥漿重量的范圍)可能比較小。特別是，泥漿施加的力必須處于孔隙壓力(或者防止塌陷的壓力，如果高于孔隙壓力的話)和使巖層斷裂需要的壓力之間的范圍以內(nèi)。
另外，當(dāng)鉆入過壓巖層時(shí)，可能會增大所需套管柱(即插入鉆孔內(nèi)的結(jié)構(gòu)支撐體)的數(shù)量。特別是，如果沒有足夠精確的鉆前孔隙壓力預(yù)測，為了防止鉆井控制問題(如巖層流體的流入)和/或鉆孔失敗，有可能過早地插入附加的套管柱。過早插入套管柱會延緩鉆井操作和/或減小鉆孔的尺寸，造成經(jīng)濟(jì)損失。


發(fā)明內(nèi)容
概括而言，按照一種方案，本發(fā)明涉及一種進(jìn)行孔隙壓力預(yù)測的方法。所述方法包括獲得應(yīng)力靈敏度系數(shù)，獲得鉆前位置的壓縮波(P-波)速度和剪切波(S-波)速度，獲得第一預(yù)測孔隙壓力，重復(fù)執(zhí)行使用與鉆前位置有關(guān)的第一預(yù)測孔隙壓力計(jì)算與鉆前位置有關(guān)的總應(yīng)力值；并使用應(yīng)力-壓力關(guān)系公式、應(yīng)力-速度關(guān)系公式、應(yīng)力靈敏度系數(shù)、參考位置，以及從鉆前位置的P-波速度和S-波速度組成的組選擇出的至少一個(gè)，計(jì)算與鉆前位置有關(guān)的第二預(yù)測孔隙壓力，其中，如果第一預(yù)測孔隙壓力與第二預(yù)測孔隙壓力之差小于或等于閾值差值，則完成重復(fù)過程；而若所述差值大于閾值差值，則使用第二預(yù)測孔隙壓力來更新第一預(yù)測孔隙壓力，并根據(jù)第二預(yù)測孔隙壓力調(diào)節(jié)與鉆前位置有關(guān)的鉆井操作。
概括而言，按照一種方案，本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述介質(zhì)包含執(zhí)行進(jìn)行孔隙壓力預(yù)測的方法的指令。所述方法包括獲得應(yīng)力靈敏度系數(shù)，獲得鉆前位置的壓縮波(P-波)速度和剪切波(S-波)速度，獲得第一預(yù)測孔隙壓力，重復(fù)執(zhí)行使用與鉆前位置有關(guān)的第一預(yù)測孔隙壓力計(jì)算與鉆前位置有關(guān)的總應(yīng)力值；并使用應(yīng)力-壓力關(guān)系公式、應(yīng)力-速度關(guān)系公式、應(yīng)力靈敏度系數(shù)、參考位置，以及從鉆前位置的P-波速度和S-波速度組成的組選擇出的至少一個(gè)，計(jì)算與鉆前位置有關(guān)的第二預(yù)測孔隙壓力，其中，如果第一預(yù)測孔隙壓力與第二預(yù)測孔隙壓力之差小于或等于閾值差值，則完成重復(fù)過程；而若所述差值大于閾值差值，則使用第二預(yù)測孔隙壓力來更新第一預(yù)測孔隙壓力，并根據(jù)第二預(yù)測孔隙壓力調(diào)節(jié)與鉆前位置有關(guān)的鉆井操作。
概括而言，按照一種方案，本發(fā)明涉及一種用于執(zhí)行孔隙壓力預(yù)測方法的井下鉆進(jìn)工具。所述方法包括獲得應(yīng)力靈敏度系數(shù)，獲得鉆前位置的壓縮波(P-波)速度和剪切波(S-波)速度，獲得第一預(yù)測孔隙壓力，重復(fù)執(zhí)行使用與鉆前位置有關(guān)的第一預(yù)測孔隙壓力計(jì)算與鉆前位置有關(guān)的總應(yīng)力值；并使用應(yīng)力-壓力關(guān)系公式、應(yīng)力-速度關(guān)系公式、應(yīng)力靈敏度系數(shù)、參考位置，以及從鉆前位置的P-波速度和S-波速度組成的組選擇出的至少一個(gè)，計(jì)算與鉆前位置有關(guān)的第二預(yù)測孔隙壓力，其中，如果第一預(yù)測孔隙壓力與第二預(yù)測孔隙壓力之差小于或等于閾值差值，則完成重復(fù)過程；而若所述差值大于閾值差值，則使用第二預(yù)測孔隙壓力來更新第一預(yù)測孔隙壓力，并根據(jù)第二預(yù)測孔隙壓力調(diào)節(jié)與鉆前位置有關(guān)的鉆井操作。
通過下面的描述和所附權(quán)利要求，將使本發(fā)明的其他方面愈為顯而易見的。



圖1表示鉆井操作的示意圖； 圖2表示本發(fā)明一種或多種實(shí)施例系統(tǒng)的視圖； 圖3表示本發(fā)明一種或多種實(shí)施例的流程圖； 圖4表示本發(fā)明一種或多種實(shí)施例的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的視圖。

具體實(shí)施例方式 以下參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施例。各附圖中為保持一致性，使用相同的附圖標(biāo)記表示相同元件。
在下面對本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)描述中，為了提供對本發(fā)明更充分的理解給出多個(gè)具體細(xì)節(jié)。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯然應(yīng)能理解，可以在不具有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明。在其他情況下，為了避免使描述不必要地變得復(fù)雜，并未詳細(xì)描述公知特征。
概括地說，本發(fā)明的實(shí)施例提供了鉆前孔隙壓力預(yù)測方法和系統(tǒng)。具體而言，使用參考數(shù)據(jù)、與鉆前位置有關(guān)的聲波或地震波速度、至少一種應(yīng)力-速度關(guān)系公式，以及應(yīng)力-壓力關(guān)系公式預(yù)測鉆前孔隙壓力。按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，反復(fù)地預(yù)測孔隙壓力，直至滿足閾值條件為止?；陬A(yù)測出的孔隙壓力調(diào)節(jié)與鉆前位置有關(guān)的鉆井操作。
圖2表示本發(fā)明一種或多種實(shí)施例系統(tǒng)的視圖。具體地說，圖2表示本發(fā)明一種或多種實(shí)施例計(jì)算環(huán)境(205)的視圖。
按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，所述計(jì)算環(huán)境(205)包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(例如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)A(210)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)N(215))，用以執(zhí)行與鉆井有關(guān)的任務(wù)。在本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例中，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(如210，215)可以是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、嵌入式系統(tǒng)(比如位于井下鉆進(jìn)工具中的計(jì)算機(jī))、桌面計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理，以及任何其他同類計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或者他們的任意組合。
具體而言，按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，所述一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(如210，215)包括應(yīng)力靈敏度系數(shù)計(jì)算器(220)、總應(yīng)力計(jì)算器(230)和/或孔隙壓力計(jì)算器(235)。在本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例中，可將上述部件(即220，230，235)設(shè)置于單個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(如210，215)中，分別設(shè)在多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(如210，215)上，或者它們的任意組合。在本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例中，上述每個(gè)部件(即220，230，235)可以包括一個(gè)或多個(gè)軟件模塊、一個(gè)或多個(gè)硬件模塊，或者它們的組合。另外，按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，可以將上述部件(即220，230，235)配置成通過函數(shù)調(diào)用、應(yīng)用程序接口(API)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(即有線或無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議)、電子電路，以及任何其他同類通信和/或通信協(xié)議，或者它們的任意組合而彼此通信。
按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，可以將應(yīng)力靈敏度系數(shù)計(jì)算器(220)配置成利用參考數(shù)據(jù)，計(jì)算至少一種應(yīng)力靈敏度系數(shù)。下面參照圖3描述使用參考數(shù)據(jù)計(jì)算應(yīng)力靈敏度系數(shù)。在本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例中，可以將總應(yīng)力計(jì)算器(230)配置成利用預(yù)測孔隙壓力，計(jì)算與鉆前位置有關(guān)的總應(yīng)力值。下面參照圖3描述對總應(yīng)力值的計(jì)算。
按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，可以將孔隙壓力計(jì)算器(235)配置成由使用總應(yīng)力計(jì)算器計(jì)算出的總應(yīng)力值計(jì)算預(yù)測孔隙壓力。另外，按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，計(jì)算預(yù)測孔隙壓力包括使用由應(yīng)力靈敏度系數(shù)計(jì)算器(220)計(jì)算出的應(yīng)力靈敏度系數(shù)。下面參照圖3描述對預(yù)測孔隙壓力的計(jì)算。
另外，按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，一旦孔隙壓力計(jì)算器(235)已經(jīng)計(jì)算出預(yù)測孔隙壓力，則總應(yīng)力計(jì)算器(230)可以使用預(yù)測孔隙壓力重新計(jì)算總應(yīng)力值。然后，孔隙壓力計(jì)算器(235)使用重新計(jì)算出的總應(yīng)力值，重新計(jì)算預(yù)測孔隙壓力。按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，可以將孔隙壓力計(jì)算器(235)和總應(yīng)力計(jì)算器(230)配置成重復(fù)地重新計(jì)算總應(yīng)力值和預(yù)測孔隙壓力，直至預(yù)測孔隙壓力滿足閾值條件為止。下面參照圖3描述對總應(yīng)力值和預(yù)測孔隙壓力的重復(fù)的重新計(jì)算。
圖3表示本發(fā)明一種或多種實(shí)施例的流程圖。具體而言，圖3表示本發(fā)明一種或多種實(shí)施例的鉆前孔隙壓力預(yù)測方法流程圖。
按照本發(fā)明的一種實(shí)施例，鉆前位置相當(dāng)于還沒有進(jìn)行鉆井的位置；另一種說法是，鉆頭還沒有到達(dá)鉆前位置，不過，鉆前位置處于鉆頭的預(yù)定路徑中，除非改變鉆孔的軌跡，鉆頭最終必將到達(dá)該鉆前位置。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以在鉆井中，鉆井前(即開始鉆出鉆孔之前)或其任意組合中執(zhí)行圖3中所述的方法。
回到圖3，可以使用參考數(shù)據(jù)計(jì)算一個(gè)或多個(gè)應(yīng)力靈敏度系數(shù)(步驟305)。具體來說，按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，所述參考數(shù)據(jù)可以包括與一個(gè)或多個(gè)參考位置有關(guān)的值。按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，所述參考位置在一個(gè)或多個(gè)偏移井中可包括模擬地質(zhì)巖層中的位置、任何其他同類的位置，或者它們的任意組合。
按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，所述參考數(shù)據(jù)包括—但不限于—總應(yīng)力、有效應(yīng)力、P-波速度、S-波速度，以及孔隙壓力?？梢岳寐暡◣r芯記錄測量(sonic log measurements)，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的超聲測量(比如參見Winkler，K.W.&Xingzhou，L.，1996，“Measurements ofthird-order Elastic Constants in Rocks”，J.Acoust.Soc.Am.，Vol.100，pp.1392-1398)、鉆孔地震測量、垂直地震分布(VSP)、計(jì)算機(jī)模擬，任何其他方法或者它們的組合獲得所述參考數(shù)據(jù)。
譬如，可以利用Modular Formation Dynamics Tester(MDT)工具或Repeat Formation Tester(RFT)工具獲得偏移井中某一位置處的孔隙壓力。作為可供選擇的方式，可以使用比如Malinverno，A.等人的2004，“Integrating Diverse Measurements to Predict Pore Pressure withUncertainties While Drilling”SPE Paper 90001中所述的數(shù)值模塊獲得孔隙壓力。
另外，可以使用應(yīng)力模塊獲得參考位置處的總應(yīng)力。下面的參考文獻(xiàn)描述了本發(fā)明可使用的多種應(yīng)力模塊Lee，D.，等人，2003，“Using aDynamic Mechanical Earth Model and Integrated Drilling Team toReduce Well Costs and Drilling Risks in San Martin Field”SPE PaperNo.84557和Moos，D.&Castillo，D.A.，2000，“Reservoir GeomechanicsApplied to Drilling and Completions Programs in challengingformationsNorth West shelf Timor Sea，North Sea and Columbia”APPEA Journal，F(xiàn)ebruary 16，pp.509-521。
按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，在步驟305中算出的應(yīng)力靈敏度系數(shù)是，涉及與巖層中某一位置有關(guān)的壓縮波(P-波)和剪切波(S-波)速度，以及該位置處的有效應(yīng)力的系數(shù)。因而，在本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例中，可以利用一個(gè)或多個(gè)應(yīng)力-速度關(guān)系公式計(jì)算應(yīng)力靈敏度系數(shù)。所述應(yīng)力-速度關(guān)系公式可以是一階、二階、n階(n為任意正整數(shù))，或者它們的任意組合。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述應(yīng)力-速度關(guān)系公式可包括下列公式中的一個(gè)或多個(gè) 式中的αPv是垂直壓縮應(yīng)力靈敏度系數(shù)，αPh是水平壓縮應(yīng)力靈敏度系數(shù)，αSv是垂直剪切應(yīng)力靈敏度系數(shù)，αSh是水平剪切應(yīng)力靈敏度系數(shù)。
所述αPv作為一個(gè)系數(shù)，它使壓縮波(P-波)速度的改變與σv(即有效垂直應(yīng)力)的改變相關(guān)聯(lián)。所述αPh作為一個(gè)系數(shù)，它使壓縮波(P-波)速度的改變與σh(即有效水平應(yīng)力)的改變相關(guān)聯(lián)。所述αSv作為一個(gè)系數(shù)，它使剪切波(S-波)速度的改變與σv(即有效垂直應(yīng)力)的改變相關(guān)聯(lián)。所述αSh作為一個(gè)系數(shù)，它使剪切波(S-波)速度的改變與σh(即有效水平應(yīng)力)的改變相關(guān)聯(lián)。
按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，可以根據(jù)下式將vP(0)，vS(0)，σv以及σh關(guān)聯(lián)起來 上面所述的變量定義如下σv(0)是與公共參考位置有關(guān)的有效垂直應(yīng)力值，σh(0)是與公共參考位置有關(guān)的有效水平應(yīng)力值，σv是與位置有關(guān)的有效垂直應(yīng)力值，σh是與該位置有關(guān)的有效水平應(yīng)力值，Δσv是公共參考位置處的有效垂直應(yīng)力值與該位置處的有效垂直應(yīng)力值之間的差值，Δσh是公共參考位置處的有效水平應(yīng)力值與該位置處的有效水平應(yīng)力值之間的差值，vP(0)是與公共參考位置有關(guān)的參考P-波速度，vS(0)是與公共參考位置有關(guān)的S-波速度，vP(σv，σh)是與位置有關(guān)的P-波速度，vS(σv，σh)是與位置有關(guān)的S-波速度。
利用公式(1)-(6)，可以使用下述方法得到應(yīng)力靈敏度系數(shù)(即αPv、αPh、αSv以及αSh)。最初，選擇公共參考位置(L0)、第一位置(L1)和第二位置(L2)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，這里使用的術(shù)語“第一”和“第二”僅用于將與一個(gè)位置有關(guān)的值同與另一位置有關(guān)的值區(qū)分開。因而，使用這些術(shù)語并不意味著順序。繼續(xù)該示例，L0，L1和L2可以位于偏移井內(nèi)的不同深度處。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，L0位于偏移井中巖層的頂部。作為可供選擇的方式，L0，L1和L2可以位于同一深度處，不過距離偏移井鉆孔的軸不同距離處。譬如，L0，L1和L2可以位于海底下面10,000英尺處，其中L0位于鉆孔壁上，L1位于沿垂直于鉆孔軸的線測量時(shí)巖層內(nèi)部3英寸的位置處，L2位于沿垂直于鉆孔軸的線測量時(shí)巖層內(nèi)6英寸的位置處。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述L0，L1和L2處的巖層包含基本相同的物理性質(zhì)(如巖性，多孔性等)?？梢允褂么判緮?shù)據(jù)或巖芯記錄(如電阻系數(shù)巖芯記錄、中子多孔性巖芯記錄，密度巖芯記錄，核磁諧振巖芯記錄等)檢驗(yàn)物理性質(zhì)的相似性。
一旦已經(jīng)選擇了L0，L1和L2，則得出針對每個(gè)位置(即L0，L1和L2)的vP(σv，σh)和vS(σv，σh)。按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，可以使用預(yù)測變井源距的垂直地震分布(VSP)得到P-波速度和S-波速度。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述VSP是多方位變井源距VSP。在Leaney，W.S.，Sayers，C.M.，和Miller，D.E.，1999，“Analysis of Multiazimuthal VSP Datafor Anisotropy and AVO”，Geophysics，64，1172-1180中可以尋找到對于多方位VSP的進(jìn)一步討論。
作為另一種可供選擇的方式，可以使用Harrison，A.R.，1990，“Acquisition and Analysis of Sonic Waveforms from a BoreholeMonopole and Dipole Source and the Determination of Compressionaland Shear Speads and their Relation to Rock Mechanical Propertiesand Surface Seismic Data”，SPE Paper No.20557，267-282中所描述的鉆孔聲波工具獲得P-波速度和S-波速度。在美國專利No.5,838,633和6,904,365中描述了獲得以距鉆孔軸的距離為函數(shù)的P-波速度和S-波速度的其他方法。前面所述的所有專利都是本申請的受讓人共同擁有的。
作為又一種可供選擇的方式，按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，可以使用多分量地震勘測(如3C勘測、4C勘測等)獲得P-波速度和S-波速度。譬如，可以使用P-波和S-波振蕩器、P-波和S-波接收器，或者它們的任何組合，在地面上執(zhí)行多分量地震勘測。作為另一個(gè)示例，可以使用位于海底上的P-波和S-波傳感器，在海洋環(huán)境中進(jìn)行多分量地震勘測。
作為再一種可供選擇的方式，按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，可以使用PP和SS反射、PP和PS反射(比如在S-波接收器可變，但S-波源不可變的情況下)、任何其他同種類型的方法，或者它們的任何組合，獲得P-波速度和S-波速度。另外，按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，可以通過轉(zhuǎn)換與PP反射有關(guān)的振幅-偏移(AVO)數(shù)據(jù)，獲得P-波速度和S-波速度。同樣地，按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，可以使用與PS反射和SS反射有關(guān)的AVO數(shù)據(jù)。
回過來再來討論使用公式(1)-(6)確定應(yīng)力靈敏度系數(shù)，得出每個(gè)位置(即L0，L1，L2)處的孔隙壓力。如上所述，可以使用多種向下鉆進(jìn)工具或多種方法獲得孔隙壓力。另外，還對每個(gè)位置(即L0，L1，L2)獲得也被表示為張量的總應(yīng)力。
利用每個(gè)位置處的孔隙壓力和總應(yīng)力，確定每個(gè)位置處的有效應(yīng)力。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，將有效應(yīng)力(σ)定義為總應(yīng)力與表示成張量的孔隙壓力之間的差值。然后，利用上面所述的有效應(yīng)力(σ)與公式(5)和(6)，確定L1和L2處的Δσv和Δσh。利用針對L1和L2的vP(σv，σh)，vS(σv，σh)，Δσv以及Δσh的值，創(chuàng)建四個(gè)公式(兩個(gè)公式與公式(1)相應(yīng)，兩個(gè)公式與公式(2)相應(yīng))。在這個(gè)階段，有四個(gè)公式和四個(gè)未知數(shù)(即αPv，αPh，αSv和αSh)，因而，可重新整理這些公式，求解，并獲得αPv，αPh，αSv和αSh的值。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在最小水平應(yīng)力和最大水平應(yīng)力相等或者基本相等的情況下，可以使用公式(1)和(2)。不過，在最小水平應(yīng)力與最大水平應(yīng)力不相等或不基本相等的情況下，可使用下面公式(1)和(2)的展開 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，當(dāng)SH與Sh不相等時(shí)，存在具有不同速度的具有不同偏振的剪切波。
按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，通過將微機(jī)械模型應(yīng)用于參考數(shù)據(jù)，得到應(yīng)力靈敏度系數(shù)。譬如，可以使用考慮了應(yīng)力依賴性及顆粒(如砂巖中)之間的接觸取向分布的微機(jī)械模型。在Sayers，C.M.，2002，“Stress-dependent elastic anisotropy of sandstones”，GeophysicalProspecting，50，85-95和Sayers，C.M.(1999)Stress-dependentseismic anisotropy of shales，Geophysics，64，93-98中可以尋找到對于微機(jī)械模型的進(jìn)一步討論。
有些情況下的垂直應(yīng)力并非主要的應(yīng)力。在這種情況下，可以使用將有效應(yīng)力與P-波速度和S-波速度關(guān)聯(lián)起來的公式(1)和(2)的更為通用的形式。例如，公式(1)和(2)可包括并非平行于或垂直于垂直軸(關(guān)于重力矢量)取向的剪切應(yīng)力分量或主應(yīng)力分量。
美國專利US 7,042,802；US 6,351,991；US 5,838,633；US 5,619,475；US 5,475,650；以及US 5,398,215中描述了用于獲得應(yīng)力靈敏度系數(shù)的其他方法。上述所有專利都為本申請的受讓人共同擁有。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，公式(1)和(2)中示例性的應(yīng)力-壓力關(guān)系依賴于以下的事實(shí)—垂直傳播的P-波對于平行于傳播方向作用的有效應(yīng)力分量的改變最為敏感，S-波對于平行于傳播方向作用的有效應(yīng)力分量和平行于偏振方向作用的有效應(yīng)力分量都敏感。另外，在Sayers，C.M.，2004，“Monitoring production-induced stress changes using seismicwaves”，第74屆SEG年會增刊摘要中可以尋找到對于這些基本事實(shí)的進(jìn)一步討論。特別是由于對于P-波而言，傳播方向與偏振方向基本平行，而對于S-波來說，傳播方向與偏振方向垂直，P-波與S-波速度的組合使得能夠分別確定有效應(yīng)力的垂直分量，從而能夠確定孔隙壓力以及主應(yīng)力。
繼續(xù)討論圖3，按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，在步驟310中，可以使用上面所述的一種或多種方法得出與鉆前位置有關(guān)的P-波速度和/或S-波速度。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以使用通常被稱做變井源距VSP的多偏移垂直地震分布(VSP)，得到P-波速度和/或S-波速度。在這種情況下，可以使用沿一條線排列的用于最大化關(guān)于主應(yīng)力信息提取的小球(shot)獲得VSP。還可以使用多偏移、多方位VSP。
繼續(xù)討論圖3，按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，在步驟315中，可以使用上面所述的一個(gè)或多個(gè)方法獲得與參考位置有關(guān)的P-波速度和/S-波速度。
在步驟320中，可以使用預(yù)測孔隙壓力計(jì)算與鉆前位置有關(guān)的總應(yīng)力值。特別是，按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，第一次執(zhí)行步驟320時(shí)，可以從偏移井、計(jì)算機(jī)模擬或者任何其他來源獲得預(yù)測孔隙壓力。例如，可以使用偏移井?dāng)?shù)據(jù)上的速度-孔隙壓力變換得到預(yù)測孔隙壓力。在Eaton，“The Equation for Geopressure Prediction from Well Logs”，SPE 5544(Society of Petroleum Engineers of AIME，1975)和Bowers，“Pore Pressure Estimation from Velocity DataAccounting forPore-Pressure Mechanisms besides Undercompaction”，SPE Drillingand Completion(1995年6月)89-95中可以尋找到對于速度-孔隙壓力變換的進(jìn)一步討論。
按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，計(jì)算總應(yīng)力值可以包括包含鉆前位置和周圍巖層的有限元分析。例如，有限元分析中使用的有限元模型可以包括鉆前位置，以及一個(gè)或多個(gè)偏移井中的一個(gè)或多個(gè)位置。執(zhí)行有限元分析還可以包括使用預(yù)測孔隙壓力計(jì)算一個(gè)或多個(gè)深度上(如低滲透性物質(zhì)上面、下面，和/或周圍)的總應(yīng)力改變。例如，可以由偏移井獲得邊界應(yīng)力條件，并用于估計(jì)鉆前位置處的總應(yīng)力值。在Fredrich，J.T.等人，2003，“Stress Perturbations Adjacent to Salt Bodies in DeepwaterGulf of Mexico”，SPE Paper No.84554中可以尋找到對于有限元分析的進(jìn)一步討論。
作為可供選擇的方式，可以使用有限差或任何其他類似的數(shù)值方法。下面的文章討論了可以取代上述有限元方法使用的數(shù)值方法Poliakov，A.N.B.等人，1993，“An Explicit Intertial Method for the Simulationof Viscoelastic FlowAn Evaluation of Elastic Effects on DiapiricFlow in Two-and Three-layer Models”，Stone，D.B.&Runcorn，S.K.(eds.)Flow and Creep in the Solar SystemObservations，Modeling and Theory，pp.175-195。
繼續(xù)討論圖3，按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，在步驟325，利用在步驟320中得到的總應(yīng)力值計(jì)算第二預(yù)測孔隙壓力。下面詳細(xì)討論了獲得第二預(yù)測孔隙壓力的實(shí)施例。
最初，選擇一參考位置。步驟325中使用的參考位置可以是步驟305中使用的公共參考位置，或者可以為處于一個(gè)偏移井或者目標(biāo)鉆孔(即當(dāng)前軌跡與鉆前位置相交的鉆孔)中的另一位置。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述參考位置和鉆前位置包括基本相同的物理性質(zhì)(如巖性，多孔性等)。可使用巖芯記錄(如電阻系數(shù)巖芯記錄，多孔性巖芯記錄，密度巖芯記錄，磁共振巖芯記錄等)檢驗(yàn)物理性質(zhì)的相似性。
下式給出有效應(yīng)力、總應(yīng)力與孔隙壓力之間的關(guān)系 σij＝Sij-αpδij (10) 式中的i和j表示張量的分量，σij是有效應(yīng)力分量，Sij是總應(yīng)力分量，α是多孔性彈性系數(shù)。如果i＝j(luò)，則δij為1；如果i≠j，則δij為0。可以使用多種方法得到α，比如在Wang HF.，2000，“Theory of LinearPoroelasticity-with Applications to Geomechanics andHydrogeology”Princeton University，287pp中所描述的那樣。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，上述參考文獻(xiàn)中所述的方法并無意于限制本發(fā)明的范圍。繼續(xù)討論步驟325，利用公式(8)取代公式(1)或(2)中的有效應(yīng)力，得到 對于這份參考文獻(xiàn)而言，公式(11)-(12)中的變量定義如下vP(Sv，Sh，p)是與鉆前位置有關(guān)的P-波速度；vS(Sv，Sh，p)是與鉆前位置有關(guān)的S-波速度；vP(0)是與參考位置有關(guān)的P-波速度；vS(0)是與參考位置有關(guān)的S-波速度；αPv是在步驟305中獲得的垂直壓縮應(yīng)力靈敏度系數(shù)；αPh是在步驟305中獲得的水平壓縮應(yīng)力靈敏度系數(shù)；αSv是在步驟305中獲得的垂直剪切應(yīng)力靈敏度系數(shù)；αSh是在步驟305中獲得的水平剪切應(yīng)力靈敏度系數(shù)；Sv是總垂直應(yīng)力；Sh是總水平應(yīng)力；p是孔隙壓力；前面帶有Δ的項(xiàng)表示鉆前位置與參考位置處的值之間的差值；α為多孔彈性系數(shù)。
利用公式(11)和/或公式(12)，以前述步驟中得到的數(shù)值確定Δp。然后，可將Δp與參考位置處的孔隙壓力相加，得出第二預(yù)測孔隙壓力。
繼續(xù)討論圖3，按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，在步驟330，可以比較步驟320中使用的預(yù)測孔隙壓力(下稱“第一”預(yù)測孔隙壓力)與步驟325中計(jì)算出的預(yù)測孔隙壓力(下稱“第二”預(yù)測孔隙壓力)。具體而言，可以將第一和第二預(yù)測孔隙壓力之間的一個(gè)或多個(gè)差值度量與一個(gè)或多個(gè)閾值差值進(jìn)行比較。按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，閾值差值可以是差值度量的最大值，表示第二預(yù)測孔隙壓力足夠精確。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)|(PP1-PP2)/PP1|≤0.001時(shí)，判斷第二預(yù)測孔隙壓力足夠精確，其中PP1表示第一預(yù)測孔隙壓力，PP2表示第二預(yù)測孔隙壓力。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，閾值差值可使用其他數(shù)值，并且差值度量可使用其他數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。閾值差值可以為小于1的任何其他數(shù)值。
按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，如果在步驟330中第一與第二預(yù)測孔隙壓力之間的差值大于閾值差值，則在步驟335中使用第二預(yù)測孔隙壓力更新第一預(yù)測孔隙壓力。在這種情況下，使用第一更新后的預(yù)測孔隙壓力重復(fù)步驟320。按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，如果重復(fù)步驟320-325，則可以使用鉆進(jìn)時(shí)采集的當(dāng)前數(shù)據(jù)(如地震波速度、應(yīng)力數(shù)據(jù)等)。譬如，可以使用鉆進(jìn)的同時(shí)所進(jìn)行的測量(MWD)，鉆進(jìn)時(shí)的巖芯記錄(LWD)，任何其他類似種類的鉆井?dāng)?shù)據(jù)，或者它們的任何組合采集當(dāng)前數(shù)據(jù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，使用多個(gè)當(dāng)前數(shù)據(jù)和/或接近鉆前位置的某一位置的數(shù)據(jù)，可以提高所計(jì)算出的總應(yīng)力值的精度。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，“更新”第一預(yù)測孔隙壓力可能簡單地表明，使用在步驟325中計(jì)算出的預(yù)測孔隙壓力重復(fù)步驟320。
按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，可以重復(fù)執(zhí)行步驟320和325(即經(jīng)由步驟330和335)，直到第一與第二預(yù)測孔隙壓力之間的差值小于或等于步驟330中的閾值差值為止。所述的另一種方法，可以重復(fù)步驟320和325，直至第一和第二預(yù)測孔隙壓力充分收斂為止(比如第一與第二預(yù)測孔隙壓力之差≤0.1％)。
按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，如果在步驟330中第一與第二預(yù)測孔隙壓力之差小于或等于閾值差值，則在步驟340中可以根據(jù)第二預(yù)測孔隙壓力調(diào)整與鉆前位置有關(guān)的鉆井操作。具體來說，按照本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例，調(diào)整鉆井操作可能涉及到調(diào)整鉆井流體密度(即適當(dāng)增大或減小鉆井流體密度)，調(diào)整鉆井軌跡(比如避開過壓區(qū)域，通過低壓區(qū)域等)，優(yōu)化鉆孔中套管柱的數(shù)量(即增加套管柱，延遲增加套管柱等)，或者任何其他相似類型的調(diào)整。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如果所提議的鉆井軌跡位于干擾周圍應(yīng)力場的復(fù)雜結(jié)構(gòu)(比如鹽)的附近，并且所提議的鉆井軌跡穿過高滲透性巖層(比如沙)，則可使用任何可用于確定此巖層中孔隙壓力的技術(shù)來確定高滲透巖層中的孔隙壓力。
例如，如果頁巖(低滲透性物質(zhì))與沙子(高滲透性)接界，則可以在頁巖中鉆一口偏移井，并且可使用例如聲波或地震速度來確定頁巖中的孔隙壓力。然后，可使用頁巖中的孔隙壓力，利用例如質(zhì)心方法獲得沙子中的孔隙壓力。在序列號為WO2004/022905、被轉(zhuǎn)讓給本申請受讓人的2008年10月1日 申請日期2006年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月8日
發(fā)明者科林·M·塞耶斯, 理查德·A·伯奇伍德 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司