地层孔隙压力预测2.1 孔隙压力的预测方法地层孔隙压力是指岩石孔隙流体所具有的压力作为一个地质参数，孔隙压 力在油气勘探、钻井工程及油气开发中占有十分重要的地位就钻井工程而言， 孔隙压力是实现快速、安全、经济、合理钻进的一个必不可少的重要参数，因此 准确的预测孔隙压力非常重要地层孔隙压力评价的方法很多，我们采用了国家“863”攻关项目“海洋探 查与资源开发技术”中“精确的地层压力预测和监测技术”专题的研究成果，以 测井资料为基础，采用高精度的地层压力预测和检测方法，进行地层孔隙压力预 测计算在岩性和地层水变化不大的地层剖面中，正常压实地层的特点是，随着地层 深度的增加，上覆岩层载荷增加，泥页岩的压实程度增大，导致地层孔隙度减小， 岩石密度增大泥页岩的压实程度直接反应地层孔隙压力的变化而在目前的测 井系列中，有多种测井方法都能较好地反应地层孔隙压力在本研究中，选用了 资料来源最广、经济方便的声波时差法2.1.1 声波时差法解释原理声波测井测量的是弹性波在地层中的传播时间声波时差主要反映岩性、压 实程度和孔隙度除了含气层的声波时差显示高值或出现周波跳跃外，它受井径、 温度及地层水矿化度变化的影响比其它测井方法小得多。
所以用它评价和计算地 层孔隙压力比较有效对岩性已知、地层水性质变化不大的地质剖面，声波时差与孔隙度之间成正 比关系在正常压实的地层中可导出相似公式：At = At ecH0将上式变换可得：log Ab AH + B式中：At —深度为H处的地层声波时差，卩s/ ft ；At 一深度为0处的地层声波时差，卩s/ ft ；0A、B、C为系数，其中A< 0, C < 0该式即为压实地层声波时差正常趋势线公式，从式中可以直观地看出：log At与H成线性关系，斜率是A (A < 0 )，在半对数曲线上，正常压实地层的At 对数值随深度呈线性减少如出现异常高压， At 散点会明显偏离正常趋势线声波时差法评价地层孔隙压力精度取决于所收集的原始声波资料的质量声 波时差的读值首先要选取较纯的泥页岩层段，既不要选取缩径段的泥页岩声波时 差数据，也不要选取井径过大处的泥页岩声波时差值因为在缩径井段，声波时 差值偏高，井径过大段处，声波时差值失真在确定声波时差正常趋势线过程中， 可以根据井径测井资料及珈玛测井资料对泥页岩井段的声波时差数据进行遴选2.1.2 地层孔隙压力梯度计算有了的声波时差正常趋势方程，就可以求出地层孔隙压力。
我们利用国家 “863”攻关项目“精确的地层压力预测和监测技术”研究成果中的等效深度法 经验系数法和Eaton法对地层压力进行了计算1) 经验系数法经验系数法适用于已经有过一定数量地层孔隙压力实测数据的地区利用该 地区已钻井的中途测试、完井试油、RFT测试等数据，建立声波时差正常趋势线方程，然后回归出经验系数公式来计算地层孔隙压力，该方法具体作法如下：假设一口井深度H处的实测地层孔隙压力梯度为G，实测声波时差值为At， p利用正常趋势线方程求出该点处的声波时差正常值为At，这样就有一组竺与 n AtnG的对应值将整个地区所有的 竺、G值在坐标纸上绘出，然后求出G与 竺p At p p Atnn的关系曲线G与竺的关系式可表达如下：p A tnAt式中：G —井深H处的地层孔隙压力梯度当量密度，g / g pAt 一深度为H处的实测地层声波时差，ps / ft ；At 一深度为H处的正常趋势值，ps / ftn利用G与At的关系及每口井的声波时差数据，就可以求出各井位任意深 p Atn度处的地层孔隙压力值2) Eaton 法Eaton 法是国内外油田公司普遍采用的地层孔隙压力计算方法，它具有计算 精度高，使用范围广等特点。
Eaton 法计算地层孔隙压力梯度的模式如下：G 二 G - (G -p )(竺)np op op w A tn式中：G 一井深H处的地层孔隙压力梯度当量密度，g / cm3 ； pG 一井深H处的上覆岩层压力梯度当量密度，g / cm3 ；opP 一井深H处的地层水密度，g /cm3 ； wAt —井深H处的实测声波时差值，ps / ft ;At 一井深H处的正常趋势值，ps / ft ;nn 一 Eaton 指数地应力研究3.1 概述油气生储盖地层是地壳上部的组成部分在漫长的地质年代里，它经历了无 数次沉积轮回和升沉运动的各个历史阶段，地壳物质内产生了一系列的内应力效 应这些内应力来源于板块周围的挤压、地幔对流、岩浆活动、地球的转动、新 老地质构造运动以及地层重力、地层温度的不均匀、地层中的水压梯度等等，使 地下岩层处于十分复杂的自然受力状态这种应力统称为地壳应力或地应力，它 是随时间和空间变化的它主要以两种形式存在于地层中：一部分是以弹性能形 式；其余则由于种种原因在地层中处于自我平衡而以冻结形式保存着油田地应力研究主要有两个方面，即确定地应力的大小和方向目前，研究 地应力的方法很多，比较常用的确定地应力大小的方法：•利用Kaiser效应法确定单点地应力大小；•利用微压裂法或油田地漏试验数据确定单点水平地应力的大小。
确定地应力方向的方法：• 利用井壁崩落椭圆法确定最小水平地应力方位；• 应用压裂井井下电视法确定最小水平地应力方位油田地应力研究的实践表明，油田地应力研究应采用多种方法 (Multi_Aproach Method)进行相互校正，因此，应用地质力学方法对油田局部 构造地应力相对大小及大致方位研究是上述研究的必要补充来测定地应力3.6 地应力纵向分布规律研究3.6.1 理论模型由于地层间或层内的不同岩性岩石的物理特性、力学特性和地层孔隙压力异 常等方面的差别造成了层间或层内地应力分布的非均匀性地应力大小是随地层 性质变化的，由于山前构造带地应力主要来源于上覆地层压力及地质构造运动产 生的构造力，在不同性质的地层由于其抵抗外力的变形性质不同，因而其承受构 造力也不相同的若依靠实测找寻层内或层间地应力的分布规律，这是不切实际 的结合测井资料和分层地应力解释模型，可分析层内或层间地应力大小层间应力差对水力压裂裂缝的扩展起着重要的约束作用，同时对定向钻井和 防斜打直方面也有着积极的意义3.6.1.1 分层地应力的预测模式单轴应变模式假设地层在沉积过程中水平向的变形受到限制，£ = 0，则水平方向的地应力是由上覆压力产生，则8 =£二0，由线弹性本构关系：xyQ = b = QH h 1 —卩 v式中：b ，b为水平方向的地应力；b为上覆压力；卩为泊松比。
H h v上式只适用于均匀各向同性且无孔隙地层，因此在实际工程中没有多大应用 价值Mattens & Kelly 模型b —P =b —P =K(b —P )H p h p i v p式中：P 为孔隙压力； K 为地应力系数piTerzaghi 模型G - P =G - P =—^ (G - P )H p h pl —卩 v pAnderson 模型g — aP = g — aP = (g — aP )H p h p l-P v pNewberry 模型（ 针对低渗透且有微裂缝地层 ）G —Phpl—P(Gvv— aP )p式中，a为有效应力系数单轴应变模式没有包括构造应力项，G =G
其缺陷在于：各岩层水平方向应变相等的假设在构造运动剧烈地区受到一定 的限制，并且使用本构对具有非线性或大变形地层来说已没有意义测井资料建立求取地层力学参数的经验模式在油气井钻探过程中，往往不可能取全所有层段的岩心，而岩石力学参数是 井壁稳定行分析的必要参数，为此我们建立了利用测井资料预测岩石力学参数的 经验方法4.2.1 纵、横波速度的确定岩石动静态弹性参数的转换在声波测井中，纵、横波速度通过测井解释后可以直接从测井解释曲线中得 到测井曲线记录的为各类波传播的时间，经过换算即可得到纵、横波速度，换 算公式如下：VPVSAtAtX 106X 106依据弹性力学的运动微分方程，几何方程及物理方程，我们可以推导动态弹性参数与纵、横波速度之间的关系为：E = P v 2(3v 2 一 4v 2)/(* 2 一 2v 2)d s p s p s卩—(v 2 一 2v 2) / 2(v 2 一 2v 2)d p s p s在预测地层的坍塌压力和破裂压力的过程中，需要掌握地层的弹性模量和泊 松比，利用纵横速度确定的地层动态弹性模量和动态泊松比反映的是地层在瞬间 加载时的力学性质，与地层所受载荷为静态的不符，因而不能直接应用于实际。
在以往的研究中是先求出岩石的动态弹性参数，再建立动、静参数间的相关转变 关系来求取静态参数在“七五”期间，我们通过室内岩石力学动、静弹性参数 的同步测试试验，建立了砂岩的动、静弹性参数转换关系式为：卩—A + B卩s 1 1 dE — A + B Es 2 2 d式中：卩、卩一分别为静态和动态泊松比；sdE 、 E －分别为静态和动态弹性模量；sdA、B 、A 、B －转换系数，与岩性及岩石所受应力有关在本研究中，我 1122们取：A = 0.24543 - 0.15548431g qK = 0.050248 + 0.3647811g qA2 = 198.4 + 1810.2lgK = 0.066184 - 0.1609311g q24.2.2 利用声波测井确定岩石的强度参数由于取芯的困难，长期以来，国内外专家都在寻找一种更简便的方法来确定 地层的强度参数地层声波测井反映声波在岩石中的传播速度，它与岩石的密度 孔隙度，结构强度等密切相关，它作为恒量岩石强度参数的一个重要指标，长期 以来一直为众多学者所重视通过对一系列岩石试件进行声波测定的结果表明，凡是抗压强度高的岩石其波速也大，根据Schlumberger (斯伦贝谢)公司的MECHPR0测井方法的介绍，Deer 和Miller (1966)年由实验建立了沉积岩单轴抗压强度与其动态杨氏模量E间的 d 数学关系式为：q 二 0.0045 - E (1 - V )+ 0.008E - 。