本發(fā)明涉及鉆井勘探領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多信息融合的鉆井漏失層位識別方法。
背景技術(shù)：
：井漏是在鉆井等井下作業(yè)過程中，各種工作液(包括鉆井液、水泥漿、完井液等)在壓差的作用下流進(jìn)地層的一種井下復(fù)雜情況，是鉆井過程中最普遍最常見的技術(shù)難題之一。井漏具有很大的危害：導(dǎo)致大量工作液漏入地層，直接造成巨大物資損失，延誤鉆井時(shí)間，延長鉆井周期；井漏還會對儲層的產(chǎn)能照成損害，干擾地質(zhì)錄井工作，甚至?xí)鹂ㄣ@、井噴、井塌等各種井下復(fù)雜情況。因此，對漏層位置的識別以及漏層性質(zhì)的認(rèn)識具有十分重要的意義。目前，應(yīng)用較為廣泛的漏層識別技術(shù)主要有兩種：第一種是觀察經(jīng)驗(yàn)法，主要應(yīng)用在鉆井施工現(xiàn)場，即主要通過直接觀測，對鉆進(jìn)、巖屑錄井、鉆井液面變化情況，結(jié)合鉆井過程中泵量等參數(shù)以及壓井、試井時(shí)鉆井液性能變化情況，綜合分析，確定漏層發(fā)生位置及漏層性質(zhì)。但此方法適用于漏失層位單一，裸眼井段壓力系統(tǒng)簡單地層情況，對于多套壓力層系，漏失情況復(fù)雜地層，觀察經(jīng)驗(yàn)法難以有效進(jìn)行漏層識別。第二種是水動力學(xué)測試法，水動力學(xué)測試法基本原理為井漏對鉆井液循環(huán)的破環(huán)所表現(xiàn)出的水動力學(xué)特征，如鉆井液環(huán)空返速的變化和立管壓力的變化等，基于此水動力學(xué)特征，相關(guān)學(xué)者研究了鉆井液正反循環(huán)測試法、鉆井液遲到時(shí)間計(jì)算法、井漏前后泵壓(立管壓力)變化測試法等方法來進(jìn)行漏層層位識別。此方法可以較為準(zhǔn)確的識別漏層層位，但是對漏層性質(zhì)無法進(jìn)行描述，例如漏層巖性、孔隙度和滲透率等漏失通道性質(zhì)參數(shù)。申請人在先發(fā)表的文獻(xiàn)(“井漏層位確定方法探討”，陳鋼花等，鉆井液與完井液，第26卷第2期，2009年3月)雖然研究了井漏層位的確定方法，但是由于其考慮的因素有限，僅考慮壓力，沒有對可能發(fā)生漏失層位地層的巖性、物性及裂縫參數(shù)進(jìn)行精細(xì)計(jì)算，對于地層巖性分析直接應(yīng)用了錄井巖性結(jié)果，但一般錄井巖性結(jié)果與實(shí)際地層巖性相比存在較大誤差；對于物性及裂縫參數(shù)計(jì)算沒有詳細(xì)計(jì)算模型，因此對漏失層位判斷準(zhǔn)確程度不夠，尤其在裂縫發(fā)育地層漏失層位判別準(zhǔn)確性略有不足。而且無法對漏失機(jī)理等進(jìn)行分析和描述。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，基于鉆井、地質(zhì)錄井及測井資料，識別漏失層段巖性、物性并計(jì)算鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度，地層孔隙壓力當(dāng)量密度以及井壁破裂壓力當(dāng)量密度，提供一種基于多信息融合的鉆井漏失層位識別方法，根據(jù)漏失發(fā)生必備條件能夠準(zhǔn)確確定漏失發(fā)生層位及計(jì)算漏層性質(zhì)參數(shù)。本發(fā)明基于多信息融合的鉆井漏失層位識別方法，具體步驟包括：(一)根據(jù)井史資料和錄井綜合記錄資料，鎖定漏失發(fā)生的深度范圍及在其深度范圍內(nèi)地層所發(fā)育的巖性；(二)利用測井、地質(zhì)資料對上述步驟中鎖定的漏失發(fā)生的深度范圍內(nèi)巖性、物性參數(shù)進(jìn)行解釋及計(jì)算；(三)利用測井及鉆井資料計(jì)算鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度ρECD、地層孔隙壓力當(dāng)量密度ρP及地層破裂壓力當(dāng)量密度ρf；(四)根據(jù)上述步驟(一)-(三)獲得的數(shù)據(jù)整理繪制得綜合成果圖，通過綜合成果圖進(jìn)行漏失層位識別，分析漏失機(jī)理。優(yōu)選的，步驟(一)鎖定范圍后根據(jù)測井曲線的響應(yīng)特征分析縮小范圍；優(yōu)選的，步驟(二)中的物性參數(shù)為深度范圍之內(nèi)的礦物成分、孔隙度、滲透率參數(shù)以及裂縫發(fā)育參數(shù)，所述裂縫發(fā)育參數(shù)包括裂縫孔隙度、裂縫密度及裂縫張開度等。優(yōu)選的，步驟(二)中的具體解釋及計(jì)算過程如下：①礦物成分和孔隙度計(jì)算通過聲波、密度和中子兩兩交會計(jì)算地層礦物成分及孔隙度，用聲波測井和中子測井交會方程組為：Δt=φ·Δtf+Vc1·Δtc1+Vc2·Δtc2φN=φ+Vc1·φN1+Vc2·φN21=φ+Vc1+Vc2---(1)]]>式(1)中：φ、φN、φNi—分別為地層有效孔隙度、中子孔隙度及第i種骨架礦物中子孔隙度；Δt、Δtf、Δtci—分別為地層、流體及第i種骨架礦物的聲波時(shí)差；Vci—第i種骨架礦物體積含量，i＝1、2。②地層滲透率估算由巖心實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立滲透率與孔隙度之間統(tǒng)計(jì)關(guān)系來估算，如果缺乏巖心數(shù)據(jù)，也可根據(jù)TIMUR公式來計(jì)算，公式如下：K=0.136*φ4.4(Swb2)---(2)]]>式(2)中：Swb—束縛水飽和度，單位：％，可由自然伽馬或自然電位與束縛水飽和度統(tǒng)計(jì)關(guān)系求出；φ—孔隙度，單位：％；K—絕對滲透率，單位：10-3μm2。③裂縫參數(shù)計(jì)算裂縫孔隙度計(jì)算公式：水層：油層：式(3)和式(4)中：φf—裂縫孔隙度；RLLS、RLLD—分別為淺、深側(cè)向測井電阻率；Rmf、Rw—分別為泥漿濾液和地層水電阻率；Rb—為基塊電阻率，可從解釋層鄰近致密層讀?。籱f—裂縫孔隙度指數(shù)，取值范圍為1-1.5。裂縫張開度計(jì)算公式：RLLD/RLLS≥1：RLLD/RLLS＜1：式(5)和式(6)中：RLLS、RLLD—分別為淺、深側(cè)向測井電阻率；Rmf為泥漿濾液電阻率，Rb—為基塊電阻率，可從解釋層鄰近致密層讀取。優(yōu)選的，步驟(三)計(jì)算鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度的公式為：ρECD=ρm+[(32LμpυD2+16Lτ03D)×103/gHV]---(7)]]>式(7)中：ρECD—鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度，單位：g/cm3；ρm—鉆井液密度，單位：g/cm3；L—井深，單位：m；D—鉆桿內(nèi)徑，單位：mm；τ0—流體屈服值，單位：Pa；μp—塑性粘度，單位：Pa·S；υ—平均流速，單位：m/s；HV—井深L處的垂深，單位：m；g—重力加速度。優(yōu)選的，步驟(三)中地層孔隙壓力當(dāng)量密度計(jì)算公式如下：ρP＝[GoHV+(Gn-Go)He]×103/gHV(8)式中：ρP—地層孔隙壓力當(dāng)量密度，單位：g/cm3；Go—上覆巖層壓力梯度，單位：MPa/m，可由密度測井資料求得；Gn—靜水壓力梯度，單位：MPa/m，可由工區(qū)地層水資料得到；HV—地層垂深，單位：m；He—等效深度，單位：m，可由聲波測井資料求得；g—重力加速度。優(yōu)選的，步驟(三)中地層破裂壓力當(dāng)量密度計(jì)算公式如下：ρf＝[3σH-σh-ΦPp+St]×103/gHV(9)σH=(μ1-μ+A)(σV-ΦPp)+ΦPp---(10)]]>σh=(μ1-μ+B)(σV-ΦPp)+ΦPp---(11)]]>式中：ρf—地層破裂壓力當(dāng)量密度，單位：g/cm3；σH、σh—分別為最大、最小水平主應(yīng)力，單位：MPa，可由公式(10)、(11)求得；A、B—地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)，由研究區(qū)破裂實(shí)驗(yàn)獲得；μ—巖石泊松比，由測井聲波資料求得；Pp—地層孔隙壓力，單位：MPa；Φ—地層孔隙壓力貢獻(xiàn)系數(shù)；St—巖石抗拉強(qiáng)度，單位：MPa，由巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)獲得；g—重力加速度。優(yōu)選的，步驟(四)中通過綜合成果圖進(jìn)行漏層識別，分析漏失機(jī)理的具體方法為，根據(jù)綜合成果圖中鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度ρECD與地層破裂壓力當(dāng)量密度ρf來判斷：當(dāng)ρECD＞ρf，層位發(fā)生漏失；當(dāng)ρECD≤ρf：若ρECD-ρP＞ρcon，則通過孔隙度、滲透率及裂縫是否發(fā)育進(jìn)行判斷，若裂縫發(fā)育則層位發(fā)生漏失，若裂縫不發(fā)育則層位不會發(fā)生漏失；若ρECD-ρP≤ρcon，層位不會發(fā)生漏失；其中ρP為地層孔隙壓力當(dāng)量密度，ρcon為區(qū)域漏失臨界壓力差當(dāng)量密度，根據(jù)區(qū)域資料獲得，同一區(qū)域?yàn)槌?shù)。本發(fā)明的有益效果在于，從漏失發(fā)生的根本驅(qū)動力-正壓差，漏失發(fā)生的必要條件—孔隙或裂隙出發(fā)，準(zhǔn)確識別漏失發(fā)生層位，分析漏失機(jī)理。該方法不僅可以確定漏層位置，而且可以識別漏層層位巖性，計(jì)算漏層孔隙度、滲透率等特征參數(shù)為鉆井施工方案和防漏與堵漏方案的制定提供依據(jù)。此外，本發(fā)明的方法不僅考慮壓力差，還對反映漏失發(fā)生另兩個(gè)必備條件：漏失通道及漏失空間的參數(shù)進(jìn)行了準(zhǔn)確計(jì)算，如孔隙度、滲透率及裂縫參數(shù)，充分考慮影響漏失發(fā)生各種因素，更加準(zhǔn)確識別漏層位置。并且對漏層巖性基于多礦物模型進(jìn)行精細(xì)描述，有助于進(jìn)一步對漏失機(jī)理分析和描述。附圖說明圖1為本發(fā)明漏失層位識別的流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的綜合成果圖；圖3為根據(jù)綜合成果圖判斷漏失層位的判定流程圖。具體實(shí)施方式下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于多信息融合的鉆井漏失層位識別方法，具體步驟包括：S1根據(jù)井史資料和錄井綜合記錄資料，鎖定漏失發(fā)生的深度范圍及在其深度范圍內(nèi)地層所發(fā)育的巖性，然后根據(jù)測井曲線的響應(yīng)特征分析縮小范圍。本步驟中，在裂縫性較為發(fā)育的地層，自然伽馬為低值；雙側(cè)向測井值較低，且有正差異；密度較低，中子、聲波較大，這類地層為漏失可能發(fā)生層段。但是，該步驟中鎖定的漏失深度段范圍較大，一般幾十米到百米，并不能準(zhǔn)確確定漏失發(fā)生層位，需要與下述步驟配合來識別和判斷。S2利用測井、地質(zhì)資料對上述步驟中鎖定的漏失發(fā)生的深度范圍內(nèi)巖性、物性參數(shù)進(jìn)行解釋及計(jì)算。本步驟中重點(diǎn)解釋對象為深度范圍之內(nèi)的礦物成分、孔隙度、滲透率參數(shù)，因研究區(qū)域?yàn)榱芽p發(fā)育地層，故其裂縫發(fā)育參數(shù)如裂縫孔隙度、裂縫密度及裂縫張開度等也為解釋重點(diǎn)。具體解釋和計(jì)算方法為：①礦物成分和孔隙度計(jì)算由測井原理可知，孔隙度測井中聲波時(shí)差測井主要反映巖石基質(zhì)孔隙度，中子、密度測井反映地層總孔隙度，因此，可以通過聲波、密度和中子兩兩交會計(jì)算地層礦物成分及孔隙度，利用公式(1)即可求的地層巖石礦物成分及孔隙度，當(dāng)?shù)貙訋r性較為復(fù)雜、巖石礦物在兩種以上時(shí)，就需要聲波、密度、中子等多種測井信息建立方程組來計(jì)算礦物成分及孔隙度。②地層滲透率估算滲透率—描述地層孔隙或裂縫滲流能力參數(shù)，主要受到孔隙結(jié)構(gòu)，孔隙幾何形狀、裂縫發(fā)育程度等諸多因素影響，一般可由巖心實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立滲透率與孔隙度之間統(tǒng)計(jì)關(guān)系來估算，如果缺乏巖心數(shù)據(jù)，也可根據(jù)TIMUR公式來計(jì)算。③裂縫參數(shù)計(jì)算對于裂縫發(fā)育地層，其裂縫的發(fā)育程度為鉆井液漏失程度重要影響因素，因此需要對裂縫孔隙度及裂縫張開度進(jìn)行解釋與描述。S3利用測井及鉆井資料計(jì)算鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度ρECD、地層孔隙壓力當(dāng)量密度ρP及地層破裂壓力當(dāng)量密度ρf。本步驟中，由于漏失發(fā)生根本條件為井筒內(nèi)壓力與地層壓力之間存在壓力差，使得鉆井液由于壓力差的作用流向地層中，因此對井筒中壓力及地層壓力或破裂壓力計(jì)算具有重要意義。而將鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度、地層孔隙壓力當(dāng)量密度和地層破裂壓力當(dāng)量密度代表以上三種壓力可以更好指導(dǎo)鉆井中的鉆井液密度配置，避免發(fā)生井漏事件。具體計(jì)算方法如下：①鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度鉆井液的當(dāng)量循環(huán)密度其定義鉆井液在環(huán)空循環(huán)時(shí)的流動阻力折算成相當(dāng)?shù)拿芏扰c鉆井液自身密度之和。鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度可以代表在鉆井施工過程中，由于鉆井液密度和鉆井液循環(huán)所產(chǎn)生的壓力對地層作用。②地層孔隙壓力當(dāng)量密度地層孔隙壓力當(dāng)量密度是指某深度地層壓力與等高液柱壓力等效時(shí)相當(dāng)?shù)囊后w密度，可以指示地層孔隙壓力大小。③地層破裂壓力當(dāng)量密度地層破裂壓力當(dāng)量密度是指某深度地層破裂壓力與等高液柱壓力等效時(shí)相當(dāng)?shù)囊后w密度，可以指示地層抗壓能力。S4根據(jù)上述步驟(1)-(3)獲得的數(shù)據(jù)整理繪制得綜合成果圖，通過綜合成果圖進(jìn)行漏失層位識別，分析漏失機(jī)理。根據(jù)綜合成果圖中鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度ρECD與地層破裂壓力當(dāng)量密度ρf來判斷：當(dāng)ρECD＞ρf，層位發(fā)生漏失；當(dāng)ρECD≤ρf，若ρECD-ρP＞ρcon，則通過孔隙度、滲透率及裂縫是否發(fā)育進(jìn)行判斷，若裂縫發(fā)育則層位發(fā)生漏失，若裂縫不發(fā)育則層位不會發(fā)生漏失；若ρECD-ρP≤ρcon，層位不會發(fā)生漏失；其中ρP為地層孔隙壓力當(dāng)量密度，ρcon為區(qū)域漏失臨界壓力差當(dāng)量密度，根據(jù)區(qū)域資料獲得,同一區(qū)域?yàn)槌?shù)。為了更清楚詳細(xì)地介紹本發(fā)明實(shí)施例所提供的基于多信息融合的鉆井漏失層位識別方法，以下將結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行說明。根據(jù)步驟(一)-(四)進(jìn)行分析和計(jì)算，流程參見圖1，對大港油田某區(qū)塊A井進(jìn)行處理，綜合成果圖如圖2所示，根據(jù)綜合成果圖的判斷流程如圖3所示。圖中巖性、物性及孔隙性曲線為原始測井曲線，而孔滲關(guān)系、裂縫參數(shù)、壓力當(dāng)量密度及巖性剖面是據(jù)步驟(一)-(三)所給出公式方法求得。由A井綜合成果圖可知，深度段1851-1872m地層為發(fā)生漏失層段，其判斷依據(jù)為：地層巖性為生物灰?guī)r，通過孔滲關(guān)系及裂縫參數(shù)曲線可知，該段孔隙和裂縫較為發(fā)育、滲透率較高，由孔隙和裂縫提供漏失發(fā)生的漏失通道和漏失空間；由當(dāng)量密度可知鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度明顯大于孔隙壓力當(dāng)量密度，并小于破裂壓力當(dāng)量密度說明由井筒中鉆井液對地層所產(chǎn)生壓力大于地層孔隙流體壓力，這一部分壓力差可以提供漏失發(fā)生驅(qū)動力，并且鉆井液對地層產(chǎn)生壓力并沒有壓裂地層。該層段完全滿足漏失發(fā)生三個(gè)必備條件：漏失通道，漏失空間及漏失正壓差，因此判斷該層段為漏失發(fā)生層段，漏失機(jī)理為該段生物灰?guī)r孔隙、裂縫發(fā)育，由井筒中鉆井液壓力與地層孔隙壓力之差提供驅(qū)動力，使得鉆井液進(jìn)入地層，發(fā)生漏失。該井在實(shí)際鉆井過程中，鉆進(jìn)至1854m時(shí)發(fā)現(xiàn)15分鐘漏失0.5m3，漏速2.0m3/h。加快加入單封速度，繼續(xù)鉆進(jìn)至1859m，漏速突然變大到120m3/h，井口失返。由此可驗(yàn)證本發(fā)明的方法分析結(jié)果與實(shí)際相吻合，準(zhǔn)確有效，同時(shí)本發(fā)明的方法不僅可以確定漏層位置，而且可以識別漏層層位巖性，計(jì)算漏層孔隙度、滲透率等特征參數(shù)為鉆井施工方案和防漏與堵漏方案的制定提供依據(jù)。當(dāng)前第1頁1 2 3