地层压力预测方法

一、地层压力预测软件有：
1.JASON软件
Jason软件是一套综合应用地震、测井和地质等资料解决油气勘探开发不同阶段储层预测和油气藏描述实际问题的综合平台。

Jason 的重要特点就是随着越来越多的非地震信息（测井，测试，地质）的引入，由地震数据推演的油气藏参数模型的分辨率和细节会得到不断的改善。

用户可根据需要由Jason 的模块构建自己的研究流程。

其反演模块包括：
InverTrace：递归反演
稀疏脉冲反演
InverTrace_plus：稀疏脉冲反演
RockTrace：弹性反演
InverMod：特征反演
（主组分分析）
StatMod：随机模拟
随机反演
FunctionMod：函数运算
压力预测原理：由JASON反演出地层速度，速度计算垂直有效应力，进而求出孔隙流体压力。

2、地层孔隙压力和破裂压力预测和分析软件DrillWorks/PREDICTGNG
软件功能:
•趋势线(参考线)的建立
--手工
--最小二乘方拟合
--参考线库
•页岩辨别分析
•上覆岩层梯度分析
--体积密度测井
--密度孔隙度测井
--用户定义方法(程序)
•孔隙压力分法
--指数方法
电阻率、D一指数
声波、电导率
地震波
--等效深度方法
电阻率、D--指数
声波
--潘尼派克方沾
--用户定义方法(程序)
•压裂梯度分法
--伊顿方法
--马修斯和凯利方法
--用户定义方法(程序)
•系统支持项目和油井数据库
•系统支持所有趋势线方法
•系统包括交叉绘图功能
•用户定义方法(程序)
•包括全套算子
•系统支持井与井之间的关联分析
•系统支持岩性显示
•系统支持随钻实时分析
•系统支持随钻关联分析
•多用户网络版本
数据装载功能:
•斯仑贝谢LIS磁盘输入
•斯仑贝谢LIS磁带输入
•CWLS LAS输入
•ASCII输入
•离散的表格输入
•井眼测斜数据
•测深/垂深表格
用户范围:
•美国墨西哥湾
•北海
•西部非洲
•南美
•尼日利亚三角洲
•南中国海
•澳大利亚
DrillWorks/PREDICTGNG 与其它软件的区别•世界上用得最多的地层压力软件
•钻前预测、随钻监测和钻后检测
•用户主导的软件系统
•准确确定
--上覆岩层压力梯度
--孔隙压力梯度
--破裂压力梯度
•使用下列数据的任何组合来分析地层: -地震波速度
-有线测井
-MWD、LWD数据
-重复地层测试(RFT)
-泄漏试验(LOT)数据
-录井资料
-地质资料
•面向现实世界中数据资料不尽人意、而新的方法又层出不穷的用户而设计的
•地层压力软件平台:新的预测压力方法可通过"用户定义方法(程序)"编入系统
软件用途:
•准确预测地层压力
•有效降低钻井成本
•提高经济效益
•优化井眼尺寸
•优化泥浆和水力学
•避免井涌和卡钻
•减少地层污染
•延伸套管鞋深度
•减少套管数目
•保障施工安全
3、GeoPredict地层孔隙压力预测软件
本程序基于当量深度法，根据钻进过程中钻时的快慢，并结合岩屑的岩性，由操作人员在图中用拖动鼠标的方式挑出的泥/页岩段，完成压力预测原理中首先选取泥/页岩段的过程。

操作人员选取泥/页岩段后，所选取泥/页岩段的深度间隔自动记录到数据库中，并且可以很容易地通过在图中拖动鼠标加以修改、删除和添加，所做的所有修改自动在数据库中更新。

本程序采用五点三次平滑算法处理校正后的D指数，然后结合钻井过程中诸如背景气、单根气、停泵气、后效气的大小及出现的频率以及岩屑中有无掉块、提下钻过程中有无挂卡等诸多因素后确定正常压实趋势线，实现了钻井过程中的实时地层压力预测，帮助减少钻井生产中的问题，提高钻井安全性，实现高效钻进。

本程序操作界面友好，格式编辑方便、灵活，能够适应现场各种形式的资料处理要求。

本程序由北京新煜达石油勘探开发有限公司开发。

与地层压力有关的参数：
4.PetroMod 不依赖速度数据
二、地震资料求取压力数据的方法
首先地震预测地层压力的必要条件：
（1）高质量的地面地震资料。

（2）有声波、自然伽马（或自然电位）测井资料。

（3）该区域地层压力的测试数据。

（4）相对简单的沉积接触关系。

2.1．利用地震层速度预测地层压力的方法
该方法是近几十年来国外广泛使用的一项新技术。

首先取得地震层速度的资料有两种途径：一是利用野外地震采集到的资料，二是利用井下声波测井或垂直地震测井取得的资料。

该方法的基本原理是认为：地震波在泥、页岩中的传播速度是随埋藏深度而有规律地加快，除非出现了异常压力层。

1968 年Pennebaker 认为此规律是：V=K*Z n.式中，V 指地震波在地层中的传播速度，K 是常数，Z 指地层埋藏深度，如果用地震波在层段中的传播时间（即传播速度的倒数）来
表示，则上式变为：∆t=K1∗Z 1 n
式中，△t为传播时间，K1为系数，它与孔隙压力P，岩性L和地质年代有关。

即：
∆t=P∗L∗a∗Z 1 n
两边取对数，变为：
Log△t=P*L*a*1/n*logZ=K1*logZ
由上式可在对数坐标纸上得到一条直线。

该直线表明，在没有异常压力时的传播时间与深度的关系，称之为“正常孔隙压力趋向线”偏离趋向线的泥、页岩段则为异常压力层。

趋向线还受地质年代的影响，埋藏年代越久，地层越致密，地震波传播速度越快，传播时间越短。

除此之外，还受地温梯度的影响，地温梯度高的地区传播速度快。

2.2．R 比值法
用Pennebaker 法预测地层压力在意大利波河盆地遇到了困难。

意大利通用公司提出了一种用地震资料预测异常地层压力的新方法，该法是基于研究实测层速度Vi 与参考速度Vs 的比值R，称R 比值法。

该法的原理：页岩和碳酸盐岩声波速度是骨架压力的函数，高孔隙度砂岩位于页岩之下，碳酸盐岩的变化范围很宽，实验发现：泥岩中声波速度Vs 与骨架压力Pc 之
间的关系可用如下经验公式描绘：Vs= v mx∗Pc
A∗Pc+B
+v min
式中,Vmx为骨架速度，单位m/s，Vmin为土壤最低速度，A,B为常系数。

骨架压力Pc 与上覆压力Pov，孔隙压力Pp 的关系为：Pc=Pov- Pp ，上覆压力Pov 可由层速度用下式计算：
P ov=∑(
n
i=1d mx−2.11)(
H i
10
)[(1−V i)/V
mx
]/[
1+Vi
V min
]
其中，Dmx为骨架速度，设为2.75g/cm3;Vi层速度；Hi为厚度。

利用上式可由声波测井资料求出上覆压力。

如地质剖面上部大多数为页岩或其它碎屑岩地层，并假设孔隙压力为正常，这样便可计算出可靠的声波参考速度Vs 值，当为超压实地层时，Vi>Vs;正常压实地层时，Vi=Vs;高压地层时，Vi<Vs。

因此，可以根据Vs 与Vi 的关系绘制曲线，从而判断高压地层的存在。

但这种图使用起来不太方便，所以取Vi 与Vs 的比值，并以R 表示：R=Vi/Vs，便可画出R 与深度关系曲线。

2.3 公式计算法
该方法是先建立正常压实地层地震层速度随井深变化的关系式，即正常压实趋势线的方程。

而在异常高压层段，通过实测地震层速度与同深度处正常压实趋势线上层速度之间建立的关系式进行计算，而获得异常高压层段的地层压力值的方法。

常用计算公式有等效深度式和比值法：
2.3.1 等效深度式
该式是假定层速度相等的地层具有相同的有效压力。

借助实测的地震层速度可以找到一个与此速度相当的所谓等效深度，由等效深度点上的正常地层压力和等效深度与实际深度之间的深度差，就可估算出地层压力的大小，其计算式为：Pp=P0*H+(Pw- P0)*Hc=Pw*Hc+(H- Hc)*P0式中，Pp 为计算点
H 处的地层压力，Po 为上覆岩层压力，Pw为正常地层压力的静水压力，Hc
为与H 相同层速度的等效深度。

2.3.2
比值法是假定正常压力地层的地层压力与层速度的乘积应该等于异常压力地层的地层压力与该层层速度的乘积，其计算式为：Pp= Vn/V*Pw （10）式中，Vn 为正常压力Pw处的层速度，V 为异常压力Pp 的层速度。

上述两种计算式都需要建立正常压实地层的趋势线方程。

该方法的准确程度不仅取决于层速度的计算精度，而且取决于正常压实趋势线的准确与否。

2.4研究新进展
该法首先针对检测地区的沉积特点和地质构造特征进行分析研究，确定该地区各层位地层压力成因，然后分别建立各成因对地层压力贡献的计算式，最后综合得到地层压力检测值。

该法的典型代表是Exxon 油藏公司的提出的。

它考虑了两个产生异常高压的原因，即“欠压实”和水热增压。

该法利用声波速度与有效压力的关系来确定有效压力，利用有效压力与地层的关系来确定地层压力。

它的基本原理是，地层压实后，岩石孔隙不再改变，这时的有效应力称为原始有效应力。

若流体温度升高，孔隙限制流体膨胀，升压的结果是降低岩石骨架的有效应力。

能过大量的理论与实验研究，分别建立了两种状态下有效应力与声波速度的关系式，并分别称为原始曲线和卸载曲线。

前者用于“欠压实”引起的地层压力预测，后者用于水热增压引起的地层压力预测。

该法已成功地在墨西哥湾的一口井和北海中部的一口井进行了实际预测。

2.5.总结
尽管地震资料来源广泛，且能描述地层压力在横向和纵向上的分布规律，但由于地震层速度的估算受到多种因素的影响，使得预测方法受到局限。

同时，由于地震资料具有多解性，只有消除或减少多解性才能提高其预测精度，因此，地层压力的预测既展示出其良好的前景，也预示着研究的道路还很长远。

压力预测算法：
1.辽东部压力预测算法
辽东湾地区具有较好的成油地质条件：受构造演化和沉积条件的控制，而形成了巨厚的油气源岩．据已砂岩储层，性较好，压胶较弱，有隙存在和油气的保存；同时东营末期长时间的抬升剥蚀，受大气淡水淋滤的作用促使储层次生溶孔较发育，有机质的热演化也促使隙的产生，因而了个次生孔隙发育带．此，本区砂岩层的储集性能，储了良好的空间．，构造演化的多制的沉积条件的差异，了
多层次，圈闭．具有一定成因联系的圈闭在纵向和横向上有机地组合，便构成了不同类型的复式圈闭带，为油气聚集提供了有利场所⋯．
Fillippone（1979,1982提出的经验公式计算地层压力 P
f
Pf=(Vmax-Vi) x *Pov/(Vmax-Vmin)
Vmax是有效孔隙度接近零的骨架岩石速度，近似于机质速度；Vi即预测层段的层速度；Pov为平均地层压力；Vmin是岩石刚性为0的压缩速度。

经验公式中，Vmax，Vmin采取如下公式计算
+3K*t
Vmax=1.4V
RO
+0.5k *t
Vmin=0.7V
RO
其中Vro 为均方根速度随t变化的截距，t为双程反射事件，k为斜率
Pov采用下面公式计算：
Pov=z*ρρ=1.73+1.64exp(-3048/Va)
其中z为研究层深度，ρ为其上覆层平均体积密度（g/cm³）,Va为上覆地层的平均速度(单位m/s),然后计算剩余地层压力Dp及剩余压力系数Cp绘制地层压力参数剖面及水平面变化图。

其中：
2．准噶尔盆地复杂地区压力预测方法研究及应用
异常压力的成因比较复杂，与地质、物理和化学等多方面因素有关［２７］，如压实作用的不平衡、构造挤压作用、水热增压作用、生烃作用、蒙脱土脱水作用、浓差作用、深部气体充填封存箱的分隔和抬升作用等．
Ｔｅｒｚａｇｈｉ经过多年对饱和多孔介质力学特性的研究，提出了如下有效应力定理：
Pρ=Po-Pe
地层孔隙压力等于上覆岩层压力与垂直有效应力之差Pρ为地层孔隙压力，P9为垂直有效应力，Pe为垂直有效压力。

对单一岩性，地层层速度主要是孔隙度和垂直有效应力的函数．对于处于原始加载应力状态下的泥岩地层，其孔隙度又是垂直有效应力的函数．故对于泥岩地层来讲，地层层速度主要是垂直有效应力的函数．但这种函数关系是一种比较复杂的非线性的关系．实践表明，采用如下形式的线性!指数组合的经验模型，可以更合理的描述泥质沉积物的层速度与垂直有效应力的函数关系［２８］．对于同一区域，系数为常数，有两种方法获得：根据上部正常压实段的声波速度和正常孔隙压力条件下计算的有效应力非线性回归求得；利用实测的地层孔隙压力及相应的声波时差测井或ＶＳＰ测井速度的非线性回归求得．密度测井曲线比较真实地反映了地下岩石的体密度随其埋藏深度的变化规律，是求取上覆岩层压力理想的资料．因而上覆岩层压力梯度主要取决于上覆岩石的体密度，其计算模型如下：
没有密度测井的井段由Ｇａｒｄｎｅｒ公式计算上覆岩层压力．
根据（２）式计算出有效应力，由（３）式或（４）式确定上覆岩层压力后，再根据有效应力公式（１）实现地层孔隙压力预测．
速度模型建立霍尔果斯背斜构造复杂、断裂发育、地层重复多、地层倾角大（６０°）、速度倒转现象明显、速度的准确求取存在很大困难．根据数理统计原理，把大量的速度资料放到三维地质模型中进行大范围大规模的统计分析，再用建立地质模型来模拟地震波传播规律，通过反复调整速度、厚度、地层倾角逐
步逼近实际地质模型把每一个数据放到三维地质模型中去分析和判断，对每一个共中心点道集，自上而下对地质模型的每一层，用计算机模拟地震波每一道的激发、透射、反射、接收过程，计算出理论叠加速度，再和实际的叠加速度比较、反复迭代，直到两者吻合，即可求出每层的层速度和真倾角（图３）．3．松辽盆地孔隙流体压力预测
地层压力预测方法传统上一般分两类:一是通过总结地质作用对孔隙体积、孔隙流体温度、孔隙流体特征参量等与孔隙流体压力相关参数的影响规律,结合孔隙流体压力的基本概念,提出相应数学模型,进而对流体动力学参数进行预测;二是通过寻找流体动力学参数与各种地球物理参数间的经验关系进行预测,常用的预测方法有如下几种,即等效深度法[2 ] 、改进的等效深度法[3 ] 、直接预测法[4 ] 、迭代模拟法、比值预测法、图板预测法、利用地震振幅资料预测地层压力①等方法. 从理论上讲它们都可以求得纵、横向地层压力的特征. 但是也存在两个明显的缺陷：1) 理论模式都是基于沉积压实理论建立起来。

而实际上几乎所有的地质作用都要影响到地层压力的稳定; (2) 经验方法一般都是通过单一的地层测试参数与单一的地球物理参数建立起来的,没有考虑不同因素间的相互制约.
本次研究即采用了改进的有序BP 算法[5 ] . 该算法每个变量受它序号前面的变量的影响,由此得出的模型为有序BP 模型,即:
2. 2 计算参数选择
根据计算方法的需要,选择提取的参数共有三大类,它们是:钻井实测类参数,包括“D”指数、压力梯度、地层温度;声波时差测井曲线数据;地震层速度数据,由读取的速度谱换算而来.
2. 3 计算过程
计算过程分为4 个步骤:
第一步为网络样本的输入(或特征量参数的输入) . 本次计算选用对地层压力特征反映最敏感的3 个钻井实测参数即“D”指数、地层温度梯度、地层压力系数以及地震层速度参数.
第二步称为地震层速度校正,用声波测井数据去校正地震数据,以期使地震速度数据尽量准确.
第三步称为网络的学习过程,网络的学习过程由正向传播信息与反向传播信息两个过程组成. 在信息正向传播过程中输出信息由输入层经隐含层逐层变换处理,并传向输出层,而且每一层神经元的状态只影响下一层神经元的工作状态. 如果在输出层得不到期望输出,则转入信息反向传播过程,即将误差信号沿原来的连结通路返回,通过修改各层神经元之间的连接强度和阀值,以便使期望输出与实际输出之间误差达到最小,最后可求得一组固定的连接链,到此完成学习过程. 第四步称为工作过程,即利用已经训练好的压力系数网络和地震层速度网络外推,计算全区的地层压力系数. 每一个层位都这样做,即可以得出各个层位的压力系数.
3. 2. 1 异常高压的影响因素
(1) 压实作用. 主要是欠压实作用,多数学者认为是在沉积过程中压实与排水作用不平衡的结果. (2) 构造作用. 包括区域性抬升、褶皱、断层、滑坡、崩塌、刺穿(盐岩或泥、页岩) 等. 区域性抬升、隆起是造成异常压力的重要因素,当某一深度下的正常压力系统整体抬升,而压力保持状况不变,则在浅层形成超压系统. (3) 烃的生成. 在逐渐埋藏过程中有机质转变成烃也引起流体体积
的增加,并最终导致形成异常压力封隔体. (4)
4. 结论
松辽盆地深层所具有的火山岩分布面积广,构造运动期次多,沉积压实作用强烈等特点,决定其孔隙流体压力的组成与分布必然十分复杂,因此,孔隙流体压力的预测不能简单地套用前人的方法,神经网络计算技术不失为一种可行方案.
四、异常地层压力的综合预测方法及其在营尔凹陷的应用
预测异常地层压力的方法主要有以测井资料为主的平衡深度法、以地震资料为主的地震层速度法、以实测压力为主的经验关系法和数值模拟法,单独使用某一类方法预测地层压力都具有一定的局限性。

提出了一种综合预测地层压力的方法,该方法将现有的测井、地震资料预测地层压力的方法进行了综合与改进,预测过程充分利用了营尔凹陷的测井资料、地震资料和压力测试资料,预测的地层压力与实测压力具有较好的一致性,证明用该方法来研究异常地层压力是有效的。

研究发现营尔凹陷异常地层压力十分发育,纵向上,从浅至深可以依次划分为具有不同压力特征的4个压力带:常压带、浅层超压带、压力过渡带和深层超压带。

通过测井、地震资料预测压力剖面的综合对比发现,各压力带的分布主要受地层层位和岩性控制
测井资料预测异常地层压力与校正
利用测井资料预测异常地层压力,目前比较成熟的方法是平衡深度法,其根据有效应力定理,认为地层压的变化与孔隙度演化有很好的相关关系, 而测井声波能很好地反映地层孔隙大小,因此可以利用声波测井曲线来定量计算地层的孔隙度,从而可以计算异常地层压力的大小[6-7]。

利用测井声波时差资料计算泥岩地层压力的公式为:
式中:Z为欠压实泥岩的埋藏深度(m);pz为欠压实泥岩的孔隙压力或地层压力(Pa);g为重力加速度(m/s2);ρr为沉积岩平均密度(kg/m3);ρw为地层孔隙水密度(kg/m3);Δt为欠压实泥岩的声波时差值(μs/m);Δt0为原始地表的声波时差值(μs/m);C为正常压实泥岩的压实系数(m-1)[6]。