本發(fā)明屬于油氣井工程，涉及地質建模以及井身結構設計，具體為一種基于三維地層壓力的井身結構優(yōu)化方法。

背景技術：

1、井身結構設計是鉆井工程中的重要一環(huán)，關系到鉆井施工安全及鉆完井經濟效益。地層孔隙壓力、地層坍塌壓力及地層破裂壓力的平衡關系是井身結構設計的關鍵參數(shù)，但傳統(tǒng)的井身結構設計方法通常是基于一維的地層壓力進行分析設計，未能充分考慮三維地層壓力對井筒及周圍地層環(huán)境的影響。

2、三維地質建模能夠更加精準地反映地層壓力變化情況，為井身結構優(yōu)化設計提供了新的思路。因此，建立一種基于三維地層壓力的地質建模方法，并通過綜合考慮地層的不均勻壓力分布、井壁的受力狀態(tài)以及井筒施工過程中的動態(tài)應力變化，能夠實現(xiàn)井身結構的合理設計，提高井筒的穩(wěn)定性和安全性，以實現(xiàn)井身結構優(yōu)化設計。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種基于三維地層壓力的井身結構優(yōu)化方法，其基于工區(qū)地質數(shù)據(jù)，建立三維地質模型幾何約束，采用井震關聯(lián)方式，基于三維地質屬性計算，獲取工區(qū)重點層段的孔隙壓力、坍塌壓力及破裂壓力三維展布，并將工區(qū)三維三壓力剖面應用于實鉆指導，實現(xiàn)井身結構優(yōu)化設計，以減少重點層段的井下復雜事故。

2、本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

3、一種基于三維地層壓力的井身結構優(yōu)化方法，包括如下步驟：

4、s1、在工區(qū)收集建模所需數(shù)據(jù)，存入地質建模數(shù)據(jù)庫；所需數(shù)據(jù)包括單井數(shù)據(jù)和地震數(shù)據(jù)；

5、s2、基于地質建模數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，建立工區(qū)三維地質模型；

6、s3、以三維地質模型為基礎，完成工區(qū)各個地層的三維地質屬性模型；

7、s4、基于三維地質模型與三維地質屬性模型，以壓力系統(tǒng)展布情況為評選方法，完成井身結構優(yōu)化設計。

8、作為本發(fā)明的一種具體實施方式，步驟s2包括：

9、s201、利用時深轉換方法處理工區(qū)地震數(shù)據(jù)，形成地震深度域數(shù)據(jù)，獲取各層段地震分層信息；識別包括斷層在內的地質構造，構建工區(qū)的斷層模型；

10、s202、以單井地質分層數(shù)據(jù)為硬約束、以地震解釋得到的層位數(shù)據(jù)為軟約束，構建層面模型，結合斷層模型和層面模型生成三維地質模型；

11、作為本發(fā)明的一種具體實施方式，步驟s3包括：

12、s301、以單井數(shù)據(jù)為主變量，收集確定各井沿井身縱向的單井數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)作為工區(qū)三維建模橫向展布預測的校準依據(jù)；以地震數(shù)據(jù)為次變量，結合油氣勘探部門的地震解釋結果，評估定義工區(qū)橫向上的異常區(qū)域；

13、s302、建立三維目標屬性模型：以插值算法處理與地層巖石特性相關的屬性建模參數(shù)，完成工區(qū)三維地質體的一般性建模；針對工區(qū)復雜層段，選擇隨機性建模算法，完成工區(qū)三維地質體的隨機性建模；

14、s303、以三維目標屬性模型為依據(jù)，獲取各層段分層信息，對三維地質模型已知區(qū)域進行地震屬性賦值計算；當插值校準處理后的三維目標屬性模型符合單井鉆遇地層情況與地震解釋成果時，以此作為符合工區(qū)建模要求的工區(qū)三維屬性模型。

15、進一步，所述的隨機性建模方法包括：

16、s3021、按照隨機順序選擇待模擬點xi，基于條件概率分布f(xi)～n(μ(xi),σ2(xi))分布隨機生成一個值fδ(xi)；

17、s3022、計算修正克里金值f'(x*)，并作為已知點，繼續(xù)模擬下一個點，直到所有網(wǎng)格都被模擬；

18、計算修正克里金值f'(x*)的模型如下：

19、

20、式中，x*為待插值點估計值；xi樣本點實際值；n為樣本數(shù)據(jù)量；λi為克里金權重系數(shù)；σ2(xi)為克里金法計算值的方差；μ(xi)為樣本點實際值的均值；δh為計算步長；n(δh)為步長小于δh的數(shù)據(jù)點個數(shù)；f()為克里金的計算值；r()為變差函數(shù)值；c()為協(xié)方差函數(shù)，無量綱；λj(xi,xj)表示xi，xj對應的克里金加權值求和。

21、作為本發(fā)明的一種具體實施方式，步驟s4包括：先通過步驟s3中建立的三維屬性模型獲取工區(qū)地應力及巖石物理屬性的三維展布計算結果，再根據(jù)地應力及巖石物理屬性三維展布計算結果和井震關聯(lián)的單井數(shù)據(jù)，反演計算工區(qū)地質的孔隙壓力展布系數(shù)，最后通過孔隙壓力展布系數(shù)計算得到坍塌壓力展布系數(shù)與破裂壓力展布系數(shù)的三維展布，分析正鉆井周圍的三維三壓力展布情況，以鉆遇壓力系統(tǒng)為評價指標，實現(xiàn)井身結構設計進行優(yōu)化；

22、孔隙壓力展布系數(shù)計算公式表示為：

23、

24、式中，pp為壓力展布系數(shù)；cp為效應系數(shù)，取值范圍為0～1；φp為塑性變形的孔隙度，％；φ0孔隙度，％；εφ為孔隙體積應變；h為地層厚度，m；σv為垂向地應力，mpa，由三維屬性計算得到；f[]為線性擬合函數(shù)；rt為電阻率，ω·m；den為地層密度，g/cm3；δtp為縱波時差，us/ft。

25、坍塌壓力展布系數(shù)計算公式為：

26、

27、式中，pb為壓力展布系數(shù)；為巖石內摩擦角，°；μ為巖石泊松比。

28、破裂壓力展布系數(shù)計算公式為：

29、

30、式中，pf為破裂壓力展布系數(shù)；σh為最小水平主應力，mpa；σh為最大水平主應力，mpa；σt為抗張強度，mpa。

31、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

32、本發(fā)明基于地質建模平臺，通過地震速度數(shù)據(jù)處理，獲取各層段地震分層信息，建立工區(qū)三維地質模型，并完成三維屬性建模計算，實現(xiàn)工區(qū)的三維屬性建模；最后提取單井的三維三壓力計算剖面結果，完成井身結構優(yōu)化設計，其能夠提高井筒的穩(wěn)定性和安全性。

技術特征：

1.一種基于三維地層壓力的井身結構優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于三維地層壓力的井身結構優(yōu)化方法，其特征在于，步驟s2包括：

3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于三維地層壓力的井身結構優(yōu)化方法，其特征在于，步驟s3包括：

4.據(jù)權利要求3所述的一種基于三維地層壓力的井身結構優(yōu)化方法，其特征在于，所述的隨機性建模方法包括：

5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于三維地層壓力的井身結構優(yōu)化方法，其特征在于，步驟s4包括：先通過步驟s3中建立的三維屬性模型獲取工區(qū)地應力及巖石物理屬性的三維展布計算結果，再根據(jù)地應力及巖石物理屬性三維展布結果和井震關聯(lián)的單井數(shù)據(jù)，最后反演計算工區(qū)地質的孔隙壓力展布系數(shù)，通過孔隙壓力展布系數(shù)計算得到坍塌壓力展布系數(shù)與破裂壓力展布系數(shù)的三維展布，分析正鉆井周圍的三維三壓力展布情況，以鉆遇壓力系統(tǒng)為評價指標，實現(xiàn)井身結構設計進行優(yōu)化。

6.根據(jù)權利要求5所述的一種基于三維地層壓力的井身結構優(yōu)化方法，其特征在于，孔隙壓力展布系數(shù)計算公式表示為：

7.根據(jù)權利要求6所述的一種基于三維地層壓力的井身結構優(yōu)化方法，其特征在于，坍塌壓力展布系數(shù)計算公式為：

8.根據(jù)權利要求7所述的一種基于三維地層壓力的井身結構優(yōu)化方法，其特征在于，坍塌壓力展布系數(shù)計算公式為：

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于三維地層壓力的井身結構優(yōu)化方法，屬于油氣井工程技術領域。本發(fā)明包括：在工區(qū)收集建模所需數(shù)據(jù)，存入地質建模數(shù)據(jù)庫；所需數(shù)據(jù)包括單井數(shù)據(jù)和地震數(shù)據(jù)；基于地質建模數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，建立工區(qū)三維地質模型；以三維地質模型為基礎，完成工區(qū)各個地層的三維地質屬性模型；基于三維地質模型與三維地質屬性模型，以壓力系統(tǒng)展布情況為評選方法，完成井身結構優(yōu)化設計。本發(fā)明通過地震速度數(shù)據(jù)處理，獲取各層段地震分層信息，建立工區(qū)三維地質模型，并完成三維屬性建模計算，實現(xiàn)工區(qū)的三維屬性建模；最后提取單井的三維三壓力計算剖面結果，其能夠實現(xiàn)井身結構的合理設計，提高井筒的穩(wěn)定性和安全性。

技術研發(fā)人員：向苑榕,湯明,尹珩,鄭儒民,陳楊,李玲蘭,李育展,劉桓竭
受保護的技術使用者：西南石油大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2