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基于地震属性技术的井壁稳定随钻预测新方法

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基于 地震 属性 技术 井壁 稳定 预测 新方法
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收 稿 日 期 : 2007 - 09 - 29基 金 项 目 :国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (90510005, 50304010)作 者 简 介 :吴 超 (1976 - ) ,男 (汉 族 ) ,安 徽 明 光 人 ,博 士 研 究 生 ,研 究 方 向 为 油 气 井 岩 石 力 学 与 工 程 。文 章 编 号 : 167325005 (2007) 0620141206基 于 地 震 属 性 技 术 的 井 壁 稳 定 随 钻 预 测 新 方 法吴   超 , 陈   勉 , 金   衍(中 国 石 油 大 学 石 油 天 然 气 工 程 学 院 ,北 京 102249)摘 要 :基 于 地 震 属 性 和 测 井 数 据 之 间 存 在 非 线 性 关 系 ,提 出 一 种 综 合 利 用 地 震 和 测 井 信 息 随 钻 预 测 井 壁 稳 定 性 的 新方 法 ,即 在 钻 前 联 合 运 用 遗 传 算 法 和 网 络 算 法 ,从 所 提 取 的 井 旁 原 始 地 震 属 性 中 优 选 出 对 测 井 特 征 参 数 最敏 感 的 地 震 属 性 组 合 ,并 利 用 已 钻 井 资 料 建 立 起 反 映 所 研 究 区 块 不 同 地 层 中 地 震 属 性 与 测 井 数 据 之 间 关 系 的 一 系列 神 经 网 络 映 射 模 型 ,实 钻 时 通 过 分 析 岩 屑 录 井 资 料 选 择 适 当 的 映 射 模 型 ,随 钻 预 测 出 待 钻 井 段 的 声 波 和 密 度 测 井数 据 ,进 一 步 预 测 出 钻 头 下 方 地 层 的 井 壁 稳 定 性 。 该 预 测 方 法 具 有 良 好 的 精 确 度 和 时 效 性 ,在 塔 西 南 地 区 的 实 际 应用 中 取 得 了 良 好 效 果 。关 键 词 :井 壁 稳 定 ; 随 钻 预 测 ; 地 震 属 性 ; 测 井 资 料 ; 遗 传 算 法 ; 神 经 网 络中 图 分 类 号 : 1      文 献 标 识 码 : AA m of wh dr on se ic a J B 02249, A of p p by ic is on s ic op to p ic by P a of s ic of in of p be to p on of be p p p of p p p in p ic 过 程 中 出 现 的 井 眼 喷 、 漏 、 塌 、 卡 等 井 壁 失稳 问 题 的 主 要 机 理 是 井 壁 的 张 性 破 裂 和 剪 切 破 坏 ,利 用 岩 石 力 学 理 论 分 析 井 壁 稳 定 状 况 主 要 从 岩 石 力学 参 数 计 算 、 原 地 应 力 分 析 和 井 壁 稳 定 力 学 建 模 等3个 方 面 着 手 [ 123 ]。 传 统 的 井 壁 稳 定 研 究 通 常 在 钻后 进 行 ,通 过 测 井 、 钻 井 和 岩 心 资 料 的 综 合 分 析 ,确定 井 壁 失 稳 的 主 导 机 理 ,指 导 后 续 钻 井 。 但 工 程 实际 对 井 壁 失 稳 问 题 尽 可 能 做 到 提 前 预 知 、 及 早 发 现 、尽 快 处 理 ,所 以 钻 前 及 随 钻 预 测 井 壁 稳 定 性 具 有 更大 意 义 。 金 衍 、 陈 勉 等 提 出 了 几 种 利 用 地 震 资 料 钻前 预 测 井 壁 稳 定 性 的 方 法 [ 426 ] ,他 们 将 地 球 物 理 资 料分 析 与 深 层 岩 石 力 学 原 理 结 合 起 来 ,解 决 了 多 口 深井 钻 前 安 全 泥 浆 密 度 确 定 的 难 题 ,但 地 震 信 息 与 地层 岩 性 及 岩 石 力 学 参 数 之 间 关 系 的 不 确 定 性 使 这 些模 型 的 应 用 受 到 一 定 限 制 。 地 震 记 录 和 波 阻 抗 测 井资 料 之 间 存 在 密 切 的 非 线 性 关 系 [ 7 ] ,对 于 同 一 地 质2007年   第 31卷             中 国 石 油 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )                 31  6第 6期                               2007区 块 的 相 同 层 段 ,地 震 与 测 井 信 息 之 间 的 这 种 映 射关 系 是 相 同 的 ,基 于 此 笔 者 提 出 一 种 综 合 利 用 地 震和 测 井 信 息 ,随 钻 预 测 井 壁 稳 定 性 的 新 方 法 。1  地 震 属 性 的 提 取地 震 属 性 是 指 由 叠 前 或 叠 后 地 震 数 据 ,经 数 学变 换 而 导 出 的 有 关 地 震 波 的 几 何 特 征 、 运 动 学 特 征 、动 力 学 特 征 和 统 计 特 征 的 特 定 参 数 。 通 过 地 震 属 性分 析 可 以 拾 取 隐 含 在 地 震 数 据 之 中 的 地 质 信 息 ,从而 充 分 发 挥 地 震 数 据 的 潜 力 。 由 于 地 震 属 性 对 地 层的 构 造 、 岩 性 、 物 性 以 及 流 体 成 分 等 特 征 更 加 敏 感 ,所 以 相 比 于 原 始 地 震 记 录 它 更 适 宜 用 来 建 立 地 震 和测 井 信 息 之 间 的 非 线 性 关 系 模 型 [ 7 ]。 提 取 待 钻 目标 井 及 其 已 完 钻 邻 井 的 井 旁 地 震 记 录 ,选 择 长 度 为180 m 取 时 窗 后 逐 点 下 移 依 次 提 取 以 下 7种属 性 参 数 。(1) 振 幅 属 性 。 它 是 地 震 解 释 和 预 测 常 用 的 动力 学 参 数 ,是 地 层 岩 性 、 物 性 、 含 油 气 性 、 构 造 以 及 层序 特 征 的 综 合 响 应 。 本 研 究 中 所 提 取 的 地 震 振 幅 特征 属 性 包 括 均 方 根 振 幅 、 平 均 绝 对 振 幅 、 相 邻 时 窗 振幅 比 、 波 峰 波 谷 振 幅 差 、 平 均 能 量 变 化 以 及 波 峰 波 谷振 幅 极 值 等 。(2) 瞬 时 属 性 。 它 是 根 据 复 地 震 道 分 析 在 地 震波 到 达 位 置 上 拾 取 的 地 震 属 性 ,微 观 地 描 述 了 地 震信 号 随 时 间 变 化 的 瞬 时 规 律 。 瞬 时 振 幅 、 瞬 时 相 位和 瞬 时 频 率 是 3个 基 本 瞬 时 属 性 ,在 此 基 础 上 又 可提 取 瞬 时 平 方 振 幅 、 加 权 瞬 时 频 率 、 反 射 强 度 能 量 以及 反 射 强 度 极 性 等 派 生 属 性 。(3) 傅 里 叶 谱 属 性 。 傅 里 叶 谱 是 通 过 傅 里 叶 变换 在 一 定 的 分 析 时 窗 内 计 算 的 频 谱 ,频 谱 中 发 生 的变 化 可 能 与 岩 性 与 物 性 的 变 化 有 关 。 本 研 究 从 地 震记 录 的 傅 里 叶 谱 中 提 取 振 幅 谱 主 频 、 振 幅 谱 极 大 值 、平 均 中 心 频 率 、 频 带 宽 度 、 频 谱 的 一 阶 和 二 阶 矩 以 及优 势 频 宽 等 属 性 。(4) 功 率 谱 属 性 。 功 率 谱 可 以 反 映 地 震 随 机 过程 的 统 计 特 征 ,从 经 最 大 熵 谱 估 计 所 得 的 地 震 记 录功 率 谱 中 可 以 提 取 加 权 平 均 频 率 、 功 率 谱 极 大 频 率 、优 势 功 率 谱 、 指 定 带 宽 能 量 、 累 积 能 量 对 应 频 率 等 特征 属 性 。(5) 自 相 关 属 性 。 自 相 关 函 数 是 地 震 记 录 重 复性 的 标 志 ,从 自 相 关 函 数 中 可 提 取 主 极 值 振 幅 、 极 小值 振 幅 、 主 极 值 面 积 、 旁 极 值 面 积 、 主 极 值 半 周 期 宽度 、 平 均 相 关 值 、 集 中 相 关 值 、 最 大 和 最 小 相 关 值 等相 关 属 性 。(6) 自 回 归 属 性 。 基 于 自 回 归 模 型 可 以 将 原 始地 震 记 录 表 示 为 本 身 样 点 的 线 性 组 合 ,其 中 的 多 项式 系 数 表 达 了 地 震 记 录 的 反 射 特 征 ,一 般 用 于 地 震道 的 分 类 。 这 里 采 用 5阶 模 型 来 提 取 地 震 记 录 的 自回 归 系 数 作 为 其 特 征 属 性 。(7) 非 线 性 属 性 。 地 震 和 测 井 数 据 都 具 有 强 烈的 非 线 性 特 征 [ 829 ] ,分 形 和 浑 沌 理 论 是 研 究 非 线 性 问题 的 重 要 工 具 ,所 以 它 们 被 广 泛 应 用 到 地 球 科 学 的研 究 中 [ 10213 ]。 本 研 究 从 地 震 记 录 中 提 取 了 容 量 维 数 、 关 联 维 数 、 和 分 形 和 混 沌 参 数 参 与 测 井 资 料 与 地 震 属 性关 系 的 建 模 。2  基 于 遗 传 算 法 和 神 经 网 络 算 法 的 地震 属 性 优 选地 震 属 性 与 地 层 岩 性 、 物 性 及 含 油 气 性 之 间 的关 系 是 很 复 杂 的 ,即 使 在 同 一 区 块 ,不 同 地 震 属 性 对给 定 地 层 参 数 的 敏 感 性 之 间 的 差 异 仍 是 相 当 大 的 。按 以 上 方 法 提 取 的 地 震 属 性 共 有 38种 ,它 们 所 反 映的 信 息 存 在 一 定 的 冗 余 度 ,与 目 标 参 数 无 关 的 属 性可 能 会 干 扰 这 些 参 数 的 预 测 ,而 且 属 性 的 增 加 会 带来 计 算 上 的 困 难 ,所 以 必 须 优 选 出 对 所 求 解 问 题 最敏 感 、 最 有 效 的 地 震 属 性 组 合 ,以 提 高 预 测 问 题 的 求解 效 率 和 精 度 。211  遗 传 算 法 的 总 体 方 案 设 计遗 传 算 法 是 基 于 自 然 选 择 原 理 来 解 决 组 合 优 化问 题 的 全 局 搜 索 算 法 [ 14215 ]。 最 优 地 震 属 性 组 合 的全 局 搜 索 方 法 如 下 :(1) 编 码 方 案 。 染 色 体 中 的 基 因 数 目 等 于 原 始地 震 属 性 的 个 数 ,基 因 通 过 二 进 制 数 进 行 编 码 ,染 色体 中 的 基 因 座 与 属 性 组 合 中 的 地 震 属 性 一 一 对 应 ,基 因 的 值 等 于 1意 味 着 对 应 的 地 震 属 性 在 属 性 组 合里 出 现 ,等 于 0则 不 参 与 属 性 的 组 合 ,因 而 对 任 何 一种 地 震 属 性 组 合 就 有 惟 一 的 染 色 体 结 构 与 之 对 应 。(2) 初 始 群 体 设 计 。 初 始 群 体 从 所 有 可 能 的 地震 属 性 组 合 中 通 过 随 机 取 样 而 产 生 ,在 群 体 中 个 体 的分 布 是 均 匀 的 ,群 体 规 模 对 计 算 效 率 和 最 终 预 测 结 果影 响 很 大 ,经 过 反 复 试 算 ,将 群 体 规 模 设 定 为 20。(3) 适 应 度 计 算 。 在 遗 传 算 法 中 评 价 个 体 性 能的 惟 一 依 据 是 个 体 的 适 应 度 ,这 里 利 用 神 经 网 络 算法 来 计 算 各 类 地 震 属 性 组 合 的 适 应 度 。(4) 遗 传 运 算 设 计 。 在 遗 传 算 法 中 遗 传 运 算 包括 选 择 、 交 叉 和 变 异 。 通 过 选 择 ,群 体 中 的 优 质 个 体被 复 制 而 劣 质 个 体 被 淘 汰 ,个 体 的 选 择 概 率 和 它 的·241· 中 国 石 油 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )                           2007年 12月适 应 度 成 正 比 。 通 过 交 叉 运 算 ,旧 个 体 中 的 部 分 基因 被 交 换 以 产 生 新 的 个 体 ,这 样 可 以 大 大 提 高 遗 传算 法 的 搜 索 能 力 。 通 过 变 异 运 算 将 染 色 体 中 部 分 基因 的 二 进 制 代 码 取 反 以 保 持 群 体 的 多 样 性 。 交 叉 和变 异 操 作 的 频 率 取 决 于 交 叉 概 率 和 变 异 概 率 ,本 文中 将 交 叉 和 变 异 概 率 分 别 取 为 017和 0101。 在 反复 进 行 遗 传 操 作 的 基 础 上 ,最 终 被 优 化 群 体 中 对 应着 最 大 适 应 度 的 地 震 属 性 组 合 就 是 对 目 标 地 层 参 数最 敏 感 的 最 优 属 性 组 合 。212  利 用 神 经 网 络 算 法 计 算 个 体 适 应 度在 遗 传 算 法 中 评 估 个 体 性 能 的 惟 一 依 据 是 个 体的 适 应 度 ,本 文 中 利 用 网 络 [ 16 ]计 算 各 类 地震 属 性 组 合 的 适 应 度 。 地 震 属 性 组 合 的 适 应 度 通 过已 钻 井 的 地 震 和 测 井 资 料 来 确 定 ,对 于 给 定 的 地 震属 性 组 合 方 式 ,从 已 钻 井 中 提 取 出 地 震 属 性 及 其 对应 的 声 波 和 密 度 测 井 资 料 ,将 其 构 成 数 据 样 本 对 。在 这 个 数 据 集 中 ,一 部 分 样 本 对 用 来 学 习 构 建 地 震和 测 井 数 据 之 间 的 映 射 关 系 模 型 ,称 为 学 习 样 本 对 ;另 一 部 分 用 来 估 算 预 测 误 差 以 计 算 适 应 度 ,称 为 预测 样 本 对 。笔 者 使 用 的 网 络 为 3层 结 构 ,输 入 层节 点 数 与 待 评 估 地 震 属 性 组 合 中 的 属 性 个 数 相 同 ,网 络 初 始 化 时 将 各 神 经 元 间 的 连 接 权 值 和 阈 值 都 设置 为 较 小 的 随 机 数 ,然 后 选 取 某 种 地 震 属 性 组 合 形式 进 行 评 估 ,将 学 习 样 本 对 中 的 这 种 地 震 属 性 组 合输 入 初 始 神 经 网 络 的 输 出 层 ,利 用 下 式 逐 层 计 算 各神 经 元 的 输 出 : F ∑iW i -θ j , 点 出 ;θ j 为 该 节 点 的 阈 值 ; X i 为上 一 层 节 点 出 ; W 节 点 的 连 接 权 值 ; 函 数 。采 用 下 式 调 节 连 接 权 值 及 阈 值 : 1η ∑ δ j M +α ( 1 ,θ N + 1j =θ η ∑ δ j /M +α (θ θ N - 1j ) , N 为 迭 代 次 数 ;η 为 学 习 率 , 0 <η < 1;α 为 动量 项 , 0 <α < 1;δ 点 差 项 ; M 为 学 习 样 本的 个 数 。如 果 节 点 个 输 出 层 节 点 ,则δ j = 1 - (D j - ;如 果 节 点 个 内 部 隐 蔽 层 节 点 ,则δ j = 1 - ∑kδ kW k j , D 学 习 样 本 对 中 的 实 际 测 井 数 据 ; 高 一 层 的 所 有 节 点 。以 上 各 步 循 环 进 行 ,反 复 调 节 网 络 的 连 接 权 值和 阈 值 ,直 到 实 际 输 出 和 期 望 输 出 的 误 差 满 足 要 求 ,可 认 为 学 习 建 模 结 束 。 在 此 基 础 上 ,把 预 测 样 本 对中 的 此 类 地 震 属 性 组 合 输 入 已 建 成 的 神 经 网 络 输 入层 ,即 可 在 输 出 层 得 到 对 应 于 这 类 地 震 属 性 组 合 的预 测 测 井 数 据 。 最 后 利 用 下 式 计 算 这 种 属 性 组 合 方式 的 适 应 度 : m∑ ( | y - d | / y) , 所 评 估 地 震 属 性 组 合 的 适 应 度 ; 通过 神 经 网 络 所 预 测 的 测 井 数 据 ; 预 测 样 本 对中 的 实 际 测 井 数 据 ; m 为 预 测 样 本 的 个 数 。3  随 钻 预 测 井 壁 稳 定 性311  测 井 曲 线 的 预 测 和 地 层 参 数 的 计 算在 分 别 确 定 了 对 声 波 和 密 度 测 井 参 数 最 敏 感 的地 震 属 性 组 合 后 ,就 可 以 利 用 这 些 属 性 组 合 来 预 测 待钻 地 层 的 声 波 和 密 度 测 井 曲 线 。 在 钻 前 利 用 已 钻 邻井 的 资 料 ,建 立 该 区 块 不 同 地 层 中 声 波 及 密 度 测 井 数据 和 对 应 地 震 属 性 之 间 的 非 线 性 映 射 关 系 模 型 ,这 里仍 使 用 网 络 学 习 算 法 建 立 这 种 映 射 模 型 。 实际 钻 进 时 通 过 分 析 岩 屑 录 井 资 料 确 定 当 前 钻 遇 地 层的 类 型 ,再 将 钻 头 下 方 待 钻 地 层 的 地 震 属 性 输 入 对 应于 该 钻 遇 地 层 的 神 经 网 络 映 射 模 型 中 ,即 可 随 钻 预 测出 待 钻 地 层 的 声 波 和 密 度 测 井 曲 线 。井 壁 稳 定 分 析 所 需 的 地 层 参 数 包 括 岩 石 物 理 、弹 性 和 强 度 参 数 。 首 先 在 对 试 验 数 据 进 行 回 归 的 基础 上 由 纵 波 速 度 推 算 横 波 速 度 ,表 达 式 为α β +η +λ , 别 为 纵 、 横 波 速 度 , s;α ,β ,η ,λ为 系 数 。根 据 声 速 和 密 度 数 据 很 容 易 计 算 出 动 态 弹 性 模量 和 泊 松 比 ,再 根 据 所 研 究 区 块 的 实 际 情 况 将 动 态弹 性 模 量 和 泊 松 比 转 换 为 静 态 值 以 进 行 相 关 岩 石 力学 参 数 的 计 算 。 根 据 试 验 数 据 建 立 的 动 、 静 态 弹 性参 数 转 换 的 经 验 模 型 为μ s =B 1μ d , B 2 , 别 为 动 、 静 态 弹 性 模 量 , d 和μ s 分 别 为 动 、 静 态 泊 松 比 ; 回 归 系 数 。孔 隙 度 和 泥 质 含 量 是 两 个 重 要 岩 石 物 理 参 数 。研 究 表 明 ,纵 波 和 横 波 速 度 与 孔 隙 度 和 泥 质 含 量 之间 存 在 良 好 的 线 性 关 系 [ 17 ] ,常 用 的 回 归 公 式 为φ = a2 a3 V b2 b3 341·第 31卷   第 6期                     吴   超 ,等 :基 于 地 震 属 性 技 术 的 井 壁 稳 定 随 钻 预 测 新 方 法式 中 ,φ 为 孔 隙 度 , %; 质 含 量 , %; 回 归 系 数 。根 据 究 可 以 利 用 岩 石 物 理 参数 和 弹 性 参 数 计 算 岩 石 的 抗 拉 强 度 和 粘 聚 力 [ 18219 ]。另 外 根 据 试 验 分 析 ,计 算 内 摩 擦 角 的 公 式 为< = C1 + (M 2 + 1) 1 /2 ] + 其 中M = , 粘 聚 力 , <为 内 摩 擦 角 , (° ) ; 回 归 系 数 。312  安 全 钻 井 液 密 度 窗 口 的 确 定地 层 孔 隙 压 力 基 于 有 效 应 力 原 理 计 算 ,即 孔 隙压 力 等 于 上 覆 地 层 压 力 与 垂 直 有 效 应 力 之 差 。 上 覆地 层 压 力 可 以 通 过 密 度 测 井 数 据 回 归 而 得 ,垂 直 有效 应 力 可 通 过 下 式 求 得 [ 20 ] : 4 , 垂 直 有 效 应 力 , 模 型 参 数 。假 设 地 下 岩 层 的 地 应 力 主 要 由 上 覆 岩 层 压 力 与水 平 方 向 的 构 造 应 力 产 生 ,地 层 为 均 质 各 向 同 性 的线 弹 性 体 ,在 沉 积 后 期 地 质 构 造 运 动 过 程 中 ,地 层 之间 不 发 生 相 对 位 移 ,则 水 平 最 大 和 最 小 地 应 力 的 计算 公 式 [ 21 ]为σ H = 12 ε H μs+ 2μ s ( α 1 h μs+α h = 12 ε H μs+ 2μ s ( α 1 h μs+α ,σ H 和 σ h 分 别 为 最 大 和 最 小 水 平 地 应 力 , 上 覆 地 层 压 力 , 地 层 孔 隙 压 力 ,为 有 效 应 力 系 数 ;ε H 和 ε h 均 为 水 平 应 力 系 数 。在 此 基 础 上 根 据 摩 尔 准 则 和 拉 伸 破 坏 准则 计 算 出 待 钻 井 段 的 坍 塌 压 力 和 破 裂 压 力 [ 21 ] ,即η (3σ H -σ h ) - 2 +α 1)η , 3σ h -α 其 中K = 45° 2) , 别 为 坍 塌 压 力 和 破 裂 压 力 , 拉 强 度 , 为 应 力 修 正 系 数 。通 过 分 析 预 测 得 到 的 孔 隙 压 力 、 坍 塌 压 力 和 破裂 压 力 曲 线 ,可 以 随 钻 预 测 出 钻 头 下 方 地 层 的 安 全钻 井 液 密 度 窗 口 。 合 理 的 钻 井 液 密 度 应 保 证 地 层 不发 生 溢 流 、 坍 塌 、 缩 径 和 漏 失 ,因 此 某 井 段 的 安 全 钻井 液 密 度 窗 口 上 限 是 该 井 段 破 裂 压 力 的 最 小 值 ,而下 限 为 坍 塌 压 力 和 孔 隙 压 力 的 最 大 值 。4  实 际 算 例利 用 塔 西 南 地 区 某 区 块 的 实 际 资 料 对 本 预 测 方法 进 行 验 证 。 区 块 中 的 待 钻 井 ,选 择 与 该 井 相距 912 井 W 井 作 为 完 钻 邻 井 。 两 井 所 钻 遇的 地 层 依 次 为 第 四 系 、 新 近 系 、 古 近 系 、 二 叠 系 、 石 炭系 和 泥 盆 系 ,共 包 括 17组 次 级 地 层 。 从 两 井 的 井 旁地 震 道 中 提 取 出 上 述 38种 常 规 地 震 属 性 和 非 线 性 地震 属 性 ,综 合 利 用 遗 传 算 法 和 神 经 网 络 算 法 从 中 选 择出 对 声 波 和 密 度 测 井 参 数 最 敏 感 的 地 震 属 性 组 合 。表 1为 遗 传 编 码 方 案 中 原 始 地 震 属 性 与 其 对 应 的 基因 座 序 号 。 经 过 反 复 遗 传 运 算 ,发 现 在 该 区 块 瞬 时 频率 、 平 均 相 关 值 、 关 联 维 、 容 量 维 和 等地 震 属 性 组 合 对 声 波 测 井 数 据 最 敏 感 ,均 方 根 振 幅 、振 幅 谱 主 频 、 关 联 维 、 和 地震 属 性 组 合 最 适 于 预 测 密 度 测 井 曲 线 。表 1  遗 传 编 码 方 案 中 原 始 地 震 属 性 与 其 对 应 基 因 座 序 号基 因 座序 号对 应 地 震属 性 组 合基 因 座序 号对 应 地 震属 性 组 合1 平 均 绝 对 振 幅 20 频 谱 的 二 阶 矩2 相 邻 时 窗 振 幅 比 21 自 相 关 函 数 主 极 值 振 幅3 均 方 根 振 幅 22 自 相 关 函 数 极 小 值 振 幅4 波 峰 波 谷 振 幅 差 23 自 相 关 函 数 主 极 值 面 积5 平 均 能 量 变 化 24 自 相 关 函 数 旁 极 值 面 积6 波 峰 振 幅 极 值 25 平 均 相 关 值7 瞬 时 振 幅 26 集 中 相 关 值8 瞬 时 相 位 27 最 大 相 关 值9 瞬 时 频 率 28 最 小 相 关 值10 瞬 时 平 方 振 幅 29 功 率 谱 加 权 平 均 频 率11 加 权 瞬 时 频 率 30 功 率 谱 极 大 频 率12 反 射 强 度 能 量 31 优 势 功 率 谱13 反 射 强 度 极 性 32 75%累 积 能 量 对 应 频 率14 振 幅 谱 主 频 33 自 回 归 系 数15 振 幅 谱 极 大 值 34 关 联 维 数16 振 幅 谱 平 均 中 心 频 率 35 容 量 维 数17 振 幅 谱 频 带 宽 度 36 18 振 幅 谱 优 势 频 宽 37 19 频 谱 的 一 阶 矩 38 前 充 分 分 析 W 井 的 资 料 ,利 用 神 经 网 络 分别 建 立 起 该 区 块 17组 地 层 中 地 震 属 性 与 对 应 测 井 参数 之 间 的 系 列 映 射 模 型 。 在 实 钻 过 程 中 ,当 通过 分 析 岩 屑 录 井 资 料 发 现 钻 进 至 石 炭 系 巴 楚 组 地 层时 ,将 钻 头 下 方 地 层 的 两 类 最 优 地 震 属 性 组 合 (图 1,2)输 入 对 应 于 该 地 层 的 神 经 网 络 模 型 ,可 以 分 别 预 测出 楚 组 地 层 的 声 波 和 密 度 测 井 数 据 。 预 测 测井 曲 线 和 实 测 测 井 曲 线 的 对 比 (图 3和 图 4)结 果 证明 了 预 测 效 果 较 为 理 想 。 他 层 段 的 声 波 和 密度 测 井 数 据 可 按 同 样 方 法 预 测 得 到 。·441· 中 国 石 油 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )                           2007年 12月图 4  楚 组 地 层 的 预 测 和 实 际 密 度测 井 曲 线 对 比在 依 次 预 测 出 四 系 、 新 近 系 、 古 近 系 、 二叠 系 、 石 炭 系 和 泥 盆 系 中 各 组 地 层 测 井 曲 线 的 基 础上 ,最 终 可 计 算 出 该 井 的 孔 隙 压 力 、 坍 塌 压 力 及 破 裂压 力 剖 面 ,图 5是 由 三 压 曲 线 确 定 的 安 全 钻井 液 密 度 窗 口 曲 线 。 通 过 与 实 际 使 用 的 钻 井 液 密 度对 比 ,可 见 实 用 钻 井 液 密 度 处 于 预 测 窗 口 以 内 (实钻 中 基 本 未 出 现 井 壁 失 稳 问 题 )。 表 2是 些深 度 处 地 应 力 、 破 裂 压 力 和 孔 隙 压 力 实 测 值 (通 过地 层 破 裂 试 验 和 岩 心 试 验 测 试 得 到 )与 预 测 值 的 对比 ,可 以 发 现 预 测 值 与 实 测 值 符 合 得 很 好 ,平 均 预 测误 差 为 318% ,最 大 误 差 不 超 过 10% ,所 有 这 些 均 证明 本 预 测 模 型 是 有 效 可 行 的 。图 5  预 测 安 全 钻 井 液 密 度 窗 口 和 实 用钻 井 液 密 度 对 比表 2  应 力 、 孔 隙 压 力 及 破 裂 压 力 实 测 值 和 预 测 值 的 对 比深 度H / 水 平 地 应 力 梯 度 /[(100 m) - 1 ]实 测 值 预 测 值最 小 水 平 地 应 力 梯 度 Gσ h /[(100 m) - 1 ]实 测 值 预 测 值孔 隙 压 力 当 量 钻 井 液密 度 ρ ( g· 3 )实 测 值 预 测 值破 裂 压 力 当 量 钻 井 液密 度 ρ ( g· 3 )实 测 值 预 测 值2 2064 0984 7235 0965 49421242138213321682157212921352137216221461178118111952113210511701199210121041198113511531153116111581137114611501156115421042112212721252131119421192123211221255  结   论(1)本 文 中 提 出 的 井 壁 稳 定 随 钻 预 测 方 法 综 合利 用 了 地 震 和 测 井 数 据 中 的 有 效 信 息 ,预 测 精 度 较高 ,时 效 性 强 ,克 服 了 传 统 预 测 方 法 的 不 足 ,有 着 良好 的 推 广 前 景 。(2)综 合 利 用 遗 传 算 法 和 神 经 网 络 算 法 能 够 优选 出 声 波 和 密 度 测 井 数 据 最 敏 感 的 地 震 属 性 组 合 ,这 对 于 提 高 计 算 效 率 和 最 终 预 测 精 度 非 常 重 要 。(3)钻 前 根 据 完 井 地 质 分 层 资 料 利 用 神 经 网 络·541·第 31卷   第 6期                     吴   超 ,等 :基 于 地 震 属 性 技 术 的 井 壁 稳 定 随 钻 预 测 新 方 法建 立 已 钻 井 的 分 层 测 井 资 料 与 地 震 属 性 关 系 模 型 是进 行 随 钻 井 壁 稳 定 预 测 的 基 础 ,实 钻 时 利 用 岩 屑 录井 资 料 和 分 层 神 经 网 络 映 射 模 型 实 时 预 测 钻 头 下 方地 层 的 声 波 和 密 度 测 井 数 据 是 做 好 预 测 工 作 的 关键 。(4)高 质 量 的 地 震 和 测 井 资 料 、 有 效 的 地 震 属性 提 取 和 优 化 方 法 、 精 确 的 测 井 资 料 与 地 震 属 性 关系 建 模 工 具 以 及 合 理 的 井 壁 稳 定 力 学 模 型 是 决 定 预测 精 度 的 重 要 环 节 。参 考 文 献 :[ 1 ]  S, . of on se of a J ]. e
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