Akustisches Experiment zur Bodenverfestigung und Erstellung eines Modells zur Vorhersage des Porendrucks – am Beispiel des Yingqiong-Beckens

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 1885 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Erstellung eines Porendruck-Vorhersagemodells, das für das Yingqiong-Becken im Südchinesischen Meer geeignet ist. Eine neue Labortestmethode wurde entwickelt, um den Kernkonsolidierungsprozess zu simulieren, und es wurde ein akustisches Experiment zur Bodenkonsolidierung durchgeführt, um verschiedene Parameter zu analysieren und ein für den Zielblock geeignetes Modell zur Vorhersage des abnormalen Porendrucks zu erstellen. Zunächst wird die Ursache des ungewöhnlich hohen Drucks im Yingqiong-Becken analysiert und identifiziert, und es wird ein Simulationsexperiment zur Schichtbeladung und -entladung durchgeführt. Die Bodenverfestigung, die Versuchsausrüstung und der Versuchsplan werden entworfen. Es wurden mehrere Versuchsreihen durchgeführt, die Änderungen verschiedener Parameter während des Experiments analysiert und zusammengefasst, das für diesen Bereich geeignete Porendruck-Vorhersagemodell standardisiert und etabliert und in einigen Bohrlöchern in diesem Bereich eine Anwendungsüberprüfung und -bewertung durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass das Vorhersagemodell genau und anwendbar ist und dass der Porendruck mithilfe der Bodenkonsolidierungsexperimentmethode vorhergesagt werden kann, wobei die Vorhersagegenauigkeit etwas besser ist als beim herkömmlichen Vorhersagemodell. In dieser Studie kann eine praktikable akustische Experimentiermethode zur Bodenkonsolidierung verwendet werden, um ein Gesteinsmechanikexperiment und ein Porendruckvorhersagemodell ohne striktes Kerngestein zu erstellen. Die Experimente haben die Machbarkeit dieser Methode bewiesen und zwei Vorhersagemodelle erhalten, darunter Vorhersagemodelle für Lademechanismen und Entlademechanismen.

Laut der Bewertung der Öl- und Gasressourcen durch das Ministerium für natürliche Ressourcen entfallen mehr als 80 % der Offshore-Ressourcen auf die Becken Yinggehai und Qiongdongnan1, mit herausragenden Merkmalen von Überlauf und verlorener Zirkulation2. Die Gasfelder Ledong und Yacheng sind wichtige Öl- und Gasressourcenblöcke in den Ölfeldern im westlichen Südchinesischen Meer und enthalten reichlich Öl- und Gasressourcen. Die geologischen Bedingungen sind jedoch aufgrund der Kanalsandentwicklung3 komplex. Hochtemperatur- und Hochdruckbrunnen haben ein enges Dichtefenster und komplexe Situationen wie Überlauf und Leckagen treten häufig auf. Nehmen wir als Beispiel neun Hochtemperatur- und Hochdruck-Erkundungsbrunnen in einem Block im Yingqiong-Becken. Diese Brunnen mit komplexen Bohrlochkontrollbedingungen weisen alle einen Überlauf auf, und sechs von ihnen haben die Zirkulation verloren; Das Betriebsdichtefenster liegt unter 0,11 und einige Bohrlöcher haben sogar negative Fenster. Während der Bohrungen zur Abdichtung von drei Brunnen mussten die Bohrungen gestoppt werden.

Es gibt verschiedene Ursachen für ungewöhnlich hohen Druck, darunter geologische, physikalische, geochemische und dynamische Faktoren. Bei ungewöhnlich hohem Druck in einem bestimmten Block wird die Ursache dieses ungewöhnlich hohen Drucks im Allgemeinen von einem bestimmten Faktor dominiert und durch andere Faktoren ergänzt4. Obwohl es viele Mechanismen für die Bildung ungewöhnlich hoher Drücke gibt5,6, waren Kohlenwasserstoffbildung und Unterverdichtung schon immer die häufigsten Mechanismen für ungewöhnlich hohe Drücke7. Die Kohlenwasserstofferzeugung gehört zu dem ungewöhnlich hohen Druck, der durch die Änderung des Porenflüssigkeitsvolumens verursacht wird, und die Unterverdichtung gehört zu dem ungewöhnlich hohen Druck, der durch die Änderung des Porenvolumens des Gesteins verursacht wird.

Es gibt verschiedene Berechnungsmodelle für ungewöhnlich hohe Drücke, die durch unterschiedliche Mechanismen entstehen, wie zum Beispiel die Eaton-Methode8 und die Methode der äquivalenten Tiefe9 für den Lademechanismus (Unterverdichtung) und die Bowers-Methode10,11 für den Entlademechanismus. Auf dem Gebiet der Drucktestforschung im In- und Ausland wurden zwar einige Fortschritte erzielt, die oben genannten Forschungsergebnisse sind jedoch nicht für die Formationsdruckvorhersage von Hochtemperatur- und Hochdruckbrunnen im Yingqiong-Becken geeignet, und die Druckberechnungsmethode ist bereits geeignet große Fehler. Es ist dringend erforderlich, Untersuchungen zum Formationsdruckberechnungsmodell des Yingqiong-Beckens durchzuführen.

Das in der Vergangenheit vorgeschlagene Modell zur Vorhersage des Porendrucks basierte auf Bohrlochprotokollierungsdaten nach induktiver Analyse und Modellierung. Das Modell wurde auf der Grundlage regionaler Daten erstellt, und die regionale Anwendbarkeit war stark abhängig, und es bestand keine strenge experimentelle Überprüfung und Forschung der Felsmechanik. Die Durchführung gesteinsmechanischer Experimente durch vollständige Kernbohrung von unterirdischen Gesteinen ist nicht nur schwierig zu bohren, sondern auch der In-situ-Spannungszustand der Gesteinsmasse nach der Gewinnung verändert sich. Daher treten beim Experiment dieser Methode große Fehler auf. Diese Studie basiert auf Laborexperimenten mit Gesteinsschichten aus dem Südchinesischen Meer. Entsprechend dem Bildungsmechanismus verschiedener Kompressionsmechanismen ist der Kern hausgemacht, und künstliche Kernproben in Innenräumen werden für akustische experimentelle Forschung und Analyse zur Bodenkonsolidierung verwendet. Die Forschungsvariablen werden kontrolliert und die Parameterbeziehung zusammengefasst. Die Anpassung und Ableitung des Porendruck-Vorhersagemodells erfolgt durch die Durchführung einer Porendruckvorhersage und -modellierung mithilfe der Methode der Bodenverfestigungsexperimente, wodurch die Mängel der oben genannten Methoden behoben werden und die Vorhersagegenauigkeit etwas besser ist als die anderer herkömmlicher Vorhersagemodelle. Die in dieser Studie verwendete Bodenkonsolidierungsexperimentmethode ermöglicht die Erstellung von gesteinsmechanischen Experimenten und Porendruckvorhersagemodellen ohne strenge unterirdische Kernbohrungen, gleicht aber auch den Mangel an experimenteller Grundlage für frühere empirische Modelle aus.

In dieser Studie werden mithilfe der Methode der akustischen Experimente zur Bodenverfestigung in Innenräumen unter Verwendung des akustischen Wellen- und Dichtereaktionsgesetzes des Tonsteinverfestigungsprozesses Untersuchungen zum Entstehungsmechanismus von ungewöhnlich hohem Druck in den Ledong- und Yacheng-Blöcken sowie die Messung durchgeführt Der Druckbildungsprozess des Lade- und Entlademechanismus wird untersucht. Das Bohrlochdaten-Reaktionsgesetz trägt dazu bei, ein für den Zielblock geeignetes Formationsdruckberechnungsmodell zu etablieren, das nicht nur experimentelle Wissenschaft für die Porendruckvorhersage unter verschiedenen Kompressionsmechanismen liefert, sondern auch technische Unterstützung für effektive und präzise verwaltete Druckbohrungen in Blöcken mit ungewöhnlich hohem Druck bietet fördert die sichere und effiziente Entwicklung von Blöcken im Yingqiong-Becken.

Laut der experimentellen Datenanalyse von Tonstein durch Bowers10,11 und Tosaya12 kann der Entstehungsmechanismus von ungewöhnlich hohem Druck mithilfe der Schalldichte-Schnittpunktkarte13,14 identifiziert werden. Während des Belastungsprozesses (Unterverdichtung) nehmen sowohl die Wellengeschwindigkeit als auch die physikalischen Eigenschaftsparameter Dichte und Dichte mit der effektiven Spannung zu; Während des Entladevorgangs (hydrothermale Druckbeaufschlagung, Kohlenwasserstofferzeugung, Flüssigkeitsaufladung) nimmt mit abnehmender effektiver Spannung auch die Wellengeschwindigkeit deutlich ab, während die Dichtedaten im Wesentlichen unverändert bleiben. Schallgeschwindigkeit und spezifischer Widerstand, Dichte und Porosität sind Leitungseigenschaften bzw. Volumeneigenschaften. Wenn das Gestein entladen wird, nimmt das Porenvolumen zu, die effektive Spannung nimmt ab und die Leitungseigenschaften, wie z. B. die Schallgeschwindigkeit, reagieren empfindlicher auf Änderungen im Entlademechanismus, sodass es offensichtliche Änderungen gibt, aber die Volumeneigenschaften Parameter wie Dichte und Porosität bleiben grundsätzlich unverändert15. Wie in Abb. 1 dargestellt, erhöht sich unter der Wirkung des Belastungsmechanismus die effektive Spannung des Gesteins und auch die Schallwellengeschwindigkeit und -dichte nehmen deutlich zu; Unter der Wirkung des Gesteinsentlademechanismus nimmt die effektive Spannung ab und die Schallwellengeschwindigkeit nimmt aufgrund der effektiven Spannung ab. Der Trend nimmt allmählich ab, aber die Dichte bleibt derzeit im Wesentlichen unverändert. Daher kann die Art des anormalen Hochdruckformationsmechanismus anhand der unterschiedlichen Reaktionseigenschaften der Schallwellengeschwindigkeit und -dichte analysiert werden, wenn die Formation belastet oder entladen wird16,17.

Zusammenhang zwischen Schallwellengeschwindigkeit oder -dichte und effektiver Spannung.

Bohrloch A im Ledong-Block des Yingqiong-Beckens befindet sich in Tiefen von 3354–3465 m im zweiten Glied der Yinggehai-Formation. Die akustischen Eigenschaften und die Dichte im Holzeinschlag werden analysiert. Die Daten zeigen, dass die Dichte grundsätzlich unverändert bleibt und die Schallgeschwindigkeit abnimmt, wie in Abb. 2a dargestellt, und dass dies den regulären Eigenschaften des Entlademechanismus entspricht. In ähnlicher Weise zeigt die Analyse des 3868–3982 m langen Abschnitts des ersten Mitglieds der Meishan-Formation und des 4027–4175 m langen Abschnitts des zweiten Mitglieds der Meishan-Formation in Bohrloch B, wie in Abb. 2b, c unten dargestellt offensichtliche Entlademechanismen.

Identifizierung abnormaler Drücke in einigen Bohrlöchern im Ledong-Block.

Bohrloch C im Yacheng-Block des Yingqiong-Beckens liegt in Tiefen von 3654–3842 m und im ersten Mitglied der Huangliu-Formation. Die akustischen Eigenschaften und die Dichte im Holzeinschlag werden analysiert. Die Daten zeigen, dass die Dichte grundsätzlich unverändert bleibt und die Schallgeschwindigkeit abnimmt, wie in Abb. 3a unten dargestellt. Wie gezeigt, entspricht es den regulären Eigenschaften des Entlademechanismus.

Identifizierung abnormaler Drücke in einigen Bohrlöchern im Yacheng-Block.

Bohrloch C im Yacheng-Block des Yingqiong-Beckens liegt in Tiefen von 3843–3962 m und im zweiten Glied der Huangliu-Formation. Die akustischen Eigenschaften und die Dichte im Holzeinschlag werden analysiert. Die Daten zeigen, dass die Dichte und die Schallgeschwindigkeit gleichzeitig zunehmen, wie in Abb. 3b unten dargestellt. Es wird gezeigt, dass es den regulären Eigenschaften des Lademechanismus entspricht. In ähnlicher Weise zeigt auch die Analyse des 3950–4266 m langen Abschnitts des ersten Mitglieds der Sanya-Formation in Bohrloch D, wie in Abb. 3c unten dargestellt, einen offensichtlichen Belastungsmechanismus.

Daher haben die ungewöhnlich hohen Drücke in den Gebieten Ledong und Yacheng im Yingqiong-Becken einen ähnlichen Ursprung. Es gibt hauptsächlich zwei offensichtliche druckbildende Mechanismen, nämlich den Lademechanismus und den Entlademechanismus.

Basierend auf der Theorie der effektiven Spannung wird die experimentelle Simulation durchgeführt, um das Reaktionsexperiment der Schallgeschwindigkeit und -dichte unter ungewöhnlich hohem Druck durchzuführen.

In dieser Studie gehören sowohl Unterverdichtung als auch normale Verdichtung zum Belastungsprozess, und es wird davon ausgegangen, dass die gleiche effektive Spannung die gleiche Porosität erzeugt, die Belastungsrate der Unterverdichtung jedoch schneller ist, was zu einem ungewöhnlich hohen Druck führt. In dieser Studie ist der Prozess, bei dem die effektive Spannung abnimmt (die vertikale Spannung bleibt unverändert und der Porendruck steigt), der Entladeprozess. Die wichtigsten experimentellen Variablen im experimentellen Prozess sind Schallgeschwindigkeit, Dichte, effektive Spannung, Porendruck und vertikaler Druck.

Bei dieser Methode wurden echte Formationsstecklinge im Gebiet des Yingqiong-Beckens ausgewählt. Der ungefähre Standort für die Gewinnung der Stecklinge liegt bei 108,6° E und 17,7° N, und die Tiefe beträgt 2050 m. Vor dem Experiment wurden die Gesteinssplitter mit einem 40-Mesh-Brecher zerkleinert und der Boden geformt. Die experimentellen Gesteinsschnitte sind in Abb. 4 dargestellt.

Formationsstecklinge und Erde.

Die Ausrüstung für dieses Experiment umfasst zwei Träger, einen Druckzylinder und eine Schallwellensensorsonde. Zu den experimentellen Zusatzgeräten gehören ein servogesteuerter Kompressor, ein akustisches Testsystem, ein Computer, eine Hochdruckleitung, eine Schallwellentestleitung, ein Dichtungsring usw. Darunter: Das Modell des servogesteuerten Kompressors ist TAW-100, wie in Abb . 5a, das Verschiebungsänderungen mit hoher Präzision in Echtzeit aufzeichnen kann, und die Genauigkeit von Druck und Verschiebung beträgt 0,1 %. Das Modell des akustischen Prüfsystems ist HKN-B, wie in Abb. 5b dargestellt, die Genauigkeit der Zeitanzeige beträgt 0,05 Mikrosekunden; In diesem Experiment wird die direkte Penetrationsmethode verwendet, um die Schallwellengeschwindigkeit zu erfassen. Um den Einfluss gebrochener Wellen, Streuwellen usw. zu vermeiden, hat die Versuchsausrüstung entsprechende Maßnahmen ergriffen, um den Einfluss gebrochener Wellen und Streuwellen abzuschwächen. Beispielsweise verringert die Methode der Ausklinkung der oberen und unteren Trägerzylinder den Einfluss von Streu- und Oberflächenwellen; Um gleichzeitig den systematischen Fehler des Schallwellentests zu vermeiden, wird die Schallwellenzeitdifferenz zwischen den beiden Schallwellensensoren und dem Schallwellentestgerät direkt gemessen und eliminiert. Durch die Eliminierung der Selbstverzögerung zwischen ihnen wird das Experiment strenger.

Ausrüstung.

Während der Bodenverfestigungsausrüstung sollte ein Träger in den Druckzylinder eingebaut werden und der Druckzylinder mit dem für den Versuch erforderlichen Boden gefüllt werden. Im Druckzylinder soll ein weiterer Träger eingebaut werden und in den Trägern sollen die beiden Schallwellensensoren eingebaut werden. Die Bodenverfestigungsgeräte sind in der Mitte von Abb. 5a dargestellt. Die Bodenverfestigungsausrüstung wird unter dem hochpräzisen servogesteuerten Kompressor platziert, das akustische Testsystem und der akustische Wellensensor werden durch die akustische Wellenleitung verbunden, das Druckzylinder-Wandloch und das Porendruckkontrollsystem werden durch die hohe Verbindung verbunden. Druckrohrleitung. Das schematische Diagramm des Versuchssystems ist in Abb. 6 dargestellt.

Das schematische Diagramm des experimentellen Systems.

Erste experimentelle Parameter: Porendruck 5 MPa, Vertikaldruck 10 MPa.

Normale Verdichtung Der Porendruck und der Vertikaldruck werden nach einer Zeitspanne (60 Minuten) ausgehend von den anfänglichen experimentellen Werten allmählich mit der gleichen Geschwindigkeit belastet. Der Porendruck und der Vertikaldruck nehmen zu und die effektive Spannung nimmt zu, aber die Porendruckäquivalentdichte bleibt unverändert. Beispiel: Der Porendruck wird auf 10 MPa belastet, während der Vertikaldruck auf 20 MPa belastet wird. Das heißt, die effektive Spannung nimmt zu und die Porendruckäquivalentdichte ändert sich nicht.

Unterverdichtung entsprechend der gleichen effektiven Spannung, um den gleichen Verdichtungsgrad gemäß der normalen Verdichtungskurve zu erzeugen, erhält die Schallwellengeschwindigkeit und -dichte unter unterschiedlichen äquivalenten Porendrücken. Während des Experiments, nachdem sich die Kernverschiebung stabilisiert hatte, wurden die experimentellen Parameter wie Schallgeschwindigkeit und Verschiebung gemessen.

Ändern Sie die Belastungsrate und führen Sie mehrere Experimente in diesem Schema durch, aber das Variationsgesetz der effektiven Echtzeitspannung und der äquivalenten Porendruckdichte während der normalen Verdichtung oder Unterkompression während der Kernbelastung sollte gewährleistet sein. Die Parameter jedes Versuchspunkts in Versuchsgruppe 1 sind in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt.

Erste experimentelle Parameter: Beispiel: Porendruck 5 MPa, Vertikaldruck 10 MPa.

Der Porendruck und der Vertikaldruck stammen aus den anfänglichen experimentellen Werten und werden nach einer gewissen Zeit (z. B. 60 Minuten) durch konstante Geschwindigkeit und normale Verdichtung allmählich auf einen bestimmten Wert belastet (z. B. wird der Porendruck belastet). auf 30 MPa und der Vertikaldruck auf 60 MPa belastet). Für einen bestimmten Zeitraum (24 Stunden) aufbewahren.

Bei konstantem Vertikaldruck reduziert der Anstieg des Porendrucks die effektive Spannung. Beispiel: Der Vertikaldruck bleibt unverändert bei 60 MPa und der Porendruck steigt nach einer gewissen Zeit (60 Minuten) von 30 auf 40 MPa. Das heißt, die effektive Spannung nimmt ab und die äquivalente Porendruckdichte steigt. Während des Experiments, nachdem sich die Kernverschiebung stabilisiert hatte, wurden die experimentellen Parameter wie Schallgeschwindigkeit und Verschiebung gemessen.

Es ist möglich, die Entladegeschwindigkeit zu ändern und dieses Schema mehrmals zu wiederholen, es sollte jedoch darauf geachtet werden, dass der Kernentladeeffekt und die effektive Spannung zunehmen und die Porendruckäquivalentdichte zunimmt. Die Parameter jedes Versuchspunkts in Versuchsgruppe 2 sind in der folgenden Tabelle 2 aufgeführt.

Das Belastungsexperiment in dieser Studie führte mehrere Versuchsreihen durch (Nach dem Test ist der bodenverfestigte Kern in Abb. 7 dargestellt), und hier wird nur ein Satz experimenteller Ergebnisse zur Analyse und Beschreibung gezeigt. Probenparameter der Versuchsgruppe 1: Lithologie: Tonstein; Probenahmetiefe: 2050 m; Schlammgehalt: 0,346.

Gestein nach Bodenverfestigung.

Belastungsexperiment: Simulieren Sie den normalen Verdichtungsprozess, erhöhen Sie den Axialdruck und den Porendruck und erhöhen Sie schrittweise die effektive Spannung. Nachdem die Konsolidierung stabil geworden ist, werden die Schallgeschwindigkeit, die Dichte und andere Parameter jedes effektiven Spannungspunkts gemessen. Die effektive Spannung der Versuchsgruppe 1 stieg schrittweise von 5 auf 30 MPa.

Normale Verdichtung: Der Porendruck wird schrittweise von 5 auf 30 MPa und der Vertikaldruck entsprechend von 10 auf 60 MPa erhöht, sodass die effektive Spannung schrittweise von 5 auf 30 MPa erhöht wird.

Unterverdichtung: Entsprechend der gleichen effektiven Spannung zur Erzeugung des gleichen Verdichtungsgrads werden gemäß der normalen Verdichtungskurve die Schallwellengeschwindigkeit und -dichte bei unterschiedlichen äquivalenten Porendrücken ermittelt und ein Diagramm erstellt, wie in Abb. 8 unten dargestellt . Die Dichte nimmt mit zunehmender effektiver Spannung zu und die Schallgeschwindigkeit nimmt mit zunehmender effektiver Spannung zu.

Gesetze der Schallwellengeschwindigkeit und -dichte bei unterschiedlichen äquivalenten Porendrücken.

Das Entladeexperiment in dieser Studie führte auch mehrere Versuchsreihen durch (Nach dem Test ist der bodenverfestigte Kern in Abb. 9 dargestellt), und zur Analyse und Beschreibung wird hier nur eine Reihe von Versuchsergebnissen gezeigt.

Gestein nach Bodenverfestigung.

Simulieren Sie den Entladevorgang. Nachdem die normale Verdichtung stabil geworden ist, bleibt der Axialdruck unverändert und der Porendruck wird erhöht, um die effektive Spannung allmählich zu reduzieren. Nachdem sich das Experiment stabilisiert hat, werden Parameter wie die Schallwellengeschwindigkeit und -dichte jedes effektiven Spannungspunkts gemessen, und die effektive Spannung liegt im Bereich von 30 MPa. Er wird auf 5 MPa reduziert und der Startpunkt der Entladung liegt bei 30 MPa. Die Daten jedes Versuchsergebnisses sind in Abb. 10 unten dargestellt. Die Dichte bleibt im Wesentlichen unverändert, wenn die effektive Spannung abnimmt, und die Schallgeschwindigkeit nimmt ab, wenn die effektive Spannung abnimmt.

Ergebnisse von Entladeversuchen.

Modellierungsprozess:

Normalisierte Schallwellengeschwindigkeit (dimensionslos):

\({V}_{0}\): Ultraschallgeschwindigkeit der Normalverdichtung.\(V\): Ultraschallgeschwindigkeit der Messung.

Anhand der Schallwellengeschwindigkeitskarten unter verschiedenen äquivalenten Porendrücken werden die standardisierte Schallwellengeschwindigkeits-V*-Matrix und die Belastungseffektivspannungsmatrix erstellt. Das Kreuzdiagramm von V* und den Daten der effektiven Spannungsmatrix ist in Abb. 11 unten dargestellt. Bestimmen Sie den Anpassungstyp gemäß Gl. (2), passen Sie die Koeffizientenmatrizen a, b an und lösen Sie sie.

\({\sigma }_{e}\): Effektiver Stress. \(a, b\): Koeffizient.

V* und effektive Spannungsmatrixdaten.

Stellen Sie die Beziehung zwischen den Koeffizientenmatrizen a und b und dem Überlagerungsdruck her, passen Sie a und b an und parametrisieren Sie sie (basierend auf Probe 1).

\({\sigma }_{v}\): Überlagerungsdruck.

Modellieren Sie für Probe 2 das gleiche wie im obigen Modellierungsprozess und erhalten Sie die Parameter a und b von Probe 2:

Durch die Kombination der experimentellen Ergebnisse anderer Gruppen erhält man das Belastungsmodell:

Standardisierte Schallgeschwindigkeit (dimensionslos), standardisierte Entlastungsanfangsspannung (dimensionslos):

\({V}_{q}\): Ultraschallgeschwindigkeit am Startpunkt.\(V\): Ultraschallgeschwindigkeit der Messung.\({\sigma }_{eq}\): Effektive Spannung am Startpunkt.

Ermitteln Sie die \(\sigma_{e*}\)-Matrix und die V*-Matrix. Der Schnittpunkt der V*- und \(\sigma_{e*}\)-Matrixdaten ist in Abb. 12 unten dargestellt. Bestimmen Sie den Anpassungstyp gemäß Gl. (7) und passen und lösen Sie die Koeffizientenmatrizen a und b (basierend auf Stichprobe 1):

V*- und σe ∗-Matrixdaten.

Durch die Kombination der experimentellen Ergebnisse anderer Gruppen ergibt sich das Entlademodell:

Für Bohrloch A1 ist das Belastungsmodell den Protokollierungsdaten zufolge für Bohrlochintervalle von 1000 bis 3500 m geeignet. Die Porendruckvorhersage (d = 0,5) erfolgt in dieser Studie nach dem Belastungsmodell. Die Vorhersageergebnisse sind in Vertiefung A1 in Abb. 13 unten dargestellt. Die Berechnungsergebnisse des häufig verwendeten Eaton-Modells sind in der Abbildung dargestellt. Die Berechnungsergebnisse des Vorhersagemodells in dieser Studie werden mit dem Eaton-Modell verglichen. Den Druckmessdaten zufolge wird der Gesamtgenauigkeitsfehler des Porendrucks von 8 auf 3 % reduziert. Für Bohrloch A2 ist gemäß den Protokollierungsdaten das Belastungsmodell für den Bohrlochabschnitt von 2200 bis 3500 m geeignet, und die Porendruckvorhersage (d = 2,5) wird in dieser Studie gemäß dem Belastungsmodell durchgeführt. Die Vorhersageergebnisse sind in Vertiefung A2 in Abb. 13 unten dargestellt. Die Berechnungsergebnisse des häufig verwendeten Eaton-Modells sind in der Abbildung dargestellt. Die Berechnungsergebnisse des Vorhersagemodells in dieser Studie werden mit denen des Eaton-Modells verglichen, mit der Ausnahme, dass die Genauigkeiten des ersten und dritten Druckmesspunkts ähnlich sind und die Porendruckgenauigkeitsfehler 9,6 und 4 % betragen und auf 2,4 sinken bzw. 0,6 %. Daher ist die umfassende Genauigkeit dieses Modells im Vergleich zum häufig verwendeten Eaton-Modell auf 96 % verbessert.

Vergleich der Ergebnisse der Lademodellvorhersage.

Für die Bohrlöcher B1 und B2 ist das Entlademodell gemäß den Protokollierungsdaten für den Bohrlochabschnitt 3400–4000 m und den Bohrlochabschnitt 3650–4000 m geeignet. Die Porendruckvorhersage erfolgt in dieser Studie nach dem Entlademodell. Die Vorhersageergebnisse sind in den Wells B1 und B2 in Abb. 14 dargestellt. Die Berechnungsergebnisse des häufig verwendeten Bowers-Methodenmodells sind in der Abbildung dargestellt. Im Vergleich zum Bowers-Methodenmodell wird der Gesamtgenauigkeitsfehler des Vorhersagemodells in dieser Studie von 9 % um 2 % reduziert. Daher ist die Gesamtgenauigkeit dieses Modells im Vergleich zum häufig verwendeten Bowers-Methodenmodell auf 98 % verbessert.

Vergleich der Vorhersageergebnisse der Entlademodellierung.

Die wichtigsten druckbildenden Mechanismen im Yingqiong-Becken sind der Lademechanismus und der Entlademechanismus.

Es wird eine neue Methode zur Erstellung eines Porendruck-Vorhersagemodells entwickelt, nämlich die Methode des akustischen Experiments zur Bodenverfestigung. Die Versuchsausrüstung und der Versuchsplan zur Simulation des Lademechanismus und des Entlademechanismus wurden entworfen und die Simulationsmethode der Bodenverfestigung und Porendruckvorhersage wurde mittels Laborexperimenten etabliert.

Mit der neuen Methode werden zwei Modelle zur Vorhersage des Porendrucks erstellt. Das Modell zur Vorhersage des Belastungsmechanismus ist in Gleichung dargestellt. (5) und das Entlademechanismus-Vorhersagemodell ist in Gleichung dargestellt. (8).

Es ist möglich, ein Vorhersagemodell zu erstellen, das auf akustischen Experimenten zur Bodenverfestigung basiert. Gemäß dem in dieser Studie erstellten Vorhersagemodell wurden einige Bohrlöcher im Yingqiong-Becken im Südchinesischen Meer überprüft und angewendet und die Wirkung dieses Modells bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Vorhersagegenauigkeit etwas besser ist als die des traditionellen Vorhersagemodells. Daher kann die Bodenkonsolidierungsexperimentmethode zur Vorhersage des Porendrucks in der Erdöltechnik verwendet werden.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Zhongying Han, Yuanfang Cheng und Chuanliang Yan

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HZ, CY und YC schlugen die innovativen Ideen und Methoden vor; SB führte das Experiment durch, analysierte die Daten und verfasste die Arbeit. Die Autoren haben das endgültige Manuskript gelesen und genehmigt.

Korrespondenz mit Bo Sun.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Han, Z., Sun, B., Cheng, Y. et al. Akustisches Experiment zur Bodenverfestigung und Erstellung eines Modells zur Vorhersage des Porendrucks – am Beispiel des Yingqiong-Beckens. Sci Rep 13, 1885 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-29078-x

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Eingegangen: 01. Oktober 2022

Angenommen: 30. Januar 2023

Veröffentlicht: 02. Februar 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-29078-x

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