歧口凹陷地層壓力特征及其在測井解釋中的應(yīng)用

宋連騰，劉忠華，李潮流

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；2.中國石油天然氣股份有限公司測井重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083）

歧口凹陷地層壓力特征及其在測井解釋中的應(yīng)用

宋連騰1，2，劉忠華1，2，李潮流1，2

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；2.中國石油天然氣股份有限公司測井重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083）

分析了歧口凹陷的異常壓力形成機(jī)理，以聲波測井資料為基礎(chǔ)，利用C＋＋語言編寫了基于等效深度法的地層壓力計(jì)算模塊（FPCM），對異常壓力帶的縱向分布特征和橫向展布規(guī)律進(jìn)行了研究，選取歧口凹陷7口重點(diǎn)井，連續(xù)計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的地層壓力，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)測地層壓力比較接近，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.98。計(jì)算出的壓力可以代替地層中的實(shí)際壓力并運(yùn)用于測井解釋評價(jià)中。研究認(rèn)為歧口凹陷異常壓力帶在縱向上可分為正常帶、過渡帶和超壓帶等3段，縱向上可識(shí)別出多套異常壓力系統(tǒng)，且隨著深度增加，剩余壓力總體有增大的趨勢；橫向上有一定的展布范圍，不受層位的控制，往往與大套的厚層泥巖相對應(yīng)。研究了地層壓力在識(shí)別相對優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層及定性判斷儲(chǔ)層產(chǎn)能方面的應(yīng)用，為應(yīng)用地層壓力資料進(jìn)行測井綜合解釋提供了新的思路。

測井解釋；異常壓力；形成機(jī)理；分布特征；地層壓力計(jì)算

0 引 言

歧口凹陷是黃驊坳陷中主要的第三系富油氣凹陷，沉積了厚逾萬米的下第三系、上第三系和第四系地層。歧口凹陷深層的主體埋深在3 000 m以下的沙一段、沙二段、沙三段和部分東營組。該套地層是目前歧口凹陷的主要生油層系和油氣勘探的主要領(lǐng)域，油氣資源潛力巨大［1］。前人研究表明，歧口凹陷深層異常高壓十分發(fā)育［2］，對油氣運(yùn)移、聚集和分布有重要作用。柳廣弟認(rèn)為，異常壓力的發(fā)育主要受埋深和層位的控制［3］。王湘平探討了異常高壓與儲(chǔ)層物性及異常高壓的分布與成藏的關(guān)系。劉樹鞏還研究了利用電纜式重復(fù)地層測試器測得的地層壓力資料進(jìn)行油氣水層的測井解釋［4］。之前地層壓力研究主要應(yīng)用于鉆井中，但它對試油動(dòng)態(tài)分析、油氣層產(chǎn)能評價(jià)等也具有一定的指導(dǎo)作用［5］。

分析了歧口凹陷異常壓力的形成機(jī)理和分布特征，研究了地層壓力在識(shí)別相對優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層及定性判斷儲(chǔ)層產(chǎn)能方面的應(yīng)用。

1 歧口凹陷異常壓力形成機(jī)理

歧口凹陷已發(fā)現(xiàn)的第三系深層油氣藏中幾乎都與異常壓力有關(guān)，這與該區(qū)特定的地質(zhì)條件密切相關(guān)。形成異常壓力的因素，主要有機(jī)械差異壓實(shí)、斷裂與巖性封閉作用、烴的生成、孔隙流體熱膨脹和黏土礦物的成巖演變等［6］。

（1）持續(xù)沉降的深湖盆地和穩(wěn)定發(fā)育的泥巖區(qū)。易形成高壓異常封閉區(qū)。歧口凹陷深層沉積期為湖盆穩(wěn)定沉降發(fā)育期，沉積了大套暗色泥巖，壓實(shí)過程中，隨著埋深的增加，泥巖的孔隙度、滲透率降低，封閉性增強(qiáng)，使得孔隙水難以及時(shí)排出，壓力難以釋放而造成欠壓實(shí)［6］。

（2）近鄰深湖盆發(fā)育的同沉積大斷層，在塑性地層中，具滑脫性和同生性，有利于斷層的側(cè)向封堵或成巖封堵形成高壓封閉［7］。

（3）根據(jù)歧口凹陷古近系碎屑巖成巖階段劃分，在沙河街組，蒙脫石大量地向伊利石轉(zhuǎn)化。在轉(zhuǎn)化期間能夠析出大量的地層水，在封閉的地質(zhì)環(huán)境中，導(dǎo)致異常高的地層壓力。

（4）以氣態(tài)烴為主的地區(qū)形成的高異常壓力可能與氣體膨脹增壓有關(guān)，如沙二、沙三段的氣藏，氣態(tài)烴占據(jù)儲(chǔ)集空間，表現(xiàn)在該儲(chǔ)集層段出現(xiàn)高于泥巖層的異常壓力［8］。

經(jīng)過大量資料的對比分析，發(fā)現(xiàn)異常壓力帶產(chǎn)生的上部均發(fā)育穩(wěn)定的泥巖區(qū)，且隨著深度的加深，異常壓力越大。因此，筆者認(rèn)為歧口凹陷異常壓力的形成主要源于泥質(zhì)沉積物的不平衡壓實(shí)作用。

2 地層壓力的測井計(jì)算方法

用于預(yù)測、監(jiān)測、檢測原始地層壓力的方法主要有地質(zhì)分析法、地震法、dc指數(shù)法和測井法等［7］。聲波測井資料較密度測井、電阻率測井等受井眼、地層條件等因素影響小，且資料相對齊全，精度較高，選用聲波測井資料更具有代表性和普遍性［9］。應(yīng)用聲波測井資料估算地層壓力的方法有等效深度法、經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法、Eaton公式法是指在不同深度具有相同巖石物理性質(zhì)的泥巖骨架所承受的有效應(yīng)力相等。圖1為××7井聲波測井曲線趨勢圖，紅色實(shí)線代表正常壓實(shí)趨勢曲線，黑色點(diǎn)為泥巖聲波測井值。處于正常壓實(shí)線上的帶為正常壓實(shí)帶（黑點(diǎn)趨勢的下半部分），偏離正常壓實(shí)線的為異常壓實(shí)帶（黑點(diǎn)趨勢的上半部分）。異常壓實(shí)帶內(nèi)的A點(diǎn)與正常壓實(shí)帶內(nèi)的B點(diǎn)聲波時(shí)差相同，則認(rèn)為A點(diǎn)和B點(diǎn)的孔隙結(jié)構(gòu)和壓實(shí)程度相同，所承受的有效應(yīng)力相同，與超壓點(diǎn)測值相等的正常趨勢線上某點(diǎn)的深度即為等效深度。而A點(diǎn)較B點(diǎn)所增加的上覆壓力就加在了A點(diǎn)的孔隙流體之上，從而引起了孔隙流體的異常壓力。由于

ΔtA＝ΔtB，則φA＝φB，δA＝δB

式中，δA為A點(diǎn)骨架有效應(yīng)力，kg／m3；δB為B點(diǎn)骨架有效應(yīng)力，kg／m3；p0A為A點(diǎn)上覆壓力，kg／m3；p0B為B點(diǎn)上覆壓力，kg／m3；pf，A為A點(diǎn)流體壓力，kg／m3；pf，B為B點(diǎn)流體壓力，kg／m3；ρf為流體密度，×103kg／m3；ρb為上覆地層密度，×103kg／m3）；Gf為流體壓力梯度，MPa／m；G0為上覆地層壓力梯度，MPa／m；HB為等效深度點(diǎn)，m?；诖?，利用C＋＋語言編制了地層壓力計(jì)算模塊（PMCM），可以連續(xù)計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的地層壓力，方便且快捷（見圖2），計(jì)算地層壓力與實(shí)測地層壓力比較接近，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.98。計(jì)算的壓力可以代替地層實(shí)際壓力在測井解釋評價(jià)中應(yīng)用。

圖1 ××7井聲波曲線趨勢及等效深度法示意圖＊非法定計(jì)量單位，1 ft＝12 in＝0.304 8 m，下同

圖2 計(jì)算地層壓力與實(shí)測地層壓力對比圖

3 地層壓力分布特征

歧口凹陷在2 000m埋深以下的大部分地區(qū)屬于異常壓力區(qū)且壓力區(qū)內(nèi)的大部分試油油層均屬相對優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。選取歧口凹陷7口重點(diǎn)井，東西向和南北向各4口井，從西向東深度總體加深，從南向北深度基本相同，以此完成異常壓力帶的縱橫向?qū)Ρ龋ㄒ妶D3和圖4）。

（1）異常壓力分布按壓力系數(shù)大小可分為正常壓力段、過渡壓力段和超異常壓力段［8］。較淺的井過渡壓力段非常明顯，較深的井基本沒有過渡壓力帶；超壓帶一般可分為2段，中間有一段地層壓力較小?？傮w異常壓力幅度值隨深度增加而增大，其中超異常壓力段對深層油氣藏成藏最有意義。

（2）歧口凹陷的異常壓力段出現(xiàn)在2 000～5 000m，越靠近歧口凹陷中心的井（深井）產(chǎn)生異常壓力的深度越深，異常壓力的出現(xiàn)與埋深有一定的關(guān)系，且越靠近凹陷中心過渡帶越窄。

（3）沙一上、沙二段頂部和沙三段均發(fā)育異常壓力段，但在橫向?qū)Ρ葧r(shí)，異常壓力帶不受層位的控制，可以穿時(shí)，其分布特點(diǎn)主要與砂泥巖組合類型有關(guān)，明顯受穩(wěn)定的厚層泥巖段控制。

4 異常壓力在測井評價(jià)中的應(yīng)用

地層壓力研究確定合理的鉆井井身結(jié)構(gòu)和鉆井液密度、保障井眼安全、提高機(jī)械鉆速和保護(hù)油氣層方面具有重要的作用［10］。但在測井解釋評價(jià)中的應(yīng)用非常少。

4.1 識(shí)別相對優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層

歧口凹陷深層埋深基本在3 000m以下，巖性以長石砂巖類為主，壓實(shí)作用比較強(qiáng)烈，孔隙類型以粒間溶孔為主，儲(chǔ)層整體表現(xiàn)為低孔隙度低滲透率或低孔隙度特低滲透率特征。但歧口凹陷區(qū)別于其他典型盆地之處是其深層普遍存在異常壓力，使得在深部儲(chǔ)層中還有一些物性條件相對較好的儲(chǔ)層，即相對優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，這里所指的相對優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層是處于孔隙衰退及消亡帶內(nèi)，巖石致密，礦物次生加大強(qiáng)烈，孔隙度、滲透率性變差，但仍然有較發(fā)育的次生孔隙儲(chǔ)層。

在厚層泥巖段，由于孔隙流體排替受阻，加上大量新生液體的生成和氣態(tài)烴增壓等作用而形成的高異常壓力，這種壓力既減緩了泥巖層的進(jìn)一步壓實(shí)，又削弱了上覆巖層對下伏儲(chǔ)集層的壓實(shí)強(qiáng)度，形成深部儲(chǔ)集層的保護(hù)帶，從而使異常高壓帶內(nèi)或下部的儲(chǔ)集層發(fā)育異常孔隙，即孔隙增大段。圖5中測井曲線道深紅色的曲線pa為計(jì)算的地層壓力線，藍(lán)色的曲線pw為靜水壓力線，××8井的120號(hào)層［圖5（a）］明顯位于異常高壓帶的下部；××9井的154－155號(hào)層［圖5（b）］基本位于正常壓實(shí)帶內(nèi)。2個(gè)層的測井曲線如圖5（c）和圖5（d）所示，120號(hào)層和154－155號(hào)層深度基本一致，巖性基本一致；120號(hào)層的三孔隙度曲線明顯比154－155號(hào)層所反映出的物性要好得多。經(jīng)計(jì)算120號(hào)層的平均孔隙度為16%，154－155號(hào)層的平均孔隙度為11%。

圖5 ××8井與××9井曲線響應(yīng)特征對比圖

4.2 定性判斷儲(chǔ)層產(chǎn)能

利用平面徑向穩(wěn)定滲流公式（7）進(jìn)行產(chǎn)能評價(jià)

式中，Q為油井的穩(wěn)定日產(chǎn)量，m3；C為單位換算系數(shù)；Ko為原油的有效滲透率，×10－3μm2；H為油層有效厚度，m；Δp為油井生產(chǎn)壓差，MPa；μo為地層原油黏度，mPa·s；βo為原油體積系數(shù)，無因次；re為油井供油半徑，m；rw為油井半徑，m。

在油田實(shí)際生產(chǎn)中，受開發(fā)井網(wǎng)限制，不同的油井供油半徑、表皮系數(shù)、原油性質(zhì)等因素基本一致。在這些條件類似的情況下，生產(chǎn)壓差也是影響產(chǎn)能的一個(gè)重要因素，生產(chǎn)壓差越大，產(chǎn)能越高，反之越小。地層壓力與靜水壓力的差值為剩余壓力，剩余壓力可以等同于生產(chǎn)壓差，即剩余壓力越大，儲(chǔ)層的產(chǎn)能也就越大。因此，可以根據(jù)剩余壓力的大小定性判斷儲(chǔ)層的產(chǎn)能。

圖6中測井曲線道中深紅色的曲線pa為計(jì)算的地層壓力線，藍(lán)色的曲線pw為靜水壓力線，×× 10井的78號(hào)層處于砂巖超壓帶內(nèi)，ΔGR＝0.22，平均計(jì)算孔隙度為25%，試油厚度為4.8 m，日產(chǎn)量為171 t；××11井的42號(hào)層處于正常壓實(shí)帶內(nèi)，ΔGR＝0.24，平均計(jì)算孔隙度為25%，試油厚度為6.8 m，日產(chǎn)量為35 t。2個(gè)層的巖性和物性基本一致，78號(hào)層的試油厚度甚至還要比42號(hào)層的小，而產(chǎn)量卻相差接近5倍?？梢院芮宄乜吹剑捎谑Ｓ鄩毫Φ牟煌?，導(dǎo)致其日產(chǎn)量有很大的不同。

圖6 ××10井與××11井曲線響應(yīng)特征對比圖

5 結(jié) 論

（1）以聲波測井資料為基礎(chǔ)，基于等效深度法編寫了地層壓力計(jì)算模塊（FPCM），實(shí)現(xiàn)了連續(xù)計(jì)算每個(gè)點(diǎn)地層壓力的方法，效果良好。

（2）該區(qū)的異常壓力分布非常普遍，在縱向上可識(shí)別出多套異常壓力系統(tǒng)，且隨著深度增加，剩余壓力總體有增大的趨勢；同時(shí)異常壓力在橫向上也有一定的展布范圍，往往與大套的厚層泥巖相對應(yīng)。

（3）相對優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的分布與異常壓力帶有很好的相關(guān)性，根據(jù)異常壓力帶可識(shí)別相對優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，定性地判斷儲(chǔ)層產(chǎn)能，對于預(yù)測油氣的富集高產(chǎn)具有重要意義。

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Application of Abnormal Formation Pressures to Log Interpretation in Qikou Hollow

SONG Lianteng1，2，LIU Zhonghua1，2，LI Chaoliu1，2
（1.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration ＆Development，Beijing 100083，China；2.Key Laboratory of Well Logging，PetroChina Company Limited，Beijing 100083，China）

Abnormal pressures exist in Qikou sag widely，and abnormal pressure zones have good correlation with high porosity zones，in or by which are high－yield hydrocarbon reservoirs.Based on previous acoustic log and mechanism analyzes of abnormal pressures，F(xiàn)PCM module is complied using C＋＋language which is based on the method of equivalent depth.The module is used to study characteristics of longitudinal distribution and lateral spread of abnormal pressure zones.The formation pressures at each point in 7 key well in Qikou sag are continiously calculated，the result of which are closer to the practical pressures，and its correlation coefficient is up to 0.98.The calculated pressures may replace the practical pressures and also may be used in log interpretations.The abnormal pressure zones can be divided into normal、transition and overpressured zones in longitudinal direction and are not controlled by stratum in lateral direction.On the basis of this，applications in identification of relative excellent reservoirs and qualitative judgment of reservoir production are studied and this provides a new thinking for using formation pressure data to make log interpretation comprehensively.

log interpretation，abnormal pressure，mechanism，distribution characteristics，formation pressures computation

1004－1338（2011）06－0553－06

P631.84

A

宋連騰，男，1979年生，碩士，從事測井方法與綜合解釋工作。

2011－07－25 本文編輯 李總南）